JPH03113156A - 冗長アクチュエータ機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は航空機の舵面制御等に使用する冗長アクチュ
エータ機構に関し、特にその小形化、経済化に係わる。

「従来の技術」 この種の冗長アクチュエータでは、信頼性の点より２台
のモータの回転トルク又は回転速度を機械的に加算して
出力している。回転トルクを加算する方式のものを力加
算方式アクチュエータと言い、加算装置として平歯車が
用いられる０回転速度を加算する方式のものを速度加算
方式アクチュエータと言い、加算装置としてディファレ
ンシャルギアが用いられる。速度加算方式アクチュエー
タの出力トルク対回転速度特性は、第９図に示すように
、出力トルクは回転速度の増加に対して直線的に減少す
る。また、一方のモータがダウンしモータ１台でアクチ
ュエータを駆動する場合のアクチュエータの最大出力ト
ルクは、モータ２台の場合と同じであるが、最大回転速
度はモータ２台の場合の半分となる。一方、力加算方式
アクチュエータでは、その出力トルク対回転速度特性は
第１０図に示すように、出力トルクが回転速度の増加に
対して直線的に減少し、モータ２台で駆動する場合は、
第９図の速度加算方式アクチュエータの特性と同じであ
る。しかし、モータ１台で駆動する場合は、最大出力ト
ルクはモータ２台の場合の半分となり、最大回転速度は
変らない。一方のモータが故障した時、最大出力１〜ル
クがほしい場合は速度加算方式アクチュエータを用い、
最大回転速度がほしい場合は力加算方式アクチュエーク
が用いられる。また、速度及び力加算の２種の出力トル
ク特性を選択的に使用する場合には、２種のアクチュエ
ータを用意し、各々の出力をクラッチにより選択して使
用していた。

「発明が解決しようとする課題」 力加算方式アクチュエータ及び速度加算方式アクチュエ
ータの出力をクラッチで選択する従来の冗長アクチュエ
ータ機構では必然的に所要スペースが大形になると共に
経済的にも高価となる欠点があった。この発明はこれら
の欠点を解決することを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 この発明の冗長アクチュエータ機構では、円柱状のアク
チュエータ出力軸がその両端の近傍でそれぞれベアリン
グにより支承され、そのアクチエエータ出力軸にシャフ
トが直交して固定され、その出力軸より互いに反対方向
に突出するシャフトの両半部は同じ長さとされ、そのシ
ャフトで区分されて上記アクチュエータ出力軸は第１、
第２出力軸とされる。

そのシャフトの両端にそれぞれ同一形状の第１、第２笠
歯車が回転自在にかつ上記出力軸を中心として対称に取
り付けられ、 それら第１、第２笠歯車と歯数が等しい第３、第４笠歯
車（同一形状とする）が上記第１、第２出力軸の周りに
それぞれ挿通され、上記シャフトを中心として互いに対
称に上記第１、第２笠歯車の両肩にかみ合わされ、これ
により上記第１乃至第４笠歯車は口字状に組合される。

上記第１、第２出力軸の周りにそれぞれ第３、第４平歯
車が回動自在に取り付けられ、それらの第３、第４平歯
車の板面にそれぞれ上記第３、第４笠歯車が同軸心に固
定される。

それらの第３、第４平歯車とかみ合うように、それぞれ
第１、第２平歯車が取り付けられ、それらの第１、第２
平歯車の回転軸にそれぞれ第１又は第２モータの回転軸
を結合、分離させることができ、また上記第１又は第２
平歯車の回転にブレーキをかけることができる第１、第
２クラッチ、ブレーキ機構がそれぞれ設けられる。

上記第１、第２笠歯車の外側の板面に第１ピンが突出形
成され、その第１ピンと係合する第２ピンが上記第３、
第４平歯車の板面に進退自在に装着され、その第２ピン
を駆動する駆動部が上記第３、第４平歯車に設けられて
いる。

上述の冗長アクチュエータ機構において、上記第１ピン
が上記第１、第２笠歯車の内側の板面に突出形成され、
その第１ピンと係合する、上記第２ピンが上記シャフト
の周面に進退自在に装着され、その第２ピンを駆動する
駆動部が上記シャフトに設けられるように変形すること
もできる。

ｒ実施例」 この発明の実施例を第１図を参照して説明する円柱状の
アクチュエータ出力軸１がその両端の近傍において、そ
れぞれベアリング２．３により支承される。その出力軸
１に円柱状のシャフト４が直交して固定される。出力軸
１より互いに反対方向に突出するシャフト４の両半部は
同じ長さとされ、そのシャフト４を挟んで出力軸１は第
１出力軸１ａと第２出力軸１ｂとに区分される。シャフ
ト４の両端にそれぞれ同一形状の第１、第２笠歯車５．
６がベアリングを介して回動自在に取り付けられる。第
１、第２笠歯車５．６は出力軸ｌを中心として対称的に
配される。第１、第２笠歯車５．６と歯数が等しい第３
、第４笠歯車７．８（同一形状とする）が上記第１、第
２出力軸１ａ。

ｌｂの周りにそれぞれ挿通され、シャフト４を中心とし
て互いに対称に、第１、第２笠歯車の両肩にかみ合わさ
れ、これにより第１乃至第４笠歯車は第２図に示すよう
に口字状に組合される。第１、第２出力軸１ａ、ｌｂの
周りにそれぞれ第３、第４平歯車９，１０がベアリング
を介して回動自在に取り付けられ、それらギアの板面に
それぞれ第３、第４笠歯車７．８が同軸心に固定される
。第３、第４平歯車９．１０とかみ合うように、それぞ
れ第１、第２平歯車１１．１２が設けられ、それら平歯
車の回転軸に、第１モータ１３又は第２モータ１４の回
転軸を結合、分離させることができ、また第１又は第２
平歯車の回転にブレーキをかけることができる第１、第
２クラッチ、ブレーキ機構１５．１６が設けられる。第
１、第２笠歯車５．６の外側の板面に第１ピン２１が突
出形成される。第３図に示すようにその第１ピンと係合
する第２ピン２２が第３、第４平歯車９，１０の板面に
進退自在に装着される。そのため、例えばりニアソレノ
イド（プランジャー）より成るピン駆動部２３が第２ピ
ン２１の突出する側と逆側の板面に取り付けられる。第
２ピン２２は第３図及び第４図に示すように形成され、
ピンの周りにスプリング２４が捲回されて、第３、第４
平歯車９１０のピン収容室２５内に収容され、そのピン
の頭部がピン駆動部２３の駆動ピン２３ａにより駆動さ
れる。

以後簡単化のため、第３、第４平歯車９．１０同志及び
第１、第２平歯車１１．１２同志はそれぞれ同一形状で
あるとし、またこれら平歯車９〜１２の歯数は等しいも
のとする。また、第１、第２モータ１３，１４は共に回
転トルクがＴ、回転速度がωであるとする。

（ａ）　　第１、第２モータが共に正常に動作する時第
５図に示すように第２ピン２２をピン収容室２５より突
出させないようにする。第１、第２クラッチ、ブレーキ
機構１５．１６のクラッチを接続状態、第１又は第２平
歯車に対するブレーキをオフ（非動作状態）にする。

第３、第４笠歯車７．８は同一速度で回転されるため、
第１、第２笠歯車５．６（第３．第４笠歯車７．８と歯
数が等しい）はそれぞれシャフト４の周りを自転するこ
となく、第３、第４笠歯車７．８と噛み合った状態でそ
れらの回転と同じ速度で出力軸１の中心軸線！の周りを
公転する。第１、第２笠歯車の公転により、シャフト４
従って出力軸１が第３、第４笠歯車７．８と同一速度で
回転する。従って出力軸１の回転は第１、第２モータ１
３．１４の回転速度ωに等しくなる。第１（第２）モー
タ１３（１４）の回転トルクは第２（第２）平歯車１１
（’１２）、第３（第４）平歯車９　（１０）、第３（
第４）笠歯車７（８）を順次経由し、更に第１、第２笠
歯車５．６の上記公転を通して、出力軸１に伝達される
。途中にロスがないとすれば、出力軸１の回転トルクは
第１、第２モータ１３，１４の回転トルクＴの和、即ち
２Ｔとなる。

以上述べた場合には第９図、第１０図で既に述べたよう
に、速度加算方式、力加算方式いずれにも共通なトルク
対速度特性が得られる。

ら）一方のモータが故障した場合 （ｂ−１）アクチュエータを速度加算方式で動作させる
場合 この場合には第６図に示すように第３、第４平歯車１０
．１１の第２ピン２２を突出しない状態に保持する。い
ま、第１モータ１３が故障した場合を例にとると、第１
クラッチ、ブレーキ機構１５のクラッチは切り離しの状
態とし、第１千歯車１１に対するブレーキをオン（動作
）させる、第２クラッチ、ブレーキ機構１６のクラッチ
は接続状態とし、第２平歯車１２に対するブレーキをオ
フ（非動作）とする。

一対の第３、第４笠歯車７，８に関し、前者はブレーキ
をかけられた状態となり、後者のみ回転駆動される。第
１、第２笠歯車５．６は第４笠歯車８により歩進され、
シャフト４の周りを自転しながら、それぞれ第３、第４
笠歯車７．８の歯面に沿って、中心軸線ｉの周りを公転
する。第１、第２笠歯車５，６と第３、第４笠歯車７．
８とは歯数が等しいので、この自転と公転の回転速度は
等しくなり、それぞれ第４笠歯車８（第２モータ１４）
の回転速度の半分（ω／２）となる。よって、出力軸１
の回転速度はω／２となり、回転伝達機構の途中にエネ
ルギロスがないものとすれば、出力軸１の回転トルクは
２Ｔ（Ｔは第２モータ１４のトルク）となる。

（ｂ−２）アクチュエータを力加算方式で動作させる場
合 いま、第２モータ１４が故障しオフであるものとすると
、第７図に示すように第４平歯車１０の第２ピン２２を
突出しない状態に保持し、第３平歯車９の第２ピン２２
を突出させる。また、第１クラッチ、ブレーキ機構１５
のクラッチを接続状態、ブレーキをオフとする。一方、
第２クラッチ、ブレーキ機構１６のクラッチを切り離し
状態、ブレーキをオフとする。

第１、第２笠歯車５，６は第３笠歯車７により駆動され
るが、第４笠歯車８からは駆動されない。

従って公転と共に自転を始めるが、まもなく第２笠歯車
６の第１ピン２１が第３平歯車９の第２ピン２２に当接
し、第２笠歯車６の自転は阻止される。それ以後第２笠
歯車６は第３笠歯車７により駆動され、第３笠歯車７と
同じ速度ωで公転する。

第１笠歯車５は、第２笠歯車６が係合しているシャフト
と同じシャフト４に係合しているので、第２笠歯車６と
同じ速度で公転する。第１、第２笠歯車５．６の公転に
より出力軸１は第１モータ１３の回転速度に等しい速度
ωで回転し、その回転トルクは第１モータ１３の回転ト
ルクＴに等しい。

亥貝叉施■ 第８図に示すように、第１と７２１を第１、第２笠歯車
５．６の内側の板面に設け、第２ピン２２をシャフト４
の周面より進退自在に突出させるようにしてもよい、そ
の場合、第４図で述べたピン収容室２５はシャフト４内
に設けられ、ピン駆動部（例えばプランジャ）２３はシ
ャフト４の第２ピン２２と逆側の周面に取り付けられる
。第８図の第１、第２ピンを係合させることにより、第
１図の例と同様に、第１又は第２笠歯車の自転を阻止で
きることは明らかである。

「発明の効果」 以上述べたように、この発明では第１、第２笠歯車５，
６に第１ピン２１を設けると共に、その第１ピンと係合
する第２ピン２２を第３、第４平歯車又はシャフト４よ
り進退自在に設けるようにしたので、一方のモータが故
障した場合、正常なモータで駆動される方の第２ピン２
２を突出しない状態に保持するか、又は突出させるかに
よって、１台のアクチュエータを速度加算方式又は力加
算方式のいずれにも動作させることが可能である。

従って各方式のアクチュエータを設け、いずれかをクラ
ッチで選択する従来の機構に比べて著しい小形化と経済
化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の原理的な構成図、第２図は
第１図の第１乃至第４笠歯車相互のかみ合い状態を示す
斜視図、第３図は第１図の第１ピン２１と第２ピン２２
の保合状態を示すための要部の斜視図、第４図は第１図
の第２ピン２２の装着状態を示すための要部の断面図、
第５図は第１図において第１、第２モータが共にオンで
ある場合の各部の動作状態を示す図、第６図は第１図に
おいて第１モータが故障し、オフであるとき、アクチュ
エータを速度加算方式で動作させる場合の各部の動作状
態を示す図、第７図は第１図において第２モータが故障
し、オフであるとき、アクチュエータを力加算方式で動
作させる場合の各部の動作状態を示す図、第８図は第１
図の変形実施例を示すための要部の原理的な構成図、第
９図及び第１０図はそれぞれ速度加算方式及び力加算方
式で使用する従来の７クチユエータの出力トルク対回転
速度特性を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）円柱状のアクチュエータ出力軸がその両端の近傍
   でそれぞれベアリングにより支承され、そのアクチュエ
   ータ出力軸にシャフトが直交して固定され、その出力軸
   より互いに反対方向に突出するシャフトの両半部は同じ
   長さとされ、そのシャフトで区分されて上記アクチュエ
   ータ出力軸は第１、第２出力軸とされ、 そのシャフトの両端にそれぞれ同一形状の第１、第２笠
   歯車が回動自在に、かつ上記出力軸を中心として対称に
   取り付けられ、 それら第１、第２笠歯車と歯数が等しい第３、第４笠歯
   車（同一形状とする）が上記第１、第２出力軸の周りに
   それぞれ挿通され、上記シャフトを中心として互いに対
   称に上記第１、第２笠歯車の両肩にかみ合わされ、これ
   により上記第１乃至第４笠歯車は口字状に組合され、 上記第１、第２出力軸の周りにそれぞれ第３、第４平歯
   車が回動自在に取り付けられ、 それらの第３、第４平歯車の板面にそれぞれ上記第３、
   第４笠歯車が同軸心に固定され、それらの第３、第４平
   歯車とかみ合うように、それぞれ第１、第２平歯車が取
   り付けられ、それらの第１、第２平歯車の回転軸にそれ
   ぞれ第１又は第２モータの回転軸を結合、分離させるこ
   とができ、また上記第１又は第２平歯車の回転にブレー
   キをかけることができる第１、第２クラッチ、ブレーキ
   機構がそれぞれ設けられ、 上記第１、第２笠歯車の外側の板面に第１ピンが突出形
   成され、 その第１ピンと係合する第２ピンが上記第３、第４平歯
   車の板面に進退自在に装着され、その第２ピンを駆動す
   る駆動部が上記第３、第４平歯車に設けられていること
   を特徴とする、冗長アクチュエータ機構。
2. （２）請求項（１）において、上記第１ピンが上記第１
   、第２笠歯車の内側の板面に突出形成され、その第１ピ
   ンと係合する上記第２ピンが上記シャフトの周面に進退
   自在に装着され、 その第２ピンを駆動する駆動部が上記シャフトに設けら
   れていることを特徴とする、 冗長アクチュエータ機構。