JP4365870B2

JP4365870B2 - 流体圧アクチュエータ

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Publication number: JP4365870B2
Application number: JP2007091407A
Authority: JP
Inventors: 篤志柿野; 博斉藤; 健太川崎; 崇岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: US7987668B2; JP2008249024A; US20080236156A1

Description

本発明は、流体圧アクチュエータに関する。

従来の流体圧アクチュエータは、ピストンを備えたシリンダと、シリンダに作動流体を給排してピストンを進退動させる流体圧ポンプと、流体圧ポンプを駆動する電動モータとを備えている。流体圧アクチュエータには、斜板の角度を調節することにより吐出容量が変化する流体圧ポンプが好適に用いられる。電動モータの消費電力を少なくするために斜板の角度を小さくなるように制御する技術が知られている。この斜板制御の駆動力として従来はピストンの駆動用とは別の電源や流体圧源等の動力源が用いられていた。

例えば、特許文献１は、流体圧ポンプを駆動する電動モータとは別の電動モータが減速機を介して斜板の角度を調節する技術と、流体圧アクチュエータの両端面の圧力差に基づいて吐出容量を小さくする技術とを開示している。

特許文献２は、ピストンの目標位置と、ピストンの現在位置と、ピストンの出力とに基づいて、マッピング制御により流体圧ポンプを駆動する電動モータの回転数と斜板の角度とを制御する技術を開示している。

特開２００１−２９５８０２号公報特開２００５−２４０９７４号公報

本発明の目的は、航空機の操舵システムの小型・軽量化が可能な流体圧アクチュエータを提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による流体圧アクチュエータ（１００）は、出力シリンダ（３）と、流体圧ポンプ（２）と、前記流体圧ポンプを駆動する電動モータ（１）と、斜板制御シリンダ（５）と、第１出力シリンダ流路（１４）と、第２出力シリンダ流路（１５）と、戻り流路（１６）とを具備する。前記出力シリンダは、第１出力シリンダ室（３１）と、第２出力シリンダ室（３２）と、前記第１出力シリンダ室及び前記第２出力シリンダ室の間に配置された出力ピストン（３３）とを備える。前記流体圧ポンプは、第１給排口（２５）と、第２給排口（２６）と、前記流体圧ポンプの吐出流量を変化させる斜板（２７）とを備える。前記第１出力シリンダ流路は、前記第１出力シリンダ室と前記第１給排口とを接続する。前記第２出力シリンダ流路は、前記第２出力シリンダ室と前記第２給排口とを接続する。前記戻り流路は、前記流体圧ポンプから漏れた作動流体をアキュムレータ（４）に貯える。前記斜板制御シリンダは、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から作動流体が供給され、前記斜板を駆動し、前記戻り流路に作動流体を排出する。

本発明によれば、流体圧ポンプの発生する圧力により斜板が駆動されるから、斜板を駆動するための動力源を別に設ける必要がない。したがって、流体圧アクチュエータ及びこの流体圧アクチュエータを備えた航空機の操舵システムが小型・軽量化される。

本発明による流体圧アクチュエータ（１００）は、斜板制御流路（５７）と、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から前記斜板制御流路に作動流体を供給するシャトル弁（７）と、サーボ弁（６）とを具備することが好ましい。前記斜板制御シリンダは、第１斜板制御シリンダ室（５１）と、第２斜板制御シリンダ室（５２）と、前記第１斜板制御シリンダ室及び前記第２斜板制御シリンダ室の間に配置された斜板制御ピストン（５３）とを備えることが好ましい。前記斜板制御ピストンは、前記斜板に接続されている。前記サーボ弁は、サーボ弁制御指令に基づいて、第１状態と第２状態とをとる。前記サーボ弁は、前記第１状態において、前記斜板制御流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続する。前記サーボ弁は、前記第２状態において、前記斜板制御流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続する。

前記斜板制御シリンダは、前記流体圧ポンプの吐出容量が最大となる方向に前記斜板制御ピストンを付勢するばね（５４）を備えることが好ましい。

本発明による流体圧アクチュエータ（１００）は、制御装置（１７）と、前記出力ピストンの位置を検出してピストン位置検出値（Ｌｓ）を出力する出力ピストン位置センサ（８）と、前記電動モータの回転速度を検出してモータ速度検出値（ωｓ）を出力するモータ速度センサ（９）と、前記斜板の斜板角度（θ）を検出して斜板角度検出値（θｓ）を出力する斜板角度センサ（１０）と、前記出力シリンダの出力を検出して出力検出値（Ｆｓ）を出力する出力センサ（１３）とを具備することが好ましい。前記制御装置は、前記出力ピストンの目標位置を示す出力ピストン位置指令値（Ｌ＊）と前記出力ピストン位置検出値との差分に対応した前記出力ピストンの目標速度を示すピストン速度指令値（Ｖ＊）を生成し、前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記電動モータの目標回転速度を示すモータ速度指令値（ω＊）を生成し、前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記斜板の目標斜板角度を示す斜板角度指令値（θ＊）を生成し、前記モータ速度検出値が前記モータ速度指令値に一致するように前記電動モータに駆動電力（Ｗ）を供給し、前記斜板角度検出値が前記斜板角度指令値に一致するように前記サーボ弁制御指令を出力することが好ましい。

前記出力検出値が所定の値（ＦｓＸ）より小さい場合、前記出力検出値の大小にかかわらず前記斜板角度指令値は一定角度（θ＊ＭＡＸ）を示すことが好ましい。前記出力検出値が前記所定の値より大きい場合、前記斜板角度指令値は前記一定角度より小さい角度を示し、前記出力検出値が大きいほど前記斜板角度指令値は小さいことが好ましい。前記斜板角度が大きいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が大きい。前記斜板角度が小さいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が小さい。

本発明によれば、航空機の操舵システムの小型・軽量化が可能な流体圧アクチュエータが提供される。

添付図面を参照して、本発明による流体圧アクチュエータを実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体圧アクチュエータ１００のブロック図を示している。流体圧アクチュエータ１００は、電動モータ１と、流体圧ポンプ２と、出力シリンダ３と、斜板制御シリンダ５と、サーボ弁６と、シャトル弁７と、出力ピストン位置センサ８と、モータ速度センサ９と、斜板角度センサ１０と、二つのリリーフ弁１２と、出力センサ１３と、第１出力シリンダ流路１４と、第２出力シリンダ流路１５と、戻り流路１６と、制御装置１７と、第１斜板制御流路５５と、第２斜板制御流路５６と、第３斜板制御流路５７と、第４斜板制御流路５８とを備えている。

出力シリンダ３は、第１出力シリンダ室３１と、第２出力シリンダ室３２と、第１出力シリンダ室３１及び第２出力シリンダ室３２の間に配置された出力ピストン３３とを備えている。出力ピストン３３は、作動流体が第１出力シリンダ室３１に供給され、第２出力シリンダ室３２から排出されると図中右方向に移動する。出力ピストン３３は、作動流体が第２出力シリンダ室３２に供給され、第１出力シリンダ室３１から排出されると反対の図中左方向に移動する。作動流体は、例えば、油である。

流体圧ポンプ２は、第１給排口２５と、第２給排口２６と、流体圧ポンプ２の吐出容量を変化させる斜板２７とを備えている。電動モータ１は、流体圧ポンプ２を駆動する。電動モータ１が第１方向に回転すると、流体圧ポンプ２は第２給排口２６から吸い込んだ作動流体を第１給排口２５から吐き出す。電動モータ１が第１方向の反対の第２方向に回転すると、流体圧ポンプ２は第１給排口２５から吸い込んだ作動流体を第２給排口２６から吐き出す。斜板２７は、流体圧ポンプ２が発生する圧力により駆動される。斜板２７を駆動するための別の動力源が不要であるため、流体圧アクチュエータ１００の小型・軽量化が図られる。したがって、流体圧アクチュエータ１００は、航空機や宇宙船に搭載するために好適である。

第１出力シリンダ流路１４は、第１給排口２５と第１出力シリンダ室３１とを接続している。第２出力シリンダ流路１５は、第２給排口２６と第２出力シリンダ室３２とを接続している。戻り流路１６は、流体圧ポンプ２から漏れた作動流体を戻り流路１６に接続されたアキュムレータ４に貯える。アキュムレータ４に貯えられた作動流体は、戻り流路１６の圧力が第１出力シリンダ流路１４の圧力を超えた時、一のチェック弁１１を介して第１出力シリンダ流路１４に戻される。アキュムレータ４に貯えられた作動流体は、戻り流路１６の圧力が第２出力シリンダ流路１５の圧力を超えた時、他のチェック弁１１を介して第２出力シリンダ流路１５に戻される。二つのリリーフ弁１２の一方は、第１出力シリンダ流路１４の圧力が一定値を超えた場合に第１出力シリンダ流路１４から第２出力シリンダ流路１５に作動流体を逃がす。二つのリリーフ弁１２の他方は、第２出力シリンダ流路１５の圧力が一定値を超えた場合に第２出力シリンダ流路１５から第１出力シリンダ流路１４に作動流体を逃がす。

斜板制御シリンダ５は、第１シリンダ室５１と、第２シリンダ室５２と、第１シリンダ室５１及び第２シリンダ室５２の間に配置されたピストン５３と、ばね５４とを備えている。ピストン５３は、斜板２７に接続されている。ピストン５３は、作動流体が第１シリンダ室５１に供給され、第２シリンダ室５２から排出されると、図中下方向に移動する。ピストン５３は、作動流体が第２シリンダ室５２に供給され、第１シリンダ室５１から排出されると、反対の図中上方向に移動する。ばね５４は、ピストン５３を図中上方向に付勢している。

ピストン５３が図中上方向に移動すると流体圧ポンプ２の吐出容量が大きくなる。ピストン５３が図中下方向に移動すると流体圧ポンプ２の吐出容量が小さくなる。

第１斜板制御流路５５は、第１シリンダ室５１とサーボ弁６とを接続している。第２斜板制御流路５６は、第２シリンダ室５２とサーボ弁６とを接続している。第３斜板制御流路５７は、シャトル弁７とサーボ弁６とを接続している。第４斜板制御流路５８は、戻り流路１６とサーボ弁６とを接続している。シャトル弁７は、第１出力シリンダ流路１４及び第２出力シリンダ流路１５の圧力が高い方から第３斜板制御流路５７に作動流体を供給する。

制御装置１７は、サーボ弁制御指令Ｓをサーボ弁６に出力し、駆動電力Ｗを電動モータ１に供給する。出力ピストン３３の目標位置を示すピストン位置指令値Ｌ＊が制御装置１７に入力される。出力ピストン位置センサ８は、出力ピストン３３の位置を検出しピストン位置検出値Ｌｓを制御装置１７に出力する。モータ速度センサ９は、電動モータ１の回転速度を検出しモータ速度検出値ωｓを制御装置１７に出力する。斜板角度センサ１０は、ピストン５３の位置に基づいて斜板角度検出値θｓを制御装置１７に出力する。出力センサ１３は、第１出力シリンダ室３１と第２出力シリンダ室３２との圧力差から出力ピストン３３の出力を検出し出力検出値Ｆｓを制御装置１７に出力する。

サーボ弁６は、サーボ弁制御指令Ｓに基づいて第１状態乃至第３状態をとる。

第１状態において、サーボ弁６は、第１斜板制御流路５５と第３斜板制御流路５７とを接続し、第２斜板制御流路５６と第４斜板制御流路５８とを接続する。第１状態において、第１出力シリンダ流路１４内の圧力と第２出力シリンダ流路１５内の圧力の高い方の圧力ＰＨと戻り流路１６内の圧力Ｐ１６との圧力差ＰＨ−Ｐ１６が、ばね５４がピストン５３を付勢する付勢力Ｆ５４より大きい場合、作動流体が第３斜板制御流路５７から第１斜板制御流路５５を経由して第１シリンダ室５１に供給され、第２シリンダ室５２内の作動流体が第２斜板制御流路５６及び第４斜板制御流路５８を経由して戻り流路１６に排出される。その結果、ピストン５３が図中下方向に移動して流体圧ポンプ２の吐出容量が小さくなる。圧力差ＰＨ−Ｐ１６が付勢力Ｆ５４より小さい場合、ピストン５３が図中下方向に移動することがばね５４によって妨げられる。ピストン５３が図中下方向の端位置にあるとき、流体圧ポンプ２の吐出容量は最小である。

第２状態において、サーボ弁６は、第１斜板制御流路５５と第４斜板制御流路５８とを接続し、第２斜板制御流路５６と第３斜板制御流路５７とを接続する。第２状態において、圧力差ＰＨ−Ｐ１６と付勢力Ｆ５４がピストン５３に加わり、作動流体が第３斜板制御流路５７から第２斜板制御流路５６を経由して第２シリンダ室５２に供給され、第１シリンダ室５１内の作動流体が第１斜板制御流路５５及び第４斜板制御流路５８を経由して戻り流路１６に排出される。その結果、ピストン５３が図中上方向に移動して流体圧ポンプ２の吐出容量が大きくなる。ピストン５３が図中上方向の端位置にあるとき、流体圧ポンプ２の吐出容量は最大である。

第３状態において、サーボ弁６は、第１斜板制御流路５５、第２斜板制御流路５６、第３斜板制御流路５７及び第４斜板制御流路５８の全てを塞ぐ。その結果、ピストン５３は、第１シリンダ室５１内の作動流体がピストン５３に作用させる図中下向きの力と、第２シリンダ室５２内の作動流体及びばね５４がピストン５３に作用させる図中上向きの力とが釣り合う位置で停止する。

図２は、流体圧アクチュエータ１００の断面図を示している。流体圧ポンプ２は、シリンダブロック２１と、弁板２４とを備えている。シリンダブロック２１は、複数のシリンダ室２２と、複数のシリンダ室２２の各々の容積を増減させるポンプピストン２３とを備えている。ポンプピストン２３は、斜板２７と接触状態を保つように構成されている。電動モータ１は、シリンダブロック２１を回転軸まわりに弁板２４に対して回転する。弁板２４は、第１給排口２５と第２給排口２６とを備えている。第１給排口２５及び第２給排口２６は、図３に示すように、回転軸に対して１８０度回転対称となるように形成されている。複数のシリンダ室２２は、図４に示すように、回転軸を中心とする円周上に等角度間隔で配置されている。シリンダブロック２１と弁板２４との間には隙間が設けられている。シリンダ室２２と、第１給排口２５及び第２給排口２６とは隙間を介して回転軸方向に対向する。電動モータ１がシリンダブロック２１を回転すると、ポンプピストン２３は斜板２７が回転軸に対して傾いているために回転軸方向に進退する。ポンプピストン２３の進退の１周期は、シリンダブロック２１の１回転に対応している。ポンプピストン２３の進退により、シリンダ室２２の容積が増減する。第１給排口２５は、電動モータ１が第１方向に回転しているときに容積が減少中のシリンダ室２２と対向するように設けられている。第２給排口２６は、電動モータ１が第１方向に回転しているときに容積が増加中のシリンダ室２２と対向するように設けられている。この場合、電動モータ１が第２方向に回転すると、第１給排口２５は容積が増加中のシリンダ室２２と対向し、第２給排口２６は容積が減少中のシリンダ室２２と対向する。図中のθは、斜板角度を示している。斜板角度θは、斜板２７がシリンダブロック２１の回転軸に垂直なときに０度である。斜板角度θが大きいとき、流体圧ポンプ２の吐出容量が大きい。斜板角度θが小さいとき、流体圧ポンプ２の吐出容量が小さい。斜板制御シリンダ５が備えるピストン５３は斜板２７に接続されている。斜板制御シリンダ５は、斜板角度θを変化させる。斜板角度センサ１０は、ピストン５３の位置に基づいて斜板角度θを検出し斜板角度検出値θｓを出力する。

図５は、制御装置１７のブロック図を示している。制御装置１７は、減算器６１と、ピストン速度指令値生成部６２と、モータ速度指令値生成部６３と、モータ速度制御部６４と、斜板角度指令値生成部６５と、斜板角度制御部６６とを備えている。減算器６１は、ピストン位置指令値Ｌ＊とピストン位置検出値Ｌｓとの差分（Ｌ＊−Ｌｓ）を演算してピストン速度指令値生成部６２に出力する。ピストン速度指令値生成部６２は、所定の制御則に従い、差分（Ｌ＊−Ｌｓ）に対応した出力ピストン３３の目標速度を示すピストン速度指令値Ｖ＊をモータ速度指令値生成部６３と斜板角度指令値生成部６５とに出力する。モータ速度指令値生成部６３は、ピストン速度指令値Ｖ＊及び出力検出値Ｆｓに基づいて電動モータ１の目標回転速度を示すモータ速度指令値ω＊を生成しモータ速度制御部６４に出力する。モータ速度制御部６４は、モータ速度検出値ωｓがモータ速度指令値ω＊に一致するように駆動電力Ｗを電動モータ１に供給する。斜板角度指令値生成部６５は、ピストン速度指令値Ｖ＊及び出力検出値Ｆｓに基づいて斜板角度θの目標角度を示す斜板角度指令値θ＊を生成し斜板角度制御部６６に出力する。斜板角度制御部６６は、斜板角度検出値θｓが斜板角度指令値θ＊に一致するようにサーボ弁制御指令Ｓをサーボ弁６に出力する。

図６は、モータ速度指令値生成部６３及び斜板角度指令値生成部６５がピストン速度指令値Ｖ＊及び出力検出値Ｆｓに基づいてモータ速度指令値ω＊と斜板角度指令値θ＊とを生成する規則の一例を示すグラフである。図６には、曲面Ａが示されている。曲面Ａは、ピストン速度指令値Ｖ＊及び出力検出値Ｆｓの組に対してモータ速度指令値ω＊及び斜板角度指令値θ＊の組を対応付けている。曲面Ａは、
θ＊＝Ｆ（Ｆｓ，Ｖ＊）
を規定している。また、曲面Ａは、複数の領域から構成されている。各々の領域について異なるモータ速度指令値ω＊が対応付けられている。すなわち、曲面Ａは、
ω＊＝Ｇ（Ｆｓ，Ｖ＊）
を規定している。

流体圧アクチュエータ１００に速い動作速度と低い消費電力の両方を求める場合、原則として以下の関係が成り立つことが好ましい。
Ｆ（Ｆｓ１，Ｖ＊）＞Ｆ（Ｆｓ２，Ｖ＊）、
Ｆ（Ｆｓ，Ｖ＊１）＜Ｆ（Ｆｓ，Ｖ＊２）、
Ｇ（Ｆｓ１，Ｖ＊）＜Ｇ（Ｆｓ２，Ｖ＊）、
Ｇ（Ｆｓ，Ｖ＊１）＜Ｇ（Ｆｓ，Ｖ＊２）、
ここで、ＦｓとしてのＦｓ１及びＦｓ２、Ｖ＊としてのＶ＊１及びＶ＊２について、
Ｆｓ１＜Ｆｓ２、
Ｖ＊１＜Ｖ＊２
である。

ただし、
０＜Ｆｓ１＜Ｆｓ２＜ＦｓＸ
の場合については、
Ｆ（Ｆｓ１，Ｖ＊）＝Ｆ（Ｆｓ２，Ｖ＊）＝θ＊ＭＡＸ
であることが好ましい。ここで、ＦｓＸは所定の値、θ＊ＭＡＸは斜板角度指令値θ＊の最大値である。出力ピストン３３の出力が小さい場合、斜板２７の制御に必要な圧力を確保できないために斜板角度指令値θ＊を最大値にする。また、出力ピストン３３の出力が小さい場合の速い動作速度も得られる。θ＊ＭＡＸは、斜板角度θの最大値を示す。

本実施形態においては、流体圧ポンプ２の吐出容量が調節可能である。吐出容量を小さくした場合、少ない消費電力で出力ピストン３３に作用する外力に抗して出力ピストン３３を一定位置に保持することが可能である。吐出容量を大きくした場合、出力ピストン３３を高速で移動することが可能である。

本実施形態においては、流体圧ポンプ２が備える斜板２７は流体圧ポンプ２が発生する圧力により駆動される。斜板２７を駆動するための別の動力源が不要であるため、流体圧アクチュエータ１００の小型・軽量化が図られる。したがって、流体圧アクチュエータ１００は、航空機や宇宙船に搭載するために好適である。

本実施形態においては、サーボ弁６が故障して状態の変更ができない場合であっても、ばね５４によって流体圧ポンプ２の吐出容量が大きい値に保持される。このことは、サーボ弁６の故障時における出力ピストン３３の応答性劣化を回避できる。したがって、流体圧アクチュエータ１００は、航空機の操舵用に好適である。

（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る流体圧アクチュエータ１００’のブロック図を示している。流体圧アクチュエータ１００’は、第１の実施形態に係る流体圧アクチュエータ１００の斜板制御シリンダ５が斜板制御シリンダ５’で置き換えられ、サーボ弁６がサーボ弁６’で置き換えられ、第１斜板制御流路５５が第１斜板制御流路５５’で置き換えられ、第２斜板制御流路５６が取り除かれ、第３斜板制御流路５７が第３斜板制御流路５７’で置き換えられ、第４斜板制御流路５８が第４斜板制御流路５８’で置き換えられたものである。斜板制御シリンダ５’は、第１シリンダ室５１’と、第１シリンダ室５１’に配置されたピストン５３’と、ばね５４’を備えている。ピストン５３’は、斜板２７に接続されている。第１斜板制御流路５５’は、第１シリンダ室５１’とサーボ弁６’とを接続している。第３斜板制御流路５７’は、シャトル弁７とサーボ弁６’とを接続している。第４斜板制御流路５８’は、戻り流路１６とサーボ弁６’とを接続している。斜板角度センサ１０は、ピストン５３’の位置に基づいて斜板角度検出値θｓを検出する。

ピストン５３’は、作動流体が第１シリンダ室５１’に供給されると、図中下方向に移動する。このとき、ピストン５３’は、ばね５４’を収縮させる。第１シリンダ室５１’から作動流体が排出されると、ばね５４’が伸長してピストン５３’を図中上方向に移動させる。

サーボ弁６’は、サーボ弁制御指令Ｓに基づいて第１状態乃至第３状態をとる。

第１状態において、サーボ弁６’は、第１斜板制御流路５５’と第３斜板制御流路５７’とを接続し、第４斜板制御流路５８’を塞ぐ。第１状態において、第１出力シリンダ流路１４内の圧力と第２出力シリンダ流路１５内の圧力の高い方の圧力ＰＨが、ばね５４’がピストン５３’を図中上方向へ移動させる反力Ｆ５４’より大きい場合、作動流体が第３斜板制御流路５７’から第１斜板制御流路５５’を経由して第１シリンダ室５１’に供給される。その結果、ピストン５３’が図中下方向に移動して流体圧ポンプ２の吐出容量が小さくなる。

第２状態において、サーボ弁６’は、第１斜板制御流路５５’と第４斜板制御流路５８’とを接続し、第３斜板制御流路５７’を塞ぐ。第２状態において、ばね５４’が反力によりピストン５３’を図中上方向へ移動させる。その結果、第１シリンダ室５１’内の作動流体が第１斜板制御流路５５’及び第４斜板制御流路５８’を経由して戻り流路１６に排出される。

第３状態において、サーボ弁６’は、第１斜板制御流路５５’、第３斜板制御流路５７’及び第４斜板制御流路５８’の全てを塞ぐ。その結果、ピストン５３’は、第１シリンダ室５１’内の作動流体がピストン５３’に作用させる図中下向きの力とばね５４’がピストン５３’に作用させる図中上向きの力とが釣り合う位置で停止する。

本実施形態においては、流体圧ポンプ２が備える斜板２７は流体圧ポンプ２が発生する圧力により駆動される。斜板２７を駆動するための別の動力源が不要であるため、流体圧アクチュエータ１００’の小型・軽量化が図られる。したがって、流体圧アクチュエータ１００’は、航空機や宇宙船に搭載するために好適である。

本実施形態においては、サーボ弁６’が故障して状態の変更ができない場合であっても、ばね５４’によって流体圧ポンプ２の吐出容量が大きい値に保持される。このことは、サーボ弁６’の故障時における出力ピストン３３の応答性劣化を回避できる。したがって、流体圧アクチュエータ１００’は、航空機の操舵用に好適である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る流体圧アクチュエータのブロック図を示している。図２は、流体圧アクチュエータの断面図を示している。図３は、図２のＡ−Ａ’切断線における断面図を示している。図４は、図２のＢ−Ｂ’切断線における断面図を示している。図５は、流体圧アクチュエータが備える制御装置のブロック図を示している。図６は、第１の実施形態に係る制御則を示すグラフである。図７は、本発明の第２の実施形態に係る流体圧アクチュエータのブロック図を示している。

符号の説明

１００、１００’…流体圧アクチュエータ
１…電動モータ
２…流体圧ポンプ
３…出力シリンダ
４…アキュムレータ
５、５’…斜板制御シリンダ
６、６’…サーボ弁（電気油圧サーボ弁）
７…シャトル弁
８…出力ピストン位置センサ
９…モータ速度センサ
１０…斜板角度センサ
１１…チェック弁
１２…リリーフ弁
１３…出力センサ
１４…第１出力シリンダ流路
１５…第２出力シリンダ流路
１６…戻り流路
１７…制御装置
２１…シリンダブロック
２２…シリンダ室
２３…ポンプピストン
２４…弁板
２５…第１給排口
２６…第２給排口
２７…斜板
３１…第１出力シリンダ室
３２…第２出力シリンダ室
３３…出力ピストン
５１、５１’…第１シリンダ室
５２…第２シリンダ室
５３、５３’…ピストン
５４、５４’…ばね
５５、５５’…第１斜板制御流路
５６…第２斜板制御流路
５７、５７’…第３斜板制御流路
５８、５８’…第４斜板制御流路
６１…減算器
６２…ピストン速度指令値生成部
６３…モータ速度指令値生成部
６４…モータ速度制御部
６５…斜板角度指令値生成部
６６…斜板角度制御部
Ｌ＊…ピストン位置指令値
Ｌｓ…ピストン位置検出値
Ｖ＊…ピストン速度指令値
Ｆｓ…出力検出値
ω＊…モータ速度指令値
ωｓ…モータ速度検出値
Ｗ…駆動電力
θ＊…斜板角度指令値
θｓ…斜板角度検出値
Ｓ…サーボ弁制御指令

Claims

出力シリンダと、
流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、
斜板制御シリンダと、
第１出力シリンダ流路と、
第２出力シリンダ流路と、
戻り流路と、
斜板制御流路と、
シャトル弁と、
サーボ弁と
を具備し、
前記出力シリンダは、第１出力シリンダ室と、第２出力シリンダ室と、前記第１出力シリンダ室及び前記第２出力シリンダ室の間に配置された出力ピストンとを備え、
前記流体圧ポンプは、第１給排口と、第２給排口と、前記流体圧ポンプの吐出容量を変化させる斜板とを備え、
前記第１出力シリンダ流路は、前記第１出力シリンダ室と前記第１給排口とを接続し、
前記第２出力シリンダ流路は、前記第２出力シリンダ室と前記第２給排口とを接続し、
前記戻り流路は、前記流体圧ポンプから漏れた作動流体をアキュムレータに貯え、
前記斜板制御シリンダは、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から作動流体が供給され、前記斜板を駆動し、前記戻り流路に作動流体を排出し、
前記シャトル弁は、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から前記斜板制御流路に作動流体を供給し、
前記斜板制御シリンダは、第１斜板制御シリンダ室と、第２斜板制御シリンダ室と、前記第１斜板制御シリンダ室及び前記第２斜板制御シリンダ室の間に配置された斜板制御ピストンと、ばねとを備え、
前記斜板制御ピストンは、前記斜板に接続され、
前記ばねは、前記流体圧ポンプの吐出容量が最大となる方向に前記斜板制御ピストンを付勢し、
前記サーボ弁は、
サーボ弁制御指令に基づいて、第１状態と第２状態とをとり、
前記第１状態において、前記斜板制御流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続し、
前記第２状態において、前記斜板制御流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続する
流体圧アクチュエータ。
制御装置と、
前記出力ピストンの位置を検出してピストン位置検出値を出力する出力ピストン位置センサと、
前記電動モータの回転速度を検出してモータ速度検出値を出力するモータ速度センサと、
前記斜板の斜板角度を検出して斜板角度検出値を出力する斜板角度センサと、
前記出力シリンダの出力を検出して出力検出値を出力する出力センサと
を更に具備し、
前記制御装置は、
前記出力ピストンの目標位置を示す出力ピストン位置指令値と前記出力ピストン位置検出値との差分に対応した前記出力ピストンの目標速度を示すピストン速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記電動モータの目標回転速度を示すモータ速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記斜板の目標斜板角度を示す斜板角度指令値を生成し、
前記モータ速度検出値が前記モータ速度指令値に一致するように前記電動モータに駆動電力を供給し、
前記斜板角度検出値が前記斜板角度指令値に一致するように前記サーボ弁制御指令を出力し、
前記出力検出値が所定の値より小さい場合、前記斜板角度指令値は一定角度を示し、
前記出力検出値が前記所定の値より大きい場合、前記斜板角度指令値は前記一定角度より小さい角度を示し、前記出力検出値が大きいほど前記斜板角度指令値は小さく、
前記斜板角度が大きいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が大きく、
前記斜板角度が小さいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が小さい
請求項１の流体圧アクチュエータ。
出力シリンダと、
流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、
斜板制御シリンダと、
第１出力シリンダ流路と、
第２出力シリンダ流路と、
戻り流路と、
斜板制御流路と、
シャトル弁と、
サーボ弁と、
制御装置と、
出力ピストン位置センサと、
モータ速度センサと、
斜板角度センサと、
出力センサと
を具備し、
前記出力シリンダは、第１出力シリンダ室と、第２出力シリンダ室と、前記第１出力シリンダ室及び前記第２出力シリンダ室の間に配置された出力ピストンとを備え、
前記流体圧ポンプは、第１給排口と、第２給排口と、前記流体圧ポンプの吐出容量を変化させる斜板とを備え、
前記第１出力シリンダ流路は、前記第１出力シリンダ室と前記第１給排口とを接続し、
前記第２出力シリンダ流路は、前記第２出力シリンダ室と前記第２給排口とを接続し、
前記戻り流路は、前記流体圧ポンプから漏れた作動流体をアキュムレータに貯え、
前記斜板制御シリンダは、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から作動流体が供給され、前記斜板を駆動し、前記戻り流路に作動流体を排出し、
前記シャトル弁は、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から前記斜板制御流路に作動流体を供給し、
前記斜板制御シリンダは、第１斜板制御シリンダ室と、第２斜板制御シリンダ室と、前記第１斜板制御シリンダ室及び前記第２斜板制御シリンダ室の間に配置された斜板制御ピストンとを備え、
前記斜板制御ピストンは、前記斜板に接続され、
前記サーボ弁は、
サーボ弁制御指令に基づいて、第１状態と第２状態とをとり、
前記第１状態において、前記斜板制御流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続し、
前記第２状態において、前記斜板制御流路と前記第２斜板制御シリンダ室とを接続し、前記戻り流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、
前記出力ピストン位置センサは、前記出力ピストンの位置を検出してピストン位置検出値を出力し、
前記モータ速度センサは、前記電動モータの回転速度を検出してモータ速度検出値を出力し、
前記斜板角度センサは、前記斜板の斜板角度を検出して斜板角度検出値を出力し、
前記出力センサは、前記出力シリンダの出力を検出して出力検出値を出力し、
前記制御装置は、
前記出力ピストンの目標位置を示す出力ピストン位置指令値と前記出力ピストン位置検出値との差分に対応した前記出力ピストンの目標速度を示すピストン速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記電動モータの目標回転速度を示すモータ速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記斜板の目標斜板角度を示す斜板角度指令値を生成し、
前記モータ速度検出値が前記モータ速度指令値に一致するように前記電動モータに駆動電力を供給し、
前記斜板角度検出値が前記斜板角度指令値に一致するように前記サーボ弁制御指令を出力し、
前記出力検出値が所定の値より小さい場合、前記斜板角度指令値は一定角度を示し、
前記出力検出値が前記所定の値より大きい場合、前記斜板角度指令値は前記一定角度より小さい角度を示し、前記出力検出値が大きいほど前記斜板角度指令値は小さく、
前記斜板角度が大きいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が大きく、
前記斜板角度が小さいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が小さい
流体圧アクチュエータ。
出力シリンダと、
流体圧ポンプと、
前記流体圧ポンプを駆動する電動モータと、
斜板制御シリンダと、
第１出力シリンダ流路と、
第２出力シリンダ流路と、
戻り流路と、
斜板制御流路と、
シャトル弁と、
サーボ弁と、
制御装置と、
出力ピストン位置センサと、
モータ速度センサと、
斜板角度センサと、
出力センサと
を具備し、
前記出力シリンダは、第１出力シリンダ室と、第２出力シリンダ室と、前記第１出力シリンダ室及び前記第２出力シリンダ室の間に配置された出力ピストンとを備え、
前記流体圧ポンプは、第１給排口と、第２給排口と、前記流体圧ポンプの吐出容量を変化させる斜板とを備え、
前記第１出力シリンダ流路は、前記第１出力シリンダ室と前記第１給排口とを接続し、
前記第２出力シリンダ流路は、前記第２出力シリンダ室と前記第２給排口とを接続し、
前記戻り流路は、前記流体圧ポンプから漏れた作動流体をアキュムレータに貯え、
前記斜板制御シリンダは、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から作動流体が供給され、前記斜板を駆動し、前記戻り流路に作動流体を排出し、
前記シャトル弁は、前記第１出力シリンダ流路及び前記第２出力シリンダ流路の圧力が高い方から前記斜板制御流路に作動流体を供給し、
前記斜板制御シリンダは、第１斜板制御シリンダ室と、前記第１斜板制御シリンダ室に作動流体が供給されると第１方向に移動する斜板制御ピストンと、前記斜板制御ピストンを前記第１方向の反対方向に移動させるばねとを備え、
前記斜板制御ピストンは、前記斜板に接続され、
前記斜板制御ピストンが前記第１方向に移動すると前記流体圧ポンプの吐出容量が小さくなり、
前記サーボ弁は、
サーボ弁制御指令に基づいて、第１状態と第２状態とをとり、
前記第１状態において、前記斜板制御流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、
前記第２状態において、前記戻り流路と前記第１斜板制御シリンダ室とを接続し、
前記出力ピストン位置センサは、前記出力ピストンの位置を検出してピストン位置検出値を出力し、
前記モータ速度センサは、前記電動モータの回転速度を検出してモータ速度検出値を出力し、
前記斜板角度センサは、前記斜板の斜板角度を検出して斜板角度検出値を出力し、
前記出力センサは、前記出力シリンダの出力を検出して出力検出値を出力し、
前記制御装置は、
前記出力ピストンの目標位置を示す出力ピストン位置指令値と前記出力ピストン位置検出値との差分に対応した前記出力ピストンの目標速度を示すピストン速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記電動モータの目標回転速度を示すモータ速度指令値を生成し、
前記ピストン速度指令値と前記出力検出値とに基づいて前記斜板の目標斜板角度を示す斜板角度指令値を生成し、
前記モータ速度検出値が前記モータ速度指令値に一致するように前記電動モータに駆動電力を供給し、
前記斜板角度検出値が前記斜板角度指令値に一致するように前記サーボ弁制御指令を出力し、
前記出力検出値が所定の値より小さい場合、前記斜板角度指令値は一定角度を示し、
前記出力検出値が前記所定の値より大きい場合、前記斜板角度指令値は前記一定角度より小さい角度を示し、前記出力検出値が大きいほど前記斜板角度指令値は小さく、
前記斜板角度が大きいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が大きく、
前記斜板角度が小さいとき前記流体圧ポンプの吐出容量が小さい
流体圧アクチュエータ。