JPH0429274Y2

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Publication number: JPH0429274Y2
Application number: JP16234984U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-29
Filing date: 1984-10-29
Publication date: 1992-07-15
Also published as: JPS6179797U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、飛しよう体操舵用電気サーボ装置に
関する。[Detailed Description of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to an electric servo device for a flying gymnastics rudder.

（従来の技術）従来の飛しよう体操舵用電気サーボ装置の構成
を第２図に示す。この従来のサーボ装置は、直流
モータの駆動トルクを２個のクラツチで制御する
ことにより操舵面の回転方向及び発生トルクを制
御するものである。第２図に示すように、その構
成部品は、直流モータ２１、ギヤ列２２、正転用
クラツチ２３、逆転用クラツチ２４、ギヤ列２
５、操舵面２６、タコ・ジエネレータ２７、ポテ
ンシオメータ２８、サーボ・アンプ２９及び電源
電池３０である。(Prior Art) FIG. 2 shows the configuration of a conventional electric servo device for a flying gymnastics rudder. This conventional servo device controls the rotational direction of the steering surface and the generated torque by controlling the drive torque of a DC motor using two clutches. As shown in FIG. 2, its components include a DC motor 21, a gear train 22, a forward clutch 23, a reverse clutch 24, and a gear train 2.
5, a steering surface 26, a tacho generator 27, a potentiometer 28, a servo amplifier 29, and a power battery 30.

上記の構成において、電源電池３０の電力によ
つて直流モータ２１が一方向に回転し、ギヤ列２
２によつて正転用クラツチ２３、逆転用クラツチ
２４の入力軸が互いに逆方向に回転する。ここ
で、サーボ・アンプ２９によつて舵角指令信号に
応じたクラツチ制御電流を２つのクラツチ２３，
２４のどちらかに加えると、そのクラツチ２３，
２４の一方の出力軸に直流モータ２１の駆動トル
クが伝わる。たとえば、正転用クラツチ２３に制
御電流を加えると、該クラツチ２３の出力軸に直
流モータ２１と同回転方向のトルクが発生し、逆
に逆転用クラツチ２４に制御電流を流した場合
は、逆転用トルクが該クラツチ２４の出力軸に発
生する。それぞれのクラツチ出力軸に発生するト
ルクはギヤ列２５によつて操舵面２６に伝えら
れ、操舵面を各クラツチの回転方向に対応した方
向へ駆動する。ポテンシオメータ２８は操舵面２
６の舵角フイードバツク信号を得るための角度検
出器であり、タコ・ジエネレータ２７はこのサー
ボ系にダンピングを与えるための角速度フイード
バツク信号検出器である。 In the above configuration, the DC motor 21 rotates in one direction by the power of the power supply battery 30, and the gear train 2
2, the input shafts of the forward rotation clutch 23 and the reverse rotation clutch 24 rotate in opposite directions. Here, the servo amplifier 29 applies a clutch control current to the two clutches 23,
24, the clutch 23,
The driving torque of the DC motor 21 is transmitted to one output shaft of the DC motor 24 . For example, when a control current is applied to the clutch 23 for forward rotation, a torque is generated on the output shaft of the clutch 23 in the same rotational direction as the DC motor 21, and conversely, when a control current is applied to the clutch 24 for reverse rotation, Torque is developed on the output shaft of the clutch 24. The torque generated on each clutch output shaft is transmitted by gear train 25 to steering surface 26, driving the steering surface in a direction corresponding to the direction of rotation of each clutch. The potentiometer 28 is the control surface 2
The tacho generator 27 is an angular velocity feedback signal detector for providing damping to this servo system.

（考案が解決しようとする問題点）ところで、以上のような従来の電気サーボ装置
には下記の欠点があつた。(Problems to be Solved by the Invention) However, the conventional electric servo device as described above has the following drawbacks.

(1) 構成機器が多いためサーボ装置が大きくな
り、小型の飛しよう体には適用できなかつた。(1) Since there are many components, the servo device becomes large and cannot be applied to small flying objects.

(2) 飛しよう体では実装上のスペース的制約が大
きく、高出力の大型モータあるいは容量の大き
な電源電池が使えず、十分な応答性、出力トル
クが得られなかつた。(2) Due to the large space constraints for mounting on a flying vehicle, it was not possible to use a large, high-output motor or a large-capacity power supply battery, and it was not possible to obtain sufficient response and output torque.

(3) クラツチ、ギヤ列における伝達トルクの損失
が大きく、サーボ装置の応答性、出力トルクを
劣化させていた。(3) There was a large loss of transmission torque in the clutch and gear train, which deteriorated the response of the servo device and the output torque.

(4) クラツチの応答無駄時間、ギヤ列のバツクラ
ツシユ及び摩擦、ポテンシオメータ及びタコ・
ジエネレータの持つ摩擦及びイナーシヤがサー
ボ装置の応答性あるいは静的特性を劣化させて
いた。(4) Clutch response dead time, gear train backlash and friction, potentiometer and tachometer
The friction and inertia of the generator deteriorate the responsiveness or static characteristics of the servo device.

（問題点を解決するための手段）本考案は、上記の点に鑑み、直流サーボ・モー
タの回転軸自体もしくはこれに連結される軸をボ
ールスクリユウ軸で構成し、操舵面と一体の操舵
面出力軸に固定されたアームもしくはこれに連結
されたリンクを前記ボールスクリユウ軸に螺合す
るボールスクリユウ・ナツトに枢着するととも
に、前記直流サーボ・モータの回転角度と回転角
速度を検出するためのインクリメンタル・エンコ
ーダを設けたことにより、構成部品が少なくて小
型で、高性能の飛しよう体操舵用電気サーボ装置
を提供しようとするものである。(Means for Solving the Problems) In view of the above points, the present invention consists of the rotating shaft of the DC servo motor itself or the shaft connected thereto as a ball screw shaft, and the steering surface is integrated with the steering surface. An arm fixed to the surface output shaft or a link connected thereto is pivotally connected to a ball screw nut screwed onto the ball screw shaft, and the rotation angle and rotation angular velocity of the DC servo motor are detected. By providing an incremental encoder for this purpose, the present invention aims to provide an electric servo device for a flight gymnastics rudder that has fewer components, is compact, and has high performance.

（作用）本考案は、ボールスクリユウ軸とこれに螺合す
るボールスクリユウ・ナツトとこれに枢着された
リンク（もしくはアーム）によりリンク式減速機
構を構成しており、かつ、直流サーボ・モータの
回転角度と回転角速度の検出用にインクリメンタ
ル・エンコーダを使用している。このため、以下
の特徴を有する。(Function) The present invention constitutes a link-type deceleration mechanism by a ball screw shaft, a ball screw nut screwed into the ball screw shaft, and a link (or arm) pivotally connected to this. An incremental encoder is used to detect the rotation angle and rotational angular velocity of the motor. Therefore, it has the following characteristics.

(1) 構成部品が少なく、小型である。(1) It has few components and is small.

(2) 高出力、高応答である。(2) High output and high response.

(3) 直線性、ヒステリシス、分解能等のサーボ装
置の静的特性が優れる。(3) The static characteristics of the servo device, such as linearity, hysteresis, and resolution, are excellent.

（実施例）以下、本考案に係る飛しよう体操舵用電気サー
ボ装置の実施例を図面に従つて説明する。(Example) Hereinafter, an example of the electric servo device for a flying sport rudder according to the present invention will be described with reference to the drawings.

第１図Ａ，Ｂに実施例の装置の正面図、側面図
をそれぞれ示す。本装置の構成は、直流サーボ・
モータ１、ボールスクリユウ軸２、これに螺合す
るボールスクリユウ・ナツト３、操舵面出力軸
４、インクリメンタル・エンコーダ５、直流サー
ボ・モータ支持耳金６、直流サーボ・モータ部支
点７、ボールスクリユウ・ナツト支点８、前記出
力軸４を一体に固定した操舵面９、サーボ・アン
プ１０、電源電池１１、操舵面出力軸ベアリング
１２、及び出力軸アーム４Ａからなる。 FIGS. 1A and 1B show a front view and a side view of the apparatus of the embodiment, respectively. The configuration of this device is a DC servo
Motor 1, ball screw shaft 2, ball screw nut 3 screwed thereon, steering surface output shaft 4, incremental encoder 5, DC servo motor support lug 6, DC servo motor fulcrum 7, ball It consists of a screw nut fulcrum 8, a steering surface 9 to which the output shaft 4 is fixed integrally, a servo amplifier 10, a power battery 11, a steering surface output shaft bearing 12, and an output shaft arm 4A.

ここで、直流サーボ・モータ１の回転軸は、ボ
ールスクリユウ軸２及びインクリメンタル・エン
コーダ５の入力軸に同軸上に直結しており、この
ため、直流サーボ・モータ１、インクリメンタ
ル・エンコーダ５、ボールスクリユウ軸２、これ
に螺合するボールスクリユウ・ナツト３は一体と
なつている。これらは直流サーボ・モータ１に取
り付けた直流サーボ・モータ部支点７を中心とし
て回転できるよう直流サーボ・モータ支持耳金６
で支持されている。一方、操舵面出力軸４は操舵
面９と一体で、操舵面出力軸ベアリング１２によ
つて回転自在に支持されている。また、操舵面出
力軸４は出力軸アーム４Ａを一体に有し、該アー
ム４Ａはボールスクリユウ・ナツト３に取り付け
たボールスクリユウ・ナツト支点８を支持してい
る。ボールスクリユウ・ナツト３はこの支点８を
中心として回転できる。 Here, the rotation axis of the DC servo motor 1 is coaxially and directly connected to the ball screw shaft 2 and the input shaft of the incremental encoder 5. Therefore, the DC servo motor 1, the incremental encoder 5, and the ball The screw shaft 2 and the ball screw nut 3 screwed onto it are integrated. The DC servo motor support lug 6 is attached to the DC servo motor 1 so that it can rotate around the DC servo motor fulcrum 7.
It is supported by On the other hand, the steering surface output shaft 4 is integral with the steering surface 9 and rotatably supported by a steering surface output shaft bearing 12. Further, the steering surface output shaft 4 integrally has an output shaft arm 4A, and the arm 4A supports a ball screw nut fulcrum 8 attached to the ball screw nut 3. The ball screw nut 3 can rotate around this fulcrum 8.

上記の各機械部品２，３，８及び４Ａの構成
は、直流サーボ・モータ１の回転運動を操舵面出
力軸４の回転運動へ減速して伝えるリンク式減速
機構をなす。 The configuration of each of the mechanical parts 2, 3, 8, and 4A described above constitutes a link type reduction mechanism that decelerates and transmits the rotational motion of the DC servo motor 1 to the rotational motion of the steering surface output shaft 4.

サーボ・アンプ１０は信号処理部１０−１及び
増幅部１０−２から構成される。信号処理部１０
−１は舵角コマンド信号１３及びインクリメンタ
ル・エンコーダ５の出力信号１４を入力してお
り、また、増幅部１０−２は信号処理部出力１５
を入力とし、電源電池１１から電力供給を受けて
その出力をサーボ・アンプ出力１６として直流サ
ーボ・モータ１に供給している。 The servo amplifier 10 includes a signal processing section 10-1 and an amplification section 10-2. Signal processing section 10
-1 inputs the steering angle command signal 13 and the output signal 14 of the incremental encoder 5, and the amplifier 10-2 receives the signal processing unit output 15.
is input, receives power from a power supply battery 11, and supplies its output to the DC servo motor 1 as a servo amplifier output 16.

なお、直流サーボ・モータ１は界磁磁石にサマ
リウム・コバルト磁石を、また、回転子鉄心にコ
バルト鋼を使つた小型、高出力の永久磁石型直流
サーボ・モータである。 The DC servo motor 1 is a small, high-output permanent magnet type DC servo motor that uses samarium-cobalt magnets for the field magnets and cobalt steel for the rotor core.

（実施例の作用）上記実施例の構成において、サーボ・アンプ出
力１６によつて、直流サーボ・モータ１の端子に
電圧が加わると、直流サーボ・モータ１の回転軸
にトルクが発生し、回転軸に直結したボールスク
リユウ軸２が回転運動する。この回転運動はボー
ルスクリユウ・ナツト３で直線運動となり、さら
に出力軸アーム４Ａを介して操舵面出力軸４の回
転運動、すなわち操舵面９の回転運動となる。(Operation of the embodiment) In the configuration of the above embodiment, when voltage is applied to the terminal of the DC servo motor 1 by the servo amplifier output 16, torque is generated on the rotating shaft of the DC servo motor 1, causing rotation. A ball screw shaft 2 directly connected to the shaft rotates. This rotational movement becomes a linear movement through the ball screw nut 3, and further becomes a rotational movement of the steering surface output shaft 4, that is, a rotational movement of the steering surface 9, via the output shaft arm 4A.

直流サーボ・モータ１のトルクの方向及び大き
さはサーボ・アンプ出力１６の電圧の符号及び大
きさによつて決まり、またこのトルクとこれによ
つて生じる回転運動は、上記の作用を持つリンク
式減速機構によつて減速されて、操舵面出力軸４
のトルク及び回転運動に伝達される。従つて、サ
ーボ・アンプ出力１６の電圧の符号及び大きさに
よつて操舵面出力軸４のトルク及び回転運動が直
接制御される。 The direction and magnitude of the torque of the DC servo motor 1 are determined by the sign and magnitude of the voltage of the servo amplifier output 16, and this torque and the rotational motion caused by it are determined by the link type having the above-mentioned effect. The steering surface output shaft 4 is decelerated by the deceleration mechanism.
The torque and rotational motion of the Therefore, the sign and magnitude of the voltage at the servo amplifier output 16 directly controls the torque and rotational movement of the steering surface output shaft 4.

直流サーボ・モータ１の回転軸に直結したイン
クリメンタル・エンコーダ５は回転軸の一定回転
角毎にパルス出力信号１４を発生する。サーボ・
アンプ１０の信号処理部１０−１では、この出力
信号１４のパルス数をカウントすることにより、
回転角度を求め、対応した電圧値に変換する。ま
た、パルスの周期から、回転角速度を求め、やは
り対応した電圧値に変換する。これら２つの信号
はフイードバツク信号として、舵角コマンド信号
１３に加算され信号処理部出力１５となる。増幅
部１０−２では、電源１１から電力の供給を受け
手て、信号処理部出力１５に対応して、サーボ・
アンプ出力１６の電圧値を制御する。 An incremental encoder 5 directly connected to the rotating shaft of the DC servo motor 1 generates a pulse output signal 14 at every fixed rotation angle of the rotating shaft. The servo·
In the signal processing section 10-1 of the amplifier 10, by counting the number of pulses of this output signal 14,
Determine the rotation angle and convert it to the corresponding voltage value. Furthermore, the rotational angular velocity is determined from the period of the pulse and is also converted into a corresponding voltage value. These two signals are added to the steering angle command signal 13 as feedback signals and become the signal processing section output 15. The amplification section 10-2 receives power from the power supply 11 and operates the servo/servo circuit in response to the signal processing section output 15.
Controls the voltage value of the amplifier output 16.

上記実施例によれば次のような効果をあげるこ
とができる。 According to the above embodiment, the following effects can be achieved.

(1) 従来のものに比べ、構成部品が少なくなり、
小型化された。(1) Compared to conventional models, there are fewer components,
Made smaller.

（ｉ）２個のクラツチが不要となつた。 (i) Two clutches are no longer needed.

（）ポテンシオメータとタコ・ジエネレー
タの機能を１台のインクリメンタル・エンコ
ーダ５で行なうことができた。すなわち、１
台のインクリメンタル・エンコーダ５によつ
て角度検出と角速度検出を同時に行なうこと
ができた。 () The functions of a potentiometer and a tacho generator could be performed by one incremental encoder 5. That is, 1
Angle detection and angular velocity detection could be performed simultaneously using the incremental encoder 5 on the stand.

（）クラツチ、ポテンシオメータ及びタ
コ・ジエネレータに関連する減速歯車、軸
受、構造部材などの部品が不要となつた。 () Parts such as reduction gears, bearings, and structural members associated with clutches, potentiometers, and tacho-generators are no longer required.

(2) サマリウム・コバルト磁石及びコバルト鋼を
使つた直流サーボ・モータ１を採用し、小型で
ありながら高応答性、高出力トルクを得た。(2) Adopts a DC servo motor 1 using samarium-cobalt magnets and cobalt steel, achieving high responsiveness and high output torque despite its small size.

(3) 伝達効率の良いボールスクリユウ軸２とリン
クを組み合わせた減速装置を考案したことによ
り、直流サーボ・モータのトルクの損失を小さ
くでき、応答性及び出力トルクの劣化を防い
だ。(3) By devising a speed reduction device that combines a ball screw shaft 2 and a link with good transmission efficiency, it is possible to reduce the torque loss of the DC servo motor and prevent deterioration of responsiveness and output torque.

(4) ボールスクリユウ軸２とリンクを組み合わせ
た減速装置は、バツクラツシユ、摩擦等が非常
に小さく、エンコーダ５の摩擦、イナーシヤも
非常に小さい、また直流サーボ・モータ１と操
舵出力軸間に無駄時間要素はないので、サーボ
装置の応答性、あるいは静的特性が良好となつ
た。(4) The reduction gear that combines the ball screw shaft 2 and the link has extremely low backlash and friction, and the friction and inertia of the encoder 5 are also extremely low, and there is no waste between the DC servo motor 1 and the steering output shaft. Since there is no time element, the responsiveness or static characteristics of the servo device are improved.

なお、上記実施例では、出力軸アーム４Ａとボ
ールスクリユウ・ナツト３とを支点８で直結した
が、必要に応じてリンク機構を介在させてもよ
い。 In the above embodiment, the output shaft arm 4A and the ball screw nut 3 are directly connected at the fulcrum 8, but a link mechanism may be interposed as necessary.

（考案の効果）以上説明したように、本考案の飛しよう体操舵
用電気サーボ装置によれば、直流サーボ・モータ
の回転軸自体もしくはこれに連結される軸をボー
ルスクリユウ軸で構成し、操舵面と一体の操舵面
出力軸に固定されたアームもしくはこれに連結さ
れたリンクを前記ボールスクリユウ軸に螺合する
ボールスクリユウ・ナツトに枢着するとともに、
前記直流サーボ・モータの回転角度と回転角速度
を検出するためのインクリメンタル・エンコーダ
を設けたことによつて、構成部品の削減を図ると
ともに小型、軽量化及び高性能化を図ることがで
きる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the electric servo device for a flight gymnastics rudder of the present invention, the rotating shaft of the DC servo motor itself or the shaft connected thereto is constituted by a ball screw shaft, An arm fixed to a steering surface output shaft integral with the steering surface or a link connected thereto is pivotally connected to a ball screw nut screwed into the ball screw shaft,
By providing an incremental encoder for detecting the rotational angle and rotational angular velocity of the DC servo motor, it is possible to reduce the number of component parts and achieve smaller size, lighter weight, and higher performance.

[Brief explanation of drawings]

第１図Ａは本考案の飛しよう体操舵面電気サー
ボ装置の実施例を示す正面図、同図Ｂは一部を断
面とした側面図、第２図は従来の飛しよう体操舵
用電気サーボ装置の構成図である。１……直流サーボ・モータ、２……ボールスク
リユウ軸、３……ボールスクリユウ・ナツト、４
……出力軸、４Ａ……アーム、５……インクリメ
ンタル・エンコーダ、７，８……支点、９……操
舵面、１０……サーボ・アンプ、１１……電源電
池。 Fig. 1A is a front view showing an embodiment of the electric servo device for a flying gymnastics rudder according to the present invention, Fig. 1B is a partially sectional side view, and Fig. 2 is a conventional electric servo device for a flying gymnastics rudder. It is a block diagram of a device. 1...DC servo motor, 2...Ball screw shaft, 3...Ball screw nut, 4
... Output shaft, 4A ... Arm, 5 ... Incremental encoder, 7, 8 ... Fulcrum, 9 ... Steering surface, 10 ... Servo amplifier, 11 ... Power supply battery.

Claims

[Scope of utility model registration request]

The rotating shaft of the DC servo motor itself or the shaft connected to it is composed of a ball screw shaft,
An arm fixed to a steering surface output shaft that is integrated with the steering surface or a link connected thereto is pivotally connected to a ball screw nut that is screwed to the ball screw shaft, and the arm is connected to the rotation shaft of the DC servo motor. An incremental encoder is connected, the rotation angle and rotation angular velocity of the DC servo motor are determined as a feedback signal from the output signal of the incremental encoder, and a servo amplifier output is created from the feedback signal and the steering angle command signal. An electric servo device for a flying gymnastics rudder, comprising: a servo amplifier for supplying the output of the servo amplifier to the DC servo motor.