JP4169913B2 - アクチュエータ - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を備えたアクチュエータに関し、より詳しくは、電動機を小型化することが可能なアクチュエータに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電動機と、油圧ポンプと、油圧アクチュエータとを一体化したアクチュエータであるEHA(Electro Hydrostatic Actuator)においては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、電動機のみによって油圧アクチュエータに加わった負荷に対応していた。より具体的に説明すると、従来のEHAにおいては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、油圧ポンプが、電動機の回転に応じて油圧アクチュエータに油を入力することによって、油圧アクチュエータを負荷に対向させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のEHAにおいては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、電動機のみによって油圧アクチュエータに加わった負荷に対応していたため、電動機は、非常に大きな出力能力を有する必要があり、重量や形状が大きくなるという問題があった。特に、電動機の重量や形状が大きい場合、EHAを航空機の部品として用いることは困難であった。
【0004】
そこで、本発明は、電動機の重量や形状を小型化することが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、電動機と、前記電動機の回転に応じて流体を出力するポンプと、前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備えたアクチュエータにおいて、前記ポンプによって出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段を備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、流通手段とシリンダとの間の流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を防止することによって、シリンダに加わった負荷に対向するので、ポンプがシリンダに流体を供給する必要が無くなり、電動機の最大出力能力を低く押さえることができる。したがって、本発明のアクチュエータは、電動機の重量や形状を小型化することができる。
【0006】
また、本発明のアクチュエータは、前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって出力されて前記流通手段に入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、流通手段がポンプによって出力された流体の流通を防止している場合に、流通手段とシリンダとの間の流体の圧力を上昇させることができる。
【0007】
また、本発明のアクチュエータは、電動機と、前記電動機の回転に応じて流体を少なくとも2経路に出力するポンプと、前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段と、前記ポンプによって前記2経路のうちの一方に出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段とを備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止するアクチュエータにおいて、前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって前記2経路のうちの他方に出力された流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、ポンプによって、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を防止したり、流通手段とシリンダとの間の流体を流通させたりすることができる。換言すると、本発明のアクチュエータは、ポンプによって、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を操作することができる。
【0008】
また、本発明のアクチュエータは、前記流通手段が前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記電動機が前記ポンプに流体の出力を停止させることを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、電動機に加わる負荷をより低減することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【0010】
まず、本実施形態に係るアクチュエータの構成について説明する。
【0011】
図1において、アクチュエータとしてのEHA100は、電動機110と、電動機110の回転に応じて流体としての油を2経路、即ち、油路201及び202に出力するポンプ120と、ポンプ120によって出力された油を入力されるシリンダ130と、シリンダ130の運動に応じて電動機110の回転を制御する制御手段140と、ポンプ120によって2経路のうちの一方、即ち、油路202に出力された油を、油路203を介してシリンダ130に流通させる流通手段としてのバックアップバルブ150とを備えている。
【0012】
ここで、シリンダ130は、シリンダ本体131と、シリンダ本体131内に配置されたピストン132と、ピストン132に一体的に係合されたロッド133とを備えており、シリンダ本体131及びピストン132によって、油路201を介して油を供給される油供給室130aと、油路203を介して油を供給される油供給室130bとを形成している。
【0013】
また、制御手段140は、シリンダ130の運動、即ち、ロッド133の移動量を検出する線形可変差動変成器(以下、LVDTという。)141を備えていて、LVDT141によって生成される電気信号をEHAコントローラ142を介して電動機110に出力することによって、シリンダ130の運動に応じて電動機110の回転を制御するようになっている。
【0014】
また、図2において、バックアップバルブ150は、部材161、162、163及び164によって構成され、それぞれ油路201、202及び203(図1参照)と連通するポート160a、160b及び160cを形成するバルブ本体160と、バルブ本体160内に配置されたピストン171及びポペット172とを備えている。ここで、ピストン171は、矢印151の方向に油圧を受ける受圧面171aと、矢印152の方向に油圧を受ける受圧面171b及び171cとを形成しており、ポペット172は、矢印151の方向に油圧を受ける受圧面172aを形成している。また、バルブ本体160、ピストン171及びポペット172は、油路150a、150b、150c、150d、150e及び150fを形成している。
【0015】
また、バックアップバルブ150は、ピストン171を矢印151の方向に付勢するスプリング181と、ポペット172を矢印152の方向に付勢するスプリング182と、ピストン171に係合することによりピストン171が矢印152の方向に移動することを防止するピストン係合部材183と、部材間に配置されて部材間に生じる間隙を塞ぐシール部材191、192、193、194、195及び196とを備えている。
【0016】
また、図1において、EHA100は、油路201及び202を連通させるか否かを制御するバイパスバルブ310と、油路201又は202を流通する油の流量が不足した場合に油を供給するアキュムレータ320と、それぞれ油路201及び202からアキュムレータ320に油が流入することを防止するチェックバルブ331及び332と、それぞれ油路201及び203を流通する油の圧力が設定圧力以上になることを防止する安全弁341及び342と、シリンダ130の油供給室130a及び130bに供給される油の圧力差を比較する差圧センサ350とを備えている。
【0017】
また、EHA100のロッド133には、回転支点401を介してアーム402が接続されており、アーム402は、回転支点403を介して、例えば図3に示すような航空機500の舵面501に接続されている。なお、舵面501には、EHA100の他に、通常状態で操作に用いる通常操作用のEHAと、通常操作用のEHAの故障等の場合に操作に用いる補助用のEHAとが接続されており、舵面501は、複数のEHAによって揺動させられるようになっている。ここで、EHA100は、舵面501の操作に用いられるとき、バイパスバルブ310によって油路201及び202を連通させないようになっており、舵面501の操作に用いられないとき、バイパスバルブ310によって油路201及び202を連通させるようになっている。また、EHA100は、舵面501の操作に用いられるとき、差圧センサ350と舵面501の操作に用いられている他のEHAの差圧センサとの出力を比較して、舵面501の操作に用いられている他のEHAと同様の動作をするようになっている。
【0018】
また、図3において、航空機500は、主に矢印502の方向に飛行するので、舵面501は、主に矢印503の方向に空気抵抗による負荷を受けるようになっている。ここで、ロッド133(図1参照)は、舵面501が矢印503の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、図1に示す矢印101の方向に負荷を受けるようになっており、舵面501が矢印504の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、図1に示す矢印102の方向に負荷を受けるようになっている。したがって、ロッド133(図1参照)は、主に図1に示す矢印101の方向に負荷を受けるようになっている。
【0019】
次に、本実施形態に係るアクチュエータの作用について説明する。なお、アクチュエータが舵面の操作に用いられるときの作用のみを説明し、アクチュエータが舵面の操作に用いられないときの作用の説明は省略する。
【0020】
図1及び2において、油供給室130bは、油路203、ポート160c、油路150e及び150fに連通しており、油供給室130b内の油の圧力は、受圧面171bが油から受ける圧力と等しいので、油供給室130b内の油の圧力が所定圧力未満の圧力である場合、受圧面171bが油から受ける圧力も所定圧力未満の圧力である。受圧面171bが油から受ける圧力が所定圧力未満の圧力である場合、ピストン171において、スプリング181から受ける負荷と、受圧面171aが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング182から受ける負荷と、受圧面171b及び171cが油から受ける負荷とを合計した負荷よりも大きいので、バックアップバルブ150は図2に示す状態である。なお、ここで述べている所定圧力は、後述するように、バックアップバルブ150を閉じるか否かを決定する圧力であるので、以下、弁閉圧力という。弁閉圧力は、スプリング181及び182の性能によって変更することができ、本実施形態においては、例えば、油供給室130b内の油の予想される最大圧力の50%の圧力に設定されている。
【0021】
バックアップバルブ150が図2に示す状態である場合、油路202と油路203とが連通しているので、ロッド133が実質的に図1に示す矢印101の方向に移動せずに一定位置に保持されるためには、以下のような動作が行われる。
【0022】
ロッド133が図1に示す矢印101の方向に微小距離移動すると、LVDT141は、ロッド133の移動量を検出し、検出したロッド133の移動量に応じた電気信号をEHAコントローラ142を介して電動機110に出力する。電動機110は、LVDT141によって電気信号を出力されると、出力された電気信号に応じて回転し、ポンプ120に、油路202、ポート160b、油路150b、油路150c、油路150d、ポート160c、及び、油路203を介して油供給室130bに油を供給させる。ここで、LVDT141によって出力される電気信号は、ロッド133が、図1に示す矢印101の方向に移動した距離だけ、ポンプ120から供給される油によって、図1に示す矢印102の方向に移動させられるように決定される。換言すると、LVDT141によって出力される電気信号は、ロッド133の位置を、ロッド133が図1に示す矢印101の方向に微小距離移動する前の位置に戻すように決定される。したがって、バックアップバルブ150が図2に示す状態である場合、ロッド133は実質的に図1に示す矢印101の方向に移動せずに一定位置に保持されることが可能である。
【0023】
なお、ロッド133が図1に示す矢印101の方向に負荷を受けながらも、一定位置に保持される場合として、例えば、図3において、航空機500が矢印502の方向に高速クルージング中である場合などがある。
【0024】
図1及び2において、バックアップバルブ150が図2に示す状態である場合、油供給室130b内の油の圧力が弁閉圧力以上の圧力になると、受圧面171bが油から受ける圧力も弁閉圧力以上の圧力になり、バックアップバルブ150は図4に示す状態になる。以下、バックアップバルブ150が図2に示す状態から図4に示す状態になる作用について説明する。
【0025】
バックアップバルブ150が図2に示す状態であり、ロッド133が図1に示す矢印101の方向に負荷を受けながらも、一定位置に保持される場合、ロッド133が図1に示す矢印101の方向に受ける負荷が大きくなれば、油供給室130b内の油の圧力、即ち、受圧面171bが油から受ける圧力も大きくなる。受圧面171bが油から受ける圧力、即ち、バックアップバルブ150によって流通させられてシリンダ130に入力される油の圧力、が弁閉圧力以上の圧力になると、ピストン171において、スプリング182から受ける負荷と、受圧面171b及び171cが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング181から受ける負荷と、受圧面171aが油から受ける負荷とを合計した負荷以上の負荷になるので、ピストン171と、スプリング182によってピストン171側に付勢されているポペット172とは、図2に示す矢印152の方向に移動させられる。ここで、ピストン171は、ピストン係合部材183によって移動することを防止されるので、ピストン171と、スプリング182によってピストン171側に付勢されているポペット172とが、図2に示す矢印152の方向に移動させられると、バックアップバルブ150は図2に示す状態から図4に示す状態になる。
【0026】
図1及び4において、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、油路150cと油路150dとの連通、即ち、油路202と油路203との連通はポペット172の受圧面172aによって遮断されている。換言すると、バックアップバルブ150は、図4に示す状態である場合、ポンプ120によって出力された油の流通を防止するようになっている。油路202と油路203との連通が遮断されていると、ロッド133が図1に示す矢印101の方向に負荷を受けたとしても、油供給室130b及び油路203中の油は、圧力が安全弁342の設定圧力以上にならない限り流通しない。油供給室130b及び油路203中の油が流通しないと、ロッド133は、図1に示す矢印101の方向に負荷を受けたとしても、油供給室130b内の油の圧力に押し返されて図1に示す矢印101の方向に移動することを防止される。
【0027】
以上述べたように、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、ロッド133は、図1に示す矢印101の方向に負荷を受けたとしても、バックアップバルブ150によって、実質的に図1に示す矢印101の方向に移動せずに一定位置に保持されることが可能である。したがって、電動機110は、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、即ち、バックアップバルブ150がポンプ120によって出力された油の油路202及び203間の流通を防止する場合、回転を停止してポンプ120に油の出力を停止するようにすることが可能である。本実施形態に係るアクチュエータは、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、電動機110が回転を停止してポンプ120に油の出力を停止するようにすると、電動機110の出力能力を低下させることができるので、電動機110の重量や形状を小型化することができる。
【0028】
また、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、電動機110及びポンプ120を駆動させることによって、油供給室130b及び油路203中の油の圧力を上昇させることができる。
【0029】
より詳細に説明すると、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、電動機110及びポンプ120が駆動されると、油路150cと油路150dとの連通がポペット172の受圧面172aによって遮断されているので、油路202、150b及び150c中の油の圧力が上昇する。油路150c中の油の圧力が上昇すると、ポペット172は、受圧面172aが油から受ける力によって、図4に示す矢印151の方向に移動させられ、バックアップバルブ150は図5に示す状態になる。バックアップバルブ150は図5に示す状態になると、油路150c中の油は、油路150d、油路203、及び、油供給室130bに供給され、油供給室130b及び油路203中の油の圧力は上昇する。換言すると、バックアップバルブ150は、ポンプ120によって出力された油の油路202及び203間の流通を防止している場合、ポンプ120によって出力されてバックアップバルブ150に入力される油の圧力、即ち、油路202中の油の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、ポンプ120によって出力された油の流通を開始するようになっている。なお、電動機110及びポンプ120の駆動を停止すると、油路202、150b及び150c中の油の圧力が減少するので、ポペット172は、図5に示す矢印152の方向に移動させられ、バックアップバルブ150は再び図4に示す状態になる。
【0030】
したがって、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、例えば、油の漏洩などによって、油供給室130b及び油路203中の油の圧力が減少したとしても、電動機110及びポンプ120を駆動させることによって、油供給室130b及び油路203中の油の圧力を上昇させることができる。
【0031】
バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、電動機110及びポンプ120を駆動させて、油路201及び150a中の油の圧力を上昇させることによって、バックアップバルブ150を再び図2に示す状態にすることができる。以下、バックアップバルブ150が図4に示す状態から図2に示す状態になる作用について説明する。
【0032】
バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、電動機110及びポンプ120を駆動させて、油路150a中の油の圧力を上昇させると、ピストン171において、スプリング181から受ける負荷と、受圧面171aが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング182から受ける負荷と、受圧面171b及び171cが油から受ける負荷とを合計した負荷よりも大きくなるので、ピストン171及びポペット172は、図4に示す矢印151の方向に移動させられ、バックアップバルブ150は図4に示す状態から図2に示す状態になる。換言すると、バックアップバルブ150は、ポンプ120によって出力された油の油路202及び203間の流通を防止している場合、ポンプ120によって2経路のうちの他方、即ち、油路201に出力された油の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、ポンプ120によって出力された油の流通を開始するようになっている。
【0033】
また、バックアップバルブ150が図4に示す状態である場合、例えば、油の漏洩などによって、油供給室130b及び油路203中の油の圧力が減少して弁閉圧力未満の圧力になることによっても、バックアップバルブ150は図4に示す状態から図2に示す状態になる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機の最大出力能力を低く押さえることができ、電動機の重量や形状を小型化することができるアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの油圧回路図である。
【図2】図1に示すアクチュエータのバックアップバルブの側面断面図である。
【図3】図1に示すアクチュエータを備えた航空機の平面図である。
【図4】図1に示すアクチュエータのバックアップバルブの、図2とは異なる状態での側面断面図である。
【図5】図1に示すアクチュエータのバックアップバルブの、図2及び4とは異なる状態での側面断面図である。
【符号の説明】
110 電動機
120 ポンプ
130 シリンダ
140 制御手段
150 バックアップバルブ(流通手段)
100 EHA(アクチュエータ)
202 油路(2経路のうちの一方)
201 油路(2経路のうちの他方)

Claims (4)

  1. 電動機と、
    前記電動機の回転に応じて流体を出力するポンプと、
    前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、
    前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備えたアクチュエータにおいて、
    前記ポンプによって出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段を備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止することを特徴とするアクチュエータ。
  2. 前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって出力されて前記流通手段に入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。
  3. 電動機と、
    前記電動機の回転に応じて流体を少なくとも2経路に出力するポンプと、
    前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、
    前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段と、
    前記ポンプによって前記2経路のうちの一方に出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段とを備え、
    前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止するアクチュエータにおいて、
    前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって前記2経路のうちの他方に出力された流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするアクチュエータ。
  4. 前記流通手段が前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記電動機が前記ポンプに流体の出力を停止させることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のアクチュエータ。
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