JP5154806B2

JP5154806B2 - 流体装置

Info

Publication number: JP5154806B2
Application number: JP2007020562A
Authority: JP
Inventors: 典生恵比須; 淳福井; 憲優高木
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2027-01-31
Also published as: JP2008185171A

Description

本発明は、弾性体ならびにソレノイドによって付勢される制御弁、およびそれを備えた流体装置に関するものである。

従来、供給電流に応答してフラッパーと呼ばれる軸を可動させるトルクモータを備え、該軸の可動によりスプール両端の圧力バランスを制御することでスプール位置を移動させ、油圧機械的フィードバック制御を行う電気油圧サーボバルブ（Electro Hydraulic Servo Valve）が知られている。（例えば、特許文献１、２参照）
また、前記サーボバルブを用いてアクチュエータのピストンロッドを伸縮させる流体装置が知られている。（例えば、特許文献３参照）
米国特許公報４，６２４，２８４米国特許公報３，０２３，７８２米国特許公報４，５１３，７８２

しかしながら、従来の電気油圧式サーボバルブにおいては、前記スプールを駆動させるために、機械的可動部であるトルクモータおよびフラッパーと、スプール両端の圧力バランス制御を行うための油圧回路が必要である。従って、部品点数が多く、それらを組み立て調整する時間も多大なものとなり、製品コストが高くなるという問題があった。

本発明は、航空機の飛行制御において、電気信号が消失した場合であっても、翼面を確実に水平方向に保持するという安全性を犠牲にすること無く、安価に製造することができる制御弁を提供することを目的とする。

本発明の流体装置は、シリンダ内に収納されたピストンロッドの両側に一方および他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給および排出によりピストンロッドを移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータへ供給する作動流体を給排制御する制御弁を有し、前記制御弁が、スリーブと、スプールと、前記スプールの一端側を付勢する弾性体と、前記スプールの他端側を付勢するソレノイドと、前記スプールの位置を検出する差動トランスとを有し、前記差動トランスからの電気信号と、制御部より出力された入力信号により前記ソレノイドを駆動する演算回路とを備えた流体装置において、前記演算回路より出力された電気信号によりソレノイドを励磁し、前記弾性体を付勢しスプールを他端側または一端側に移動させることによって、前記アクチュエータのピストンロッドを伸縮させる構成としている。
この構成により、本発明の制御弁は従来の電気油圧サーボ弁に比べ部品点数が少なくて構成されるため、安価に製造することができる。

本発明の流体装置は、前記制御弁が、操舵電気信号入力により制御され、前記ピストンロッドを航空機用翼面に接続する構成としている。
この構成により、上述したように部品点数の少ない制御弁を用いるため、安価で信頼性の高い流体装置とすることができる。

本発明の流体装置は、前記ピストンロッドを航空機用翼面であるスポイラーに接続する構成としている。
この構成により、航空機の飛行制御において、故障によって電気信号が消失した場合でも前記ピストンロッドを最も収納した位置（翼面を水平方向）で保持し、安全性を確保させた流体装置とすることができる。

本発明によれば、信頼性の高い制御弁を安価に製造することができるとともに、特に航空機の飛行制御において、安全性を確保させた流体装置を提供することができる。

以下、本発明に関わる流体装置の一実施の形態について、図１〜図２を用いて説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る流体装置１０は、アクチュエータ２０内に収納されたピストンロッド３０の両側に一方および他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給および排出によりピストンロッド３０を移動させるアクチュエータ２０と、アクチュエータ２０へ供給する作動流体を給排制御する制御弁４０を有し、制御弁４０がスリーブ５０と、スプール６０の一端側を付勢する弾性体７０と、スプール６０の他端側を付勢するソレノイド８０と、スプール６０の位置を検出する差動トランス９０（第１差動トランス）とを有し、差動トランス９１（第２差動トランス）からの電気信号と、図外の制御部より出力された指令信号を受信し位置制御を行うための演算処理を行う第１の演算部１０１と、ソレノイド８０を駆動する第２の演算部１０２と、飛行制御用の翼面１１０と、を備えている。

次に、図１に示すように、流体装置１０の動作について、ソレノイド８０に演算部１０2からの出力電流が０の場合の動作について説明する。

他端側のソレノイド８０（例えば比例ソレノイド）に電流が流れない場合には、弾性体７０（例えばスプリング）によって付勢されたスプールが一端側より他端側へ移動する。この時に、制御弁４０のＰ_Sポートに供給された作動流体はピストンロッド３０を収納する方向に流れ、制御弁４０のＰ_Ｒ（２）ポートより排出される。同時に、ピストンロッド３０に接続された翼面１１０は略水平方向に維持される。

これにより、ソレノイド８０に供給する電流が故障等によって消失した場合でも、ピストンロッド３０を最も収納した位置で保持することができる。
さらに上述したように、この構成により、航空機の飛行制御において、故障によって電気信号が消失した場合でも、ピストンロッド３０を最も収納した位置（翼面を略水平方向）で保持し、安全性を確保させた流体装置１０とすることができる。

次に、図２に示すように、流体装置１０の動作について、ソレノイド８０に演算部１０2からの出力電流が印加された場合の動作について説明する。

図外の制御部より翼面を動作させる指令信号（所定の舵角信号に相当する電圧）が演算部１０2へ入力されると、演算回路１０２を介して出力された電気信号（アンプによって変換された電流）によってソレノイド８０を励磁し、弾性体７０に抗してスプールを一端側に移動させる。この時に、制御弁４０のＰ_Sポートに供給された作動流体はピストンロッド３０を伸長する方向に流れ、制御弁４０のＰ_Ｒ（１）ポートより排出される。同時に、ピストンロッド３０に接続された翼面１１０は略垂直方向に可動する。

ここで、スプール６０の変位量は差動トランス９０で検出され、演算部１０２内で前記指令信号と比較し、所定の舵面角速度となるようソレノイド８０を制御する。
次に、同様にアクチュエータ２０内のピストンロッド３０に接続された差動トランス９１によって、翼面の舵角に相当するピストンロッド３０の変位量を検出し、演算部１０１内で前記指令信号と比較し、所定の舵角となるよう、ソレノイド８０を制御する演算部１０２への信号を出力する。

詳細には、第１の演算部１０１を介して、第２の演算部１０２に入力された所定の翼面の角速度に相当する電圧と、差動トランス９０で検出されたスプール６０の変位によって生じたフィードバック電圧を等しくし、ソレノイド８０を励磁する電流値を、スプール６０と対向する弾性体７０の反力と釣り合う電流値となるように設定させてスプール６０を演算部１０２への入力電圧に比例した変位にて停止する。これにより、制御弁の流量制御を行いアクチュエータの速度制御および翼面１１０の角速度を制御することができる。（インナーループ制御）

また、第１の演算部１０１において入力した所定の舵角信号に相当する電圧と差動トランス９１で検出されたピストンロッド３０の変位によって生じたフィードバック電圧とを減算し（あるいは加算し）、その電圧値に差動トランス９０で検出されたスプール６０の変位によって生じたフィードバック電圧を第２の演算部１０２において減算し（あるいは加算し）ソレノイド８０を励磁する電流値がスプール６０と対向する弾性体７０の反力と釣り合う電流値となるように演算処理を行い、スプール６０を制御弁の油圧中立にて停止する。これにより、制御弁の流量制御によりアクチュエータの速度制御を行うインナーループを介して、所定の翼面１１０の角度を制御することができる。（アウターループ制御）

さらに、第２の演算部１０２はスプール６０の中立点にオフセット値を与えられるように設定することができる。このオフセット値の付与によって翼面１１０を上下に制御することができ、本発明の流体装置を航空機の飛行制御翼面のエルロンやエレベータにも使用することができる。

以上、上述したように、信頼性の高い制御弁を安価に製造することができるという効果を有し、特に航空機の飛行制御において、安全性を確保させた流体装置を提供することができ有用である。

本発明の一実施の形態に係る流体装置において、ソレノイドを励磁していないときの状態を示す。本発明の一実施の形態に係る流体装置において、ソレノイドを励磁したときの状態を示す。

符号の説明

１０流体装置
２０アクチュエータ
３０ピストンロッド
４０制御弁
５０スリーブ
６０スプール
７０弾性体
８０ソレノイド
９０，９１差動トランス
１０１第１の演算部
１０２第２の演算部
１１０飛行制御用の翼面
１２０流体ポンプ
１２１タンク

Claims

シリンダ内に収納されたピストンロッドの両側に一方および他方の流体室を形成し、両流体室への作動流体の供給および排出により航空機用の翼面であるスポイラーに接続されるピストンロッドを移動させるアクチュエータと、前記アクチュエータへ供給する作動流体を給排制御する制御弁とを有する流体装置において、
前記制御弁は、スリーブと、スプールと、前記スプールの一端側を付勢する弾性体と、前記スプールの他端側を付勢するソレノイドと、前記スプールの変位量を検出する第１差動トランスとを有し、
前記アクチュエータは、前記ピストンロッドの変位量を検出する第２差動トランスを有し、
前記第２差動トランスからの電気信号と、制御部より出力された指令信号とを受信し位置制御を行うための演算処理を行う第１の演算部と、
前記第１の演算部からの信号と、前記第１差動トランスからの電気信号とを受信し、前記ソレノイドを駆動する第２の演算部とを備え、
前記第２の演算部より出力された操舵電気信号によりソレノイドを励磁して前記スプールを移動させることによって、前記アクチュエータのピストンロッドを伸縮させ、
前記操舵電気信号が消失した場合には、前記弾性体によって付勢された前記スプールが一端側より他端側へ移動し、前記翼面が略水平方向に維持されることを特徴とする流体装置。