JPH0237484B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ アクチユエータを含む、液流体により動力を
与えられるアクチユエータシステムであつて、前
記アクチユエータは、 第１および第２のシリンダを有しかつ両端を有
するハウジングと、 前記シリンダの各々の内部に移動自在に装着さ
れるピストンと、 前記ピストンに連結され、前記ハウジングの一
方端で予め定められた軸に沿つて伸縮可能な、力
を物品に伝達するためのピストンロツドと、 前記ハウジングの他方端に設けられ、前記液流
体の前記シリンダへの注入および排出を制御する
ための流体制御手段とを含み、前記流体制御手段
は、 前記予め定められた軸に沿つて設けられた駆動
シヤフトと、 複数個の同時リダンダント制御信号に応答する
２個の回転トルクモータとを備え、前記モータは
前記駆動シヤフトの選択的間欠回転のため前記駆
動シヤフトへ直接結合され、前記モータは前記駆
動シヤフトと一致して回転し、 前記流体の前記シリンダへの注入および排出に
よつて前記シリンダ内の前記ピストンの位置を制
御するための第１および第２の回転制御バルブを
さらに備え、前記バルブは前記駆動シヤフトと一
致して回転するため前記駆動シヤフトへ直接結合
され、そのため前記制御信号に応答して前記モー
タによる前記駆動シヤフトの回転によつて前記バ
ルブが回転され、前記バルブはそれらの回転によ
つて前記シリンダへの流体の注入および排出を実
質的に同等に同時に変化させ、それによつて前記
ピストンの位置が変えられかつ力が前記物品へ伝
達される、システム。

２ 前記第１のバルブは前記流体の前記第１のシ
リンダへの注入および排出を制御し、かつ前記第
２のバルブは前記流体の前記第２のシリンダへの
注入および排出を制御する、請求の範囲第１項記
載のシステム。

３ 前記バルブは前記ピストンの両端で前記流体
の前記シリンダへの注入および排出を制御する、
請求の範囲第２項記載のシステム。

４ 前記モータは各々ロータと、前記ロータへ連
結される複数個のポールと、前記ポールと同数の
複数個のコイルとを有し、各モータ毎の前記コイ
ルは前記ポールのまわりの周辺に位置決めされ、
前記モータ毎のコイルの各々は前記リダンダント
制御信号の異なるものに結合され、それによつて
前記モータのリダンダント制御が与えられる、請
求の範囲第１項記載のシステム。

５ 前記流体の前記シリンダへの注入および排出
は、前記ピストンにかかる正味の圧力が実質的に
同一になるように前記バルブによつて制御され、
それによつて前記ピストンロツドに対するリダン
ダント制御が与えられる、請求の範囲第４項記載
のシステム。

６ 前記バルブは円筒のスプールを有するスプー
ルバルブであり、前記ロータは円筒状であり、前
記ロータは前記シヤフトとともに回転し、前記ロ
ータの各々の直径は前記スプールの各々の直径よ
りも大きく、そのため前記バルブの信頼性が前記
バルブの能力の増大によつて高められて、そこに
取り込まれるかもしれない粒子を崩壊し取り除
く、請求の範囲第５項記載のシステム。

７ 前記信号を前記モータへ選択的に伝送するた
めの制御手段をさらに備えた、請求の範囲第５項
記載のシステム。

８ 前記モータ、バルブおよびシリンダは軸方向
に配列されている、請求の範囲第７項記載のシス
テム。

９ 前記制御手段は複数個のパラメータに応答
し、前記パラメータの１つは前記ピストンの位置
である、請求の範囲第８項記載のシステム。

１０ 前記アクチユエータシステムは航空機の制
御面の位置を制御するためのものであり、前記ピ
ストンロツドは、前記ピストンの運動によつて前
記制御面の運動が生じるように前記制御面へ連結
され、かつ前記制御手段は航空機の飛行パラメー
タに応答する、請求の範囲第８項記載のシステ
ム。

技術分野 この発明は、一般に液流体アクチユエータシス
テムの分野に関し、かつより特定的には、好まし
くは航空機の飛行操縦面の制御のためのダイレク
トドライブアクチユエータシステムに関する。

背景技術 航空機の飛行操縦面のための典型的な制御シス
テムは、リダンダント（冗長性）液流体アクチユ
エータを用いて、必要な信頼性を達成する。リダ
ンダンシー（冗長性）は、共通のピストンロツド
と縦に並んだ複数のアクチユエータまたは結合液
流体シリンダかのいずれかを用いて達成される。
ほとんど先行技術の方法は、アクチユエータへの
液流体の流れを制御するために、１つまたはそれ
以上の液流体的に操作されるるリニアスプールタ
イプのサーボバルブを用いる。このように、航空
機のパイロツトが、飛行位置で適当なコントロー
ルを動かすと、そのコントロールに機械的なリン
ケージで連結されたバルブが開かれ、かつ液流体
が、サーボバルブに連結されたラインを介して、
スプールを駆動し、第２の流体源をアクチユエー
タに流れるようにする。そのようなシステムは、
そのアクチユエータを駆動するための液流体ライ
ンとともに、その複数のサーボバルブへつながる
液流体ラインを有さなければならないため、重量
が重い。

いわゆる“フライ−バイ−ワイヤシステム
（fly−by−wire system）”において、パイロツ
トがコントロールを動かすと、電気信号が発生
し、主なサーボバルブの近傍に取付けられた電
気／液流体バルブが操作される。明らかなよう
に、このようなシステムは、飛行位置に対する機
構的なリンケージシステムが除去されているので
重量がより軽い。この方法を用いた典型的なシス
テムは、Woodによるアメリカ合衆国特許番号第
3338138号のRedundant Control System、およ
びH.Deplante他による同第3543641号のControl
for Spoilers and Like Aerodynamic
Actuators of Aircraftにおいて開示される。こ
のようなシステムの欠点は、必要な信頼性を得る
ために、そのようなシステムは、非常に複雑で、
大きくなり、かつ製造および維持に費用がかかる
ということである。たとえば、アメリカ合衆国空
軍のＦ−16航空機は、３つのモニタバルブと機械
的なフイードバツクリンケージとで、順次１つの
タンデムアクチユエータを制御する３つの別々の
リニアスプールタイプのサーボバルブを駆動する
３つの電気機械的アクチユエータを必要とする。
スペースシヤトルは、カツドーリダンダント
（quad−redundant）システムが用いられるので
より一層複雑になる。

高い信頼性の電子システムが出現し、かつ特に
デイジタル電子コンポーネントおよび回路が発達
し、それに向上した磁気材料が得られ、一般に
“ダイレクトドライブシステム”と呼ばれる物を
用いることが可能になつた。このようなシステム
において、アクチユエータを制御するために用い
られるサーボバルブは、電子機械的ドライバ、た
とえば永久磁石トルクモータに直接連結される。
この形式のシステムの例は、S.G.Glaze他による
アメリカ合衆国特許番号第2826896号のManually
Controlled Electro−hydraulic System For
Aircraftにおいて見られる。Glazeは、共通の出
力軸により縦に並んで連結された２個の流体シリ
ンダを用いる。その２つのサーボバルブは、各シ
リンダに連結され、かつトルクモータが、機械的
リンケージシステムによりスプールの端部に連結
される。このシステムは、いくつかの欠点を有し
ている。そのスプールが、お互いに機械的に連結
されていないので、各トルクモータは、スプール
バルブに進入してそれらを故障させるかもしれな
い粒子を取除く能力を有するように、充分大きな
大きさでなければならない。機械的連結がないた
めに、（シヤトルに用いられるような）カツドー
リダンダントシステムの信頼性を達成するために
４個のサーボバルブが用いられなければならな
い。

さらに、トルクモータとスプールとの間の許容
範囲プロウン機械的リンケージを用いたため、そ
のスプールのゼロポイントを調整するのが非常に
難しい。これによつて、ライン−ラインタイプの
スプールバルブが用いられるならば、大きな問題
が生ずる。さらに、Glazeほかにより開示された
永久磁石トルクモータは、その極の面における鉄
の飽和により出力において限界があり、かつした
がつて、もし高い出力が必要ならば、トルクモー
タは非常に大きくなり、かつ深刻なパツケージン
グおよび重量の問題を生ずる。このタイプのトル
クモータに判う別な問題は、機械的なゼロポイン
トを調整する実用的な方法がなく、かつしたがつ
てその調整は、サーボバルブにおける機構でなさ
れなければならないということである。

ダイレクトドライブにおける他の試みは、スプ
ールを駆動するためにボイスコイルのような装置
を用いることである。しかし、ボイスコイルを用
いるには、リニアスプールバルブとコイルとの間
により複雑な機械的リンケージシステムが必要と
なり、かつしたがつて、そのスプールのゼロポイ
ントを確立するにおいて困難が生ずる。これは、
２重のスプールと２面のボイスコイルとが用いら
れるデユアルタイプシステムにおいて特に問題で
ある。

したがつて、この発明の主な目的は、簡単で軽
量のダイレクトドライブ操作システムを提供する
ことである。

この発明のさらに他の目的は、従来のカツドー
リダンダントアクチユエータと同等の信頼性を達
成することができる航空機の操縦面を制御するた
めのダイレクトドライブアクチユエータシステム
を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、サーボバルブと
サーボバルブ駆動機構とをアクチユエータの本体
内に一体化した航空機の操縦面を制御するための
ダイレクトドライブアクチユエータシステムを提
供することである。

発明の要約 この発明は、好ましくは、複数のリダンダント
制御信号に応答して、航空機の操縦面の位置を制
御するための、液流体により動力を与えられるア
クチユエータシステムである。このシステムは、
航空機に取付けられるようにされるアクチユエー
タである。このアクチユエータは、好ましくは、
第１および第２のシリンダを有するハウジングを
備え、それらの各シリンダには、移動可能にピス
トンが取付けられている。ピストンロツドは、そ
の２つのピストンを接続し、かつ操縦面と係合す
るようにされる。共通の駆動シヤフトを有する２
つのロータリトルクモータが、設けられ、それら
は、複数のリダンダント電気制御信号を受けるよ
うにされる。第１および第２のロータリ流体サー
ボバルブが、駆動シヤフトに直接連結され、かつ
したがつてトルクモータにより駆動され、さらに
それぞれ、第１および第２のシリンダからの液流
体の注入および排出を制御するようにされる。

好ましくは、４つの制御信号があり、かつその
トルクモータは、各コイルが異なる制御信号に結
合された４極のブラシレスDCトルクモータであ
る。小型化を達成するために、そのトルクモータ
およびサーボバルブは、シリンダと一直線にされ
たハウジング内に取付けられる。

この発明の特徴であると思われる新規な特徴
は、その構成およびその動作方法の両方に関し
て、さらに他の目的および利点とともに、この発
明の好ましい実施例が例として説明される添付の
図面とともに以下の説明からより明らかとなろ
う。しかしながら、その図面は、例示および説明
の目的のためだけであつて、この発明の範囲の限
定を意図するものではないということは明確に理
解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、タンデム液流体アクチユエータの側
面図である。

第２図は、線２−２に沿つた第１図に説明され
たアクチユエータの断面図である。

第３図は、シヤフトにより１対のロータリサー
ボバルブに連結された１対のトルクモータの分解
斜視図である。

第４図は、第１図に説明されたアクチユエータ
のための電子制御システムの概略図である。

好ましい実施例の説明 第１図には、一般に番号１０で示されるタンデ
ム液流体アクチユエータの側面図が説明される。
第２図には、線２−２に沿つて、第１図に示され
たアクチユエータ１０の断面図が示される。第１
図および第２図を参照すると、アクチユエータ１
０は、ピストンロツドガイド１８の各側に連結さ
れた２個のシリンダ１４および１６に分割される
本体１２を備える。ピストン２０および２２は、
それぞれシリンダ１４および１６内に移動可能に
設けられ、かつピストンロツド２６によつて共に
連結される。ピストンロツド２６は、航空機の操
縦面に連結されるに適したロツド端ベアリング２
８に終わる。ピストン２０のストロークは、シー
リング部材３０およびピストンロツドガイド１８
により制限される。もちろん、ピストン２２のス
トロークは、ピストンロツド２６と同じであり、
ガイド、１８およびねじリテーナ３６により正し
い位置にロツクされるシーリング部材３４により
定められる。本体１２は、ハウジング４０とねじ
で係合し、かつロツクナツト４２により正しい位
置にロツクされる。タンデムリニアアクチユエー
タが説明のために示されているが、ロータリアク
チユエータ（図示せず）が用いられることもでき
る。

ハウジング４０のボア４６内には、２個のロー
タリサーボバルブ４８および４９が取付けられ
る。そのサーボバルブ４８および４９は、それぞ
れハウジング５６および５８に回転可能に取付け
られ、かつカバー５９および６０によりそこにロ
ツクされるスプール５０および５１を備える。ス
プール５０および５１は、共通のスプライン駆動
シヤフト５４に連結される。ハウジング４０のボ
ア４６内にはまた、軸５４に連結されるととも
に、それぞれロータ６６および６８を有する２個
のロータリトルクモータ６２および６３が設けら
れる。そのトルクモータは好ましくは、４極の
DCトルクモータである。トルクモータ６２およ
び６３のコイル６９および７０は、それぞれリテ
ーナ７１および７２内に取付けられる。そのボア
４６は、ねじリテーナ７３によりシールされ、そ
れは、航空機構造（図示せず）に連結されるロツ
ド端ベアリング７４と協働する。説明された特稚
的な構成は、必然的なものではなく、たとえばト
ルクモータおよびサーボバルブが置換えられても
よい。

機械的ストツプ（図示せず）が、開口部を開く
のに必要な量にそのスプールの回転を限定するよ
うに組入れられる。さらに、トルクモータを中心
合わせするためのセンタリング手段（図示せず）
が設けられる。そのセンタリング手段は、ロータ
の角度位置を検知するようにされたスプリングま
たは電気制御回路形式であつてもよく、かつトル
クモータの位置を電子的に調整するためにコンピ
ユータにフイードバツク信号を与えることもでき
る。

第３図には、内部部分と２つの４極DCトルク
モータ６２および６３とを示すために断面で、２
個のサーボバルブ４８および４９の分解斜視図が
示される。第１図および第２図を参照し、かつさ
らに第３図を参照すると、トルクモータ６２およ
び６３のコイル６９および４０が一般に別々の四
分円に分割される。コイル６９は、コイル四分円
６９ａ，６９ｂ，６９ｃおよび６９ｄからなり、
一方コイル７０は、コイル部分７０ａ，７０ｂ，
７０ｃおよび７０ｄからなり。このように、この
場合、４つの異なる入力信号が、各トルクモータ
に与えられる。４つのコイルがあるので、各ロー
タは４つの磁極（ポール）を有している。各極
は、ロータ６６および６８に取付けられ番号８０
で示される永久磁石に備える。ブラシレスDCト
ルクモータが、簡単でスムーズに働き、線形でか
つ摩擦がなく、さらに重量比に対して高いトルク
を与えるので好ましい。

ライン９０から圧力がかけられた液流体が、ポ
ート９１を介してサーボバルブ４８に送られ、か
つそこからポート９４を介してライン９２に排出
される。サーボバルブ４８のハウジング５６のポ
ート９８は、ハウジング４０の通路９６に連結さ
れ、それは順次（ピストン２０の側部１０１側
の）シリンダの部分１００に連結する。ハウジン
グ４０のポート１０２は、ハウジング４６の通路
１０４に連結される。外管部１０６が、通路１０
４と、（ピストン２０の側部１０８側の）シリン
ダ１４の部分１０７に連結するガイド１８におけ
る通路（図示せず）とを接続する。ライン１０９
からの圧力がかけられた液流体が、ポート１１０
を介してサーボバルブ４９に送られ、かつそこか
らポート１１２を介してライン１１１へ排出され
る。ハウジング４０のポート１１４が、ハウジン
グ５８の通路１１４に連結される。外管部１１６
が、通路１１３をガイド１３２を通路１１８に連
結する。順次、通路１１８は、通路１２２を介し
て（ピストン２２の側部１２３側の）シリンダ１
６の部分１２２に連結される。ハウジング４０の
ポート１２６が、ハウジング５８の通路１２４に
連結される。外管部１３０が、通路１２６を、
（ピストン２２の側部１４１側の）シリンダ１６
の部分１４０への端部１３２における通路（図示
せず）に連結される。

このように、もしスプール５０および５１が、
時計方向に回転すると、通路１４２を介するポー
ト９４とポート１０２との間の流経路、および通
路１４４を介するポート１１２と通路１２６との
間の流経路が開かれる。同時に、流経路がまた、
ポート９１からポート９８へ、かつポート１１０
からポート１１４へも開かれる。これによつて、
それぞれシリンダ１４および１６の部分１００お
よび１２２が加圧され、他方部分１０７および１
４０が排出されることにより、ピストンロツド２
６が延ばされる。もし、スプール５０および５１
が、反時計方向に回転すると、ポート９４とポー
ト９８との間の流経路が、通路１４６を介して開
かれ、かつポート１１１とポート１１４との間の
流経路が通路１４８を介して開かれる。同時に、
流経路が、ポート９１とポート１０２との間で、
かつポート１１０とポート１２６との間で開かれ
る。もちろん、これによつて、それぞれシリンダ
１４およぴ１６の部分１０７および１４０が加圧
され、他方、部分１００および１２２が排出され
ることにより、ピストンロツド２６が引込められ
る。

第４図には、アクチユエータ１０のための電子
制御システムの概要図が示される。番号１５０で
示した（攻撃、旋回速度などの航空機角度のよう
な）航空機センサ入力と、パイロツト入力制御信
号１５２とが、コンピユータ１５４に接続され
る。コンピユータの出力は、増幅器１５６ａ，１
５６ｂ，１５６ｃおよび１５６ｄに送られ、それ
から順次、トルクモータに出力信号を与える。適
当な信頼性のために、各増幅器からの出力信号
は、各トルクモータの１つのコイルに送られる。
アクチユエータ１０は、ロツド端ベアリング７４
を介して航空機構造１６０と、ピストンロツド２
６のロツド端ベアリング２８を介して操縦面１６
２との間に取付けられる。操縦面１６０の位置に
対応したフイードバツク信号が、コンピユータに
フイードバツクされる。第２図に参照すると、特
に、これらのリダンダントフイードバツク信号
が、一般に番号１７０で示される。アクチユエー
タ１０内の１対の位置インジケータにより与えら
れることもできる。

リダンダントシリンダ、ロータリサーボバルブ
およびブラシレスDCトルクモータの独自の組合
せを用いているので、トルクモータおよびサーボ
バルブはすべて、共通のシヤフトに取付けられ、
かつ４つの制御信号が、各信号に結合された各ト
ルクモータを与えられるので、全体の信頼性は、
部品数の減少により、現存する非ダイレクトドラ
イブカツドリダンダントシステムよりも実質的に
良い。しかしながら、いくつかの応用例において
は、４よりも少ない制御信号が用いられ得ること
に注目すべきである。

この組合せの他の利点は、もしモータの直径
が、スプールの直径よりも大きくされるならば、
機械的な利点が、サーボバルブに進入し得る粒子
を除去する能力が増加して得られるということで
ある。

アクチユエータシステムが、特定的な実施例を
参照して述べられたが、その実俊施例は、当業者
になされ得る多種な変更および修正の例示にすぎ
ないということは理解すべきである。

このように、この発明は、添付の請求の範囲の
精神および範囲によりのみ限定されるものとして
見なされるべきである。

工業的応用 この発明は、航空機の操縦面の位置決めを制御
するために用いられるアクチユエータシステムに
おいて応用することができる。

発明の効果 以上のようにこの発明によれば、アクチユエー
タシステムにおいて制御部となる２組のモータお
よびバルブが共通のシヤフト上に設けられ、かつ
そのシヤフトに沿つて隣接してシリンダが設けら
れる。本願発明の構成によらなければ必要となる
相互の接続手段を別途設ける必要がない。その結
果、軽量でコンパクトでかつより信頼性の高いア
クチユエータシステムが提供できるという効果が
ある。