WO2020170624A1 - 電動アクチュエータ - Google Patents

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WO2020170624A1
WO2020170624A1 PCT/JP2020/000270 JP2020000270W WO2020170624A1 WO 2020170624 A1 WO2020170624 A1 WO 2020170624A1 JP 2020000270 W JP2020000270 W JP 2020000270W WO 2020170624 A1 WO2020170624 A1 WO 2020170624A1
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WO
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magnetic pole
actuator
rod
conductive polymer
electric
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/000270
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English (en)
French (fr)
Inventor
雅人 三好
大樹 畠山
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/008—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for characterised by the actuating element
    • F03G7/012—Electro-chemical actuators
    • F03G7/0121—Electroactive polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Definitions

  • the present disclosure relates to an electric actuator.
  • Patent Document 1 discloses that the operation of the actuator is stable under the condition that the actuator member is naturally deformed (for example, the influence of moisture or oil in the surrounding environment).
  • an actuator provided with an applying device that corrects a change in tension due to extension of the actuator member by applying tension is disclosed.
  • Patent Document 1 Since the actuator disclosed in Patent Document 1 does not employ a mechanical structure such as a ball screw mechanism, it is considered that mechanical jamming due to the fixation of the ball nut does not occur.
  • the above-mentioned applying device corrects the actuator member, and the actuating force necessary for actuating the actuator is solely borne by the actuator member. Therefore, there is a concern that the actuator member may be increased in size in order to secure the operating force.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, can be downsized, and can perform high-accuracy positioning while securing a necessary operating force, and mechanical jamming does not occur.
  • the purpose is to provide an actuator.
  • the electric actuator according to the present disclosure adopts the following means. That is, in the electric actuator according to an aspect of the present disclosure, a rod formed as a rod-shaped member and a conductive polymer actuator having a conductive polymer that expands and contracts in a predetermined direction by electric current, or expands and contracts in a predetermined direction by electric current.
  • a magnetic pole of the magnetic pole changing section which includes a multilayer electrostatic actuator having an electrode multilayer element, a magnetic pole fixing section having a fixed magnetic pole arrangement, and a magnetic pole changing section whose magnetic pole arrangement is changed by switching a current.
  • An electromagnetic force actuator in which the magnetic pole fixing portion and the magnetic pole varying portion move relative to each other when the arrangement is changed is provided, and either one of the magnetic pole fixing portion and the magnetic pole varying portion has a relative position.
  • the conductive polymer or the electrode laminated element is connected to the conductive polymer or the electrode laminated element so that the moving direction coincides with the expansion and contraction direction of the conductive polymer or the electrode laminated element, and the rod is the conductive polymer or the electrode laminated element.
  • the magnetic pole fixing portion and the magnetic pole varying portion connected thereto.
  • one of the magnetic pole fixed portion and the magnetic pole variable portion is made of a conductive material such that the relative movement direction of the magnetic pole fixed portion and the magnetic pole variable portion coincides with the expansion/contraction direction of the conductive polymer or the electrode laminated element.
  • the rod is connected to the polymer or electrode laminated element, and the rod is connected to the conductive polymer or electrode laminated element, and either one of the magnetic pole fixing portion and the magnetic pole variable portion connected thereto.
  • the rod is connected in parallel to the conductive polymer or the electrode laminated element and one of the magnetic pole fixed portion and the magnetic pole variable portion connected thereto.
  • the rod is moved in the axial direction by two actuators, that is, a conductive polymer actuator or a laminated electrostatic actuator, and an electromagnetic force actuator. Therefore, the rod can receive the actuating force from the two actuators at the same time. In other words, the resultant force of the operating force of the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator and the operating force of the electromagnetic actuator acts on the rod. Therefore, it suffices that the two actuators carry the operating force required for the movement of the rod, and the electric power required for each actuator can be suppressed and the size can be reduced.
  • the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator has a larger expansion/contraction force (that is, an actuating force for moving the rod) than an electromagnetic force actuator, but the positioning accuracy and responsiveness are not high.
  • the electromagnetic force actuator has a force (that is, an actuating force for moving the rod) acting between the magnetic pole varying portion and the magnetic pole fixing portion, as compared with the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator. Although small, it has good positioning accuracy and responsiveness.
  • the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator bears most of the operating force required for the movement of the rod (that is, the expansion and contraction of the electric actuator), and the remaining operating force is the electromagnetic force actuator.
  • the electromagnetic force actuator it is possible to secure the necessary operating force by the two actuators when the rod moves. Further, upon completion of the movement of the rod, it is possible to perform highly responsive and highly accurate positioning by the electromagnetic force actuator.
  • Such an electric actuator is suitable for use in, for example, operating the control surface (aileron, elevator, ladder, etc.) of an aircraft.
  • control surface an electric actuator
  • mechanical jamming that may occur in the ball screw mechanism does not occur, so that the control surface of the aircraft can be prevented from being fixed at an unintended position.
  • the size can be reduced, and highly responsive and highly accurate positioning can be performed while securing a necessary actuating force.
  • a casing that accommodates the rod is provided, and the conductive polymer or the electrode laminated element has one end side in the expansion and contraction direction connected to the casing,
  • the magnetic pole changing portion is fixed to the casing, the magnetic pole fixing portion is connected to the other end side of the conductive polymer or the electrode laminated element in the expansion/contraction direction, and the rod is attached to the magnetic pole fixing portion. It is connected.
  • the magnetic pole varying portion is fixed to the casing, the magnetic pole fixing portion is connected to the conductive polymer or the electrode laminated element, and the rod is connected to the magnetic pole fixing portion.
  • the magnetic pole varying unit needs to supply electricity to generate a magnetic force, and its structure is more complicated than that of a magnetic pole fixing unit (for example, a permanent magnet in which each pole is alternately arranged). Therefore, by connecting and fixing the magnetic pole changing portion to the casing, it is possible to avoid movement of the magnetic pole changing portion having a complicated structure (movement due to expansion and contraction of the conductive polymer or the electrode laminated element). Thereby, simplification of the structure can be realized.
  • an electric supply unit that supplies electricity to the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator, and the magnetic pole variable unit, and an output from the electric supply unit.
  • a control unit that controls the electricity to be generated, the control unit expanding and contracting the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator when moving the rod, and the magnetic pole changing unit and the magnetic pole fixing unit. The electric supply unit is controlled so that the relative movement with respect to is simultaneously executed.
  • the control unit when the rod is moved, the control unit can expand and contract the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator, and can relatively move the magnetic pole changing unit and the magnetic pole fixing unit. Control the electricity supply to be performed simultaneously.
  • the rod receives an actuating force from two actuators (electropolymer actuator or laminated electrostatic actuator and electromagnetic force actuator) at the same time, so that the resultant force of the two actuating acts on the rod. Become. For this reason, when the rod moves (that is, when the electric actuator expands and contracts), the necessary operating force can be secured by the two actuators.
  • control unit controls the electric supply unit to stop relative movement between the magnetic pole fixing unit and the magnetic pole changing unit when ending the movement of the rod. Control.
  • the control unit controls the electric supply unit to stop the relative movement between the magnetic pole fixing unit and the magnetic pole varying unit when the movement of the rod is ended.
  • the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator does not have high positioning accuracy or responsiveness. Specifically, when the conductive polymer actuator or the laminated electrostatic actuator ends expansion/contraction at a predetermined position, the conductive polymer actuator or the multilayer electrostatic actuator is gradually settled at a predetermined position while performing damped vibration in the expansion/contraction direction.
  • the electromagnetic force actuator has good positioning accuracy and responsiveness. Specifically, the magnetic pole fixing portion and the magnetic pole varying portion are positioned accurately and immediately at the predetermined position when terminating their relative movement at the predetermined position.
  • the electric actuator as a whole can perform positioning with high responsiveness and high accuracy.
  • the electric actuator according to the present disclosure miniaturization is possible, and highly accurate positioning can be performed while securing a necessary operating force, and mechanical jamming does not occur.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view of an electric actuator according to an embodiment of the present disclosure. It is a front view of a rod. It is a fragmentary sectional view of a rod. It is a fragmentary sectional view of a rod to which a magnetic pole fixing portion is fixed. It is a schematic block diagram which shows operation
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a rod and a conductive polymer that applies an operating force to the rod. It is a schematic block diagram which shows operation
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of a rod and an electromagnetic force actuator that applies an operating force to the rod. It is a longitudinal cross-sectional view of a rod, a conductive polymer actuator, and an electromagnetic force actuator. It is the figure which modeled the connection relation to the rod of the conductive polymer actuator and the electromagnetic force actuator.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the operation of the electric actuator according to the embodiment of the present disclosure. It is a figure which shows the graph regarding the settling of a conductive polymer actuator.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing the operation of the electric actuator according to the embodiment of the present disclosure.
  • the electric actuator 1A is used as, for example, a telescopic actuator used for operating the control surface of an aircraft, and is a suitable actuator.
  • the control surface of the aircraft includes, for example, ailerons, elevators, ladders, etc., but is not limited to these control surfaces. Further, it goes without saying that it can also be adopted as a telescopic actuator used for other than operation of the control surface of an aircraft.
  • the electric actuator 1A includes a tubular casing 80, a rod 10 housed in the casing 80, a conductive polymer actuator 20 that moves the rod 10, and an electromagnetic force actuator 40. Further, the electric actuator 1A may include an electricity supply unit 70 that supplies electricity to the conductive polymer actuator 20 and the electromagnetic force actuator 40.
  • the electricity supply unit 70 may be an external power source, as described later.
  • the casing 80 is a tubular member, and the rod 10, the conductive polymer actuator 20, the electromagnetic force actuator 40, and the like, which will be described later, are housed therein.
  • the casing 80 is made of stainless steel, for example. Besides, it may be made of titanium or aluminum.
  • the rod 10 extends in the direction of the axis X (hereinafter, simply referred to as “axial direction”), and a space S1 is formed inside to make a part thereof hollow. It is a rod-shaped member.
  • the rod 10 is made of stainless steel, for example. Besides, it may be made of titanium or aluminum.
  • the rod 10 is provided with a connecting portion 12 on the tip side (left side in FIG. 2).
  • the connecting portion 12 is connected to, for example, the control surface side of the aircraft.
  • the control force of the electric actuator 1 ⁇ /b>A is transmitted to the control surface of the aircraft via the connecting portion 12.
  • a base-side flange 14 is integrally formed on the base of the rod 10 (on the right side in FIG. 2).
  • the base-side flange portion 14 has an outer diameter that is larger than the outer diameter of the rod 10. Further, it has an inner diameter reduced from the inner diameter of the hollow rod 10.
  • the rod 10 is integrally formed with a tip side flange portion 16 between the connecting portion 12 and the base side flange portion 14 in the axial direction.
  • the tip-side collar portion 16 has an outer diameter that is larger than the outer diameter of the rod 10. Further, it has an inner diameter reduced from the inner diameter of the hollow rod 10. At this time, it is preferable that the inner diameter of the tip side flange portion 16 and the inner diameter of the base side flange portion 14 are the same. The same applies to the outer diameter.
  • the tip-side flange portion 16 and the base-side collar portion 14 do not necessarily have to be integrally formed with the rod 10, and the tip-side flange portion 16 and the base-side collar portion 14 which are separate bodies are connected and fixed to the rod 10. May be done.
  • the magnetic pole fixing portion 42 is, for example, a permanent magnet, and the arrangement of magnetic poles is fixed along the axial direction. Specifically, S poles and N poles are arranged alternately along the axial direction. In the case of FIG. 4, N poles, S poles, N poles, etc. are fixed and arranged in this order from the tip side flange portion 16 side.
  • the above-mentioned magnetic pole fixing portion 42 is one of the components that make up the electromagnetic force actuator 40 shown in FIG. 1 and the like. Details of the electromagnetic force actuator 40 will be described later.
  • the conductive polymer actuator 20 includes a conductive polymer 22 and an electrode 24.
  • the conductive polymer 22 is a cylindrical object extending in a predetermined direction (the left-right direction in FIG. 5).
  • the conductive polymer 22 is housed in a casing 80, and one end (the right end in FIG. 1) in the extending direction is connected to the inner bottom portion (base portion 82) of the casing 80. The other end (the left end in FIG. 1) is connected to the side surface (the right side surface of the base-side flange portion 14 in FIG. 1) of the base-side flange portion 14 formed on the rod 10.
  • a plurality of electrodes 24 are provided inside the casing 80 and around the conductive polymer 22.
  • each electrode 24 is provided on the inner peripheral surface of the casing 80.
  • Each electrode 24 is electrically connected to a first power source 26 included in the electricity supply unit 70 via a power line, and electricity is supplied from each first power source 26.
  • the space S2 formed between the inner peripheral surface of the casing 80 and the outer peripheral surface of the conductive polymer 22 is filled with the electrolyte 28, and the current supplied from the first power supply 26 to the electrode 24 is applied to the electrolyte. It can flow to the conductive polymer 22 via 28.
  • the conductive polymer 22 expands and contracts when a current is applied from the electrode 24 through the electrolyte 28. In the case of FIGS. 5 and 6, the conductive polymer 22 extends in the extending direction.
  • the material of the conductive polymer 22 is, for example, a semiconductor material such as polyacetylene, polyethylene, or polyester containing a conductive material such as carbon.
  • the electrolyte 28 is, for example, a potassium hydroxide solution, a lithium salt solution, or the like.
  • the conductive polymer 22 has one end in the expansion and contraction direction connected to the base portion 82 of the casing 80 and the other end connected to the rod 10 (base side flange portion 14). Further, the axial direction of the rod 10 and the expansion/contraction direction of the conductive polymer 22 are made to coincide with each other. Therefore, as shown in FIG. 7, the rod 10 is moved in the axial direction by the expansion and contraction of the conductive polymer 22. At this time, the operating force applied to the rod 10 by the conductive polymer 22 is F1.
  • F1 is a convenient description of the operating force, and may be a constant or a variable.
  • FIG. 7 is simplified for the sake of description, and the description of each part is omitted except for the rod 10, the conductive polymer 22, and a part of the base portion 82.
  • the electromagnetic force actuator 40 includes the magnetic pole fixing portion 42 and the magnetic pole varying portion 44 described above.
  • the magnetic pole fixing portion 42 is annular when viewed from the axial direction, and is fixed to the inner peripheral surface of the rod 10 located between the tip side flange portion 16 and the base side flange portion 14. ing.
  • the magnetic pole changing unit 44 is a rod-shaped object extending in a predetermined direction (the left-right direction in FIG. 8). Further, as shown in FIG. 1, a section on one end side (the left end side in FIG. 1) in the extending direction is an electromagnet in which a magnetic force is generated by an electric current.
  • the magnetic pole changing portion 44 is housed in the casing 80 and is inserted into the annular conductive polymer 22 and the annular magnetic pole fixing portion 42.
  • the other end (right end in FIG. 1) in the extending direction is connected to the base portion 82 of the casing 80.
  • the magnetic pole changing unit 44 is electrically connected to the second power supply 46 included in the electricity supply unit 70 via a power line, and electricity is supplied from the second power supply 46.
  • the magnetic pole changing unit 44 changes the arrangement of the S poles and the N poles along the extending direction by switching the phase of the current supplied from the second power supply 46.
  • the magnetic poles arranged in the order of N pole, S pole, N pole,... are arranged in the order of S pole, N pole, S pole,... In the extending direction.
  • the magnetic pole changing portion 44 is inserted into the magnetic pole fixing portion 42, by changing the arrangement of the magnetic poles, the magnetic pole fixing portion 42 and the magnetic pole changing portion 44 move relatively in a non-contact manner. ..
  • the magnetic pole fixing portion 42 is fixed to the rod 10. Further, the direction of relative movement between the magnetic pole fixing portion 42 and the magnetic pole varying portion 44 is made to coincide with the axial direction of the rod 10.
  • the rod 10 is moved in the axial direction by the relative movement of the magnetic pole fixing portion 42 and the magnetic pole varying portion 44.
  • the magnetic pole changing portion 44 applies the actuation force F2 to the magnetic pole fixing portion 42.
  • the operating force F2 is applied to the rod 10. Further, the rod 10 will be moved with respect to the casing 80.
  • F2 is a convenient description of the operating force, and may be a constant or a variable.
  • FIG. 11 is simplified for the sake of explanation, and the description of each part is omitted except for a part of the rod 10, the electromagnetic force actuator 40, and the base portion 82.
  • the electricity supply unit 70 includes a first power supply 26 and a second power supply 46.
  • the electricity supply unit 70 is capable of transmitting and receiving signals to and from a control unit (not shown), and the characteristics of electricity output from the first power supply 26 and the second power supply 46 by the control unit (current, voltage, frequency, etc.). ) Is controlled.
  • the electricity supply unit 70 may be provided integrally with the electric actuator 1A or may be a separate body (that is, an external power source).
  • the first power supply 26 and the second power supply 46 may be a single power supply, and in this case, electricity is supplied from the single power supply to the conductive polymer 22 and the magnetic pole changing section 44 by a parallel circuit. ..
  • the control unit is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and a computer-readable storage medium.
  • a series of processes for implementing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program as an example, and the CPU reads the program into a RAM or the like to execute information processing/arithmetic processing.
  • the program is installed in a ROM or other storage medium in advance, provided in a state of being stored in a computer-readable storage medium, or delivered via a wired or wireless communication unit. Etc. may be applied.
  • the computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the conductive polymer 22 and the magnetic pole fixing portion 42 are indirectly connected via the rod 10.
  • the conductive polymer 22 connected to the base-side flange portion 14 is indirectly connected to the magnetic pole fixing portion 42 fixed to the base-side flange portion 14 and the tip-side flange portion 16 and the base-side flange portion 14. Connected to each other.
  • the rod 10 is connected to the conductive polymer 22 and the magnetic pole fixing portion 42.
  • the magnetic pole fixing portion 42 is moved in the axial direction by the conductive polymer 22 together with the rod 10.
  • the conductive polymer 22 applies an actuating force F1 to the rod 10.
  • the magnetic pole fixing portion 42 is loaded with the operating force F2 from the magnetic pole changing portion 44 connected to the casing 80.
  • the rod 10 connected to the magnetic pole fixing portion 42 is loaded with the operating force F2 from the magnetic pole changing portion 44. Therefore, the magnetic pole changing portion 44 applies the operating force F2 to the rod 10 to which the operating force F1 is applied from the conductive polymer 22. That is, the rod 10 can be loaded with two operating forces (operating force F1 and operating force F2) in parallel from the conductive polymer 22 and the magnetic pole fixing portion 42. In other words, the rod 10 can be simultaneously actuated by the conductive polymer actuator 20 and the electromagnetic force actuator 40.
  • FIG. 13 is a diagram modeling how the operating force F1 by the conductive polymer actuator 20 and the operating force F2 by the electromagnetic force actuator 40 are applied to the rod 10.
  • the expansion and contraction of the conductive polymer 22 and the movement of the magnetic pole fixing portion 42 are simultaneously performed, so that the rod 10 is loaded with the resultant force of the operating force F1 and the operating force F2.
  • a control unit (not shown) controls electricity output from the first power supply 26 and the second power supply 46 so that the conductive polymer 22 expands and contracts and the magnetic pole fixing unit 42 moves simultaneously.
  • the resultant force of the operating force F1 and the operating force F2 can be applied to the rod 10.
  • the conductive polymer actuator 20 has the following characteristics. That is, the conductive polymer actuator 20 can generate a larger actuating force than the electromagnetic force actuator 40. On the other hand, the conductive polymer actuator 20 is not higher in positioning accuracy and responsiveness than the electromagnetic force actuator 40.
  • the conductive polymer 22 having elasticity has its own mass. Due to the inertial force caused by, a small expansion and contraction movement along the axial direction is repeated around the stop position to gradually settle. For example, as shown in FIG. 15, the displacement (vertical axis) of the conductive polymer 22 is gradually settled with time (horizontal axis) so as to perform damping vibration with respect to the stop position.
  • the conductive polymer 22 it is assumed that there is no load of operating force from the electromagnetic force actuator 40. Further, it is assumed that the conductive polymer 22 alone can bear the operating force necessary for the movement of the rod 10.
  • the electromagnetic force actuator 40 has the following characteristics. That is, the electromagnetic force actuator 40 does not generate an operating force as much as the conductive polymer actuator 20. On the other hand, the electromagnetic force actuator 40 has higher positioning accuracy and responsiveness than the electromagnetic force actuator 40.
  • the electric actuator 1A can be extended as follows. That is, when the length of the electric actuator 1A reaches L1 and the movement of the rod 10 is ended, the electromagnetic force actuator 40 moves the rod 10 to a predetermined position (the position where the length of the electric actuator 1A becomes L1). By stopping the conductive polymer 22, elastic deformation of the conductive polymer 22 can be suppressed.
  • the control unit stops the expansion of the conductive polymer 22 and stops the movement of the magnetic pole fixing unit 42 at that position. Then, as shown in the graph in FIG. 17, the displacement of the conductive polymer 22 can be quickly stopped at the stop position. Specifically, by stopping the movement of the magnetic pole fixing portion 42 at time t1 when the conductive polymer 22 reaches the stop position, the displacement of the conductive polymer 22 can be suppressed and the conductive polymer 22 can be stopped at the stop position.
  • the force due to elastic deformation generated at the end of the expansion of the conductive polymer 22 is sufficiently smaller than the operating force F2 that can be loaded by the electromagnetic force actuator 40. Therefore, the elastic deformation of the conductive polymer 22 can be easily suppressed by the electromagnetic force actuator 40.
  • the movement of the rod 10 be simultaneously performed by the operating forces of the conductive polymer actuator 20 and the electromagnetic force actuator 40.
  • the operating force required to move the rod 10 is, for example, the operating force required to operate the control surface connected to the rod 10.
  • the electric actuator 1A according to the present embodiment has the following effects.
  • the resultant force of the operating force F1 by the conductive polymer actuator 20 and the operating force F2 by the electromagnetic force actuator 40 acts on the rod 10. For this reason, it is sufficient that the two actuators bear the actuation force required to move the rod 10, and the electric power required for each actuator can be suppressed and the size can be reduced.
  • the conductive polymer actuator 20 has a larger stretching force (that is, an actuating force F1 for moving the rod 10) than the electromagnetic force actuator 40, but the positioning accuracy and responsiveness are not high.
  • the electromagnetic force actuator 40 compared with the conductive polymer actuator 20, the force acting between the magnetic pole changing portion 44 and the magnetic pole fixing portion 42 (that is, the operating force F2 for moving the rod 10) although small, it has good positioning accuracy and responsiveness.
  • the electromagnetic force actuator 40 can perform positioning with high responsiveness and high accuracy.
  • the magnetic pole changing portion 44 when the magnetic pole changing portion 44 is fixed to the casing 80, the movement of the magnetic pole changing portion 44 having a more complicated structure than the magnetic pole fixing portion 42 (movement due to expansion and contraction of the conductive polymer 22) is avoided. You can Therefore, simplification of the structure can be realized.
  • the magnetic pole fixing portion 42 and the magnetic pole changing portion 44 may be replaced with each other.
  • the magnetic pole changing portion 44 may be fixed to the rod 10 and the magnetic pole fixing portion 42 may be fixed to the casing 80.
  • the laminated electrostatic actuator 30 is configured by arranging a plurality of rows formed by arranging a plurality of electrode laminated elements 32 in the axial direction.
  • One electrode laminated element 32 is an element in which a plurality of electrodes are laminated in a predetermined direction, and expands and contracts in the predetermined direction (lamination direction) when a voltage is applied from the first power supply 26. For example, as shown in FIGS. 19 and 20, one electrode laminated element 32 expands by dL in a predetermined direction when a voltage is applied.
  • the laminated electrostatic actuator 30 by arranging an appropriate number of electrode laminated elements 32 in the axial direction and extending each electrode laminated element 32 by dL in a predetermined direction, as shown in FIG.
  • the length of the mold electrostatic actuator 30 can be extended to L2.
  • the laminated electrostatic actuator 30 is equivalent to linearly extending to L2 as shown by the broken line in FIG.
  • the laminated electrostatic actuator 30 can be adopted instead of the conductive polymer actuator 20.

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Abstract

棒状の部材とされたロッド（１０）と、電流によって所定方向に伸縮する導電性高分子（２２）を有する導電性高分子アクチュエータ（２０）と、磁極配列が固定されている磁極固定部（４２）と、電流の切り替えによって磁極配列が変更される磁極可変部（４４）と、を有して、磁極可変部（４４）の磁極配列が変更されることで磁極固定部（４２）と磁極可変部（４４）とが相対的に移動する電磁力アクチュエータ（４０）とを備え、磁極固定部（４２）及び磁極可変部（４４）のいずれか一方は、それらの相対的な移動方向と導電性高分子（２２）の伸縮方向とが一致するように導電性高分子（２２）に接続され、ロッド（１０）は、導電性高分子（２２）及びそれに接続された磁極固定部（４２）及び磁極可変部（４４）のいずれか一方に接続されている。

Description

電動アクチュエータ
　本開示は、電動アクチュエータに関する。
　近年、電動アクチュエータの軽量化と高出力化が進み、航空機の舵面操作において電動アクチュエータが採用される機会が増加している。しかしながら、電動アクチュエータにボールスクリュー機構が採用されている場合、回転するスクリュー上でボールナットが固着する機械的ジャミングの発生が懸念される。
　機械的ジャミングが発生した場合、航空機の舵面が意図しない位置で固定されてしまい、パイロットの意思通りに機体を制御することが困難になり、重大事故に繋がる可能性がある。
　このような事象の対策として、クラッチが設けられたアクチュエータを採用する方法があり、アクチュエータに設けられたクラッチを切り離すことで、意図しない位置で固定された舵面を航空機から解放して、正常な他の舵面の操作によって機体を制御する方法がある。
　また、航空機の舵面操作に採用されるものではないが、特許文献１には、アクチュエータ部材に自然変形が生じる状況下（例えば、周囲環境の水分や油分の影響）において、アクチュエータの作動を安定化させるために、アクチュエータ部材の伸長による張力変化を張力の付与によって矯正する付与装置が備えられたアクチュエータが開示されている。
特開２０１８－５０４４５号公報
　特許文献１に開示されているアクチュエータには、例えばボールスクリュー機構等の機械的構造を採用していないので、ボールナットの固着に起因する機械的ジャミングが発生することがないと考えられる。
　しかしながら、上述の付与装置はアクチュエータ部材を矯正するものであって、アクチュエータの作動に必要な作動力はあくまでもアクチュエータ部材が担うこととなる。このため、作動力確保のためにアクチュエータ部材の大型化が懸念される。
　本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであって、小型化が可能であり、また、必要な作動力を確保しつつ高精度の位置決めを行うことができ、機械的ジャミングが発生しないアクチュエータを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る電動アクチュエータは以下の手段を採用する。
　即ち、本開示の一態様に係る電動アクチュエータにおいては、棒状の部材とされたロッドと、電流によって所定方向に伸縮する導電性高分子を有する導電性高分子アクチュエータ、又は電流によって所定方向に伸縮する電極積層素子を有する積層型静電アクチュエータと、磁極配列が固定されている磁極固定部と、電流の切り替えによって磁極配列が変更される磁極可変部と、を有して、前記磁極可変部の磁極配列が変更されることで前記磁極固定部と前記磁極可変部とが相対的に移動する電磁力アクチュエータとを備え、前記磁極固定部及び前記磁極可変部のいずれか一方は、それらの相対的な移動方向と前記導電性高分子又は前記電極積層素子の伸縮方向とが一致するように前記導電性高分子又は前記電極積層素子に接続され、前記ロッドは、前記導電性高分子又は前記電極積層素子、及び、それに接続された前記磁極固定部及び前記磁極可変部のいずれかの前記一方に接続されている。
　本態様に係る電動アクチュエータによれば、磁極固定部及び磁極可変部のいずれか一方は、それらの相対的な移動方向と導電性高分子又は電極積層素子の伸縮方向とが一致するように導電性高分子又は電極積層素子に接続され、ロッドは、導電性高分子又は電極積層素子、及び、それに接続された磁極固定部及び磁極可変部のいずれか一方に接続されている。
　これによって、ロッドは、導電性高分子又は電極積層素子、及び、それに接続されている磁極固定部及び磁極可変部のいずれか一方に対して、並列的に接続されていることとなる。換言すると、ロッドは、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータ、及び、電磁力アクチュエータの２つのアクチュエータによって軸線方向に移動されることとなる。したがって、ロッドは、２つのアクチュエータから同時に作動力を受けることが可能となる。言い換えると、ロッドには、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータによる作動力、及び、電磁力アクチュエータによる作動力の合力が作用することとなる。
　したがって、ロッドの移動に必要な作動力を２つのアクチュエータで担えば足り、１つ当たりのアクチュエータに必要な電力を抑制するとともに小型化を可能とする。
　このとき、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータは、電磁力アクチュエータに比べて、伸縮力（すなわち、ロッドを移動させる作動力）が大きいが、位置決めの精度や応答性が高くない。これに対して、電磁力アクチュエータは、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータに比べて、磁極可変部と磁極固定部との間に作用する力（すなわち、ロッドを移動させる作動力）は小さいが、位置決めの精度や応答性が良好である。
　このため、ロッドの移動（すなわち、電動アクチュエータの伸縮）に必要な作動力のうち、大部分の作動力を導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータが担い、残りの作動力を電磁力アクチュエータが担うように構成することで、ロッドの移動に際して、２つのアクチュエータによって必要な作動力を確保できる。また、ロッドの移動の終了に際して、電磁力アクチュエータによって応答性が高く、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
　このような電動アクチュエータは、例えば、航空機の舵面（エルロン、エレベータ、ラダー等）の操作に採用されて好適である。この場合、例えばボールスクリュー機構において発生する可能性がある機械的ジャミングが発生しないので、航空機の舵面が意図しない位置で固定されることを抑制できる。そのうえ、小型化が可能であり、また、必要な作動力を確保しつつ応答性の高い高精度の位置決めを行うことができる。
　また、本開示の一態様に係る電動アクチュエータにおいては、前記ロッドを収容するケーシングを備え、前記導電性高分子又は前記電極積層素子は、前記伸縮方向における一端側が前記ケーシングに対して接続され、前記磁極可変部は、前記ケーシングに対して固定され、前記磁極固定部は、前記導電性高分子又は前記電極積層素子の前記伸縮方向における他端側に接続され、前記ロッドは、前記磁極固定部に接続されている。
　本態様に係る電動アクチュエータによれば、磁極可変部がケーシングに対して固定され、磁極固定部が導電性高分子又は電極積層素子に接続され、ロッドが磁極固定部に接続されている。
　磁極可変部は、磁力を発生させるために電気を供給する必要があり、磁極固定部（例えば、各極が交互に配列された永久磁石）に比べてその構造が複雑である。このため、磁極可変部をケーシングに接続して固定することで、複雑な構造とされた磁極可変部の移動（導電性高分子又は電極積層素子の伸縮に伴う移動）を回避することができる。これにより、構造の簡便化を実現できる。
　また、本開示の一態様に係る電動アクチュエータにおいては、前記導電性高分子アクチュエータ又は前記積層型静電アクチュエータ、及び、前記磁極可変部に電気を供給する電気供給部と、前記電気供給部から出力する電気を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ロッドを移動させるとき、前記導電性高分子アクチュエータ又は前記積層型静電アクチュエータの伸縮、及び、前記磁極可変部と前記磁極固定部との相対的な移動が同時に実行されるように前記電気供給部を制御する。
　本態様に係る電動アクチュエータによれば、制御部は、ロッドを移動させるとき、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータの伸縮、及び、磁極可変部と磁極固定部との相対的な移動が同時に実行されるように電気供給部を制御する。
　これによって、ロッドは２つのアクチュエータ（電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータ、及び、電磁力アクチュエータ）から同時に作動力を受けるので、ロッドには、２つの作動力の合力が作用することとなる。このため、ロッドの移動（すなわち、電動アクチュエータの伸縮）に際して、必要な作動力を２つのアクチュエータによって確保できる。
　また、本開示の一態様に係る電動アクチュエータにおいて、前記制御部は、前記ロッドの移動を終了させるとき、前記磁極固定部と前記磁極可変部との相対移動を停止させるように前記電気供給部を制御する。
　本態様に係る電動アクチュエータによれば、制御部は、ロッドの移動を終了させるとき、磁極固定部と磁極可変部との相対移動を停止させるように電気供給部を制御する。
　上述の通り、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータは、位置決めの精度や応答性が高くない。詳細には、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータは、所定位置において伸縮を終了させるとき、例えば、伸縮方向において減衰振動をしながら徐々に所定位置に整定していく。これに対して、電磁力アクチュエータは、位置決めの精度や応答性が良好である。詳細には、磁極固定部及び磁極可変部は、所定位置においてそれらの相対的な移動を終了させるとき、その所定位置に対して精度よく、かつ、直ちに停止して位置決めされる。
　このため、ロッドの移動（すなわち、電動アクチュエータの伸縮）を終了させるに際して、ロッドの移動を終了させる位置において、磁極固定部と磁極可変部との相対移動を停止させることで、導電性高分子アクチュエータ又は積層型静電アクチュエータに生じ得る振動を抑え込むことができる。このため、電動アクチュエータ全体としては、応答性が高く、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
　本開示に係る電動アクチュエータによれば、小型化が可能であり、また、必要な作動力を確保しつつ高精度の位置決めを行うことができ、機械的ジャミングが発生しない。
本開示の一実施形態に係る電動アクチュエータの縦断面図である。 ロッドの正面図である。 ロッドの部分断面図である。 磁極固定部が固定されたロッドの部分断面図である。 導電性高分子アクチュエータの作動を示す概略構成図である。 導電性高分子アクチュエータの作動を示す概略構成図である。 ロッド及びロッドに作動力を負荷する導電性高分子の縦断面図である。 電磁力アクチュエータの作動を示す概略構成図である。 電磁力アクチュエータの作動を示す概略構成図である。 電磁力アクチュエータの作動を示す概略構成図である。 ロッド及びロッドに作動力を負荷する電磁力アクチュエータの縦断面図である。 ロッド、導電性高分子アクチュエータ及び電磁力アクチュエータの縦断面図である。 導電性高分子アクチュエータ及び電磁力アクチュエータのロッドに対する接続関係をモデル化した図である。 本開示の一実施形態に係る電動アクチュエータの作動を示す縦断面図である。 導電性高分子アクチュエータの整定に関するグラフを示す図である。 本開示の一実施形態に係る電動アクチュエータの作動を示す縦断面図である。 導電性高分子アクチュエータ及び電磁力アクチュエータの整定に関するグラフを示す図である。 電動アクチュエータの変形例に係る縦断面図である。 電極積層素子の作動を示す概略構成図である。 電極積層素子の変位と時間の関係をグラフ化した図である。 積層型静電アクチュエータの変位と時間の関係をグラフ化した図である。
　以下、本開示の一実施形態に係る電動アクチュエータについて、図面を用いて説明する。
　電動アクチュエータ１Ａは、例えば、航空機の舵面操作に用いられる伸縮式アクチュエータに採用されて好適なアクチュエータとされる。
　なお、航空機の舵面としては、例えば、エルロン、エレベータ、ラダー等が挙げられるが、これらの舵面に限定されない。
　また、航空機の舵面操作以外に用いられる伸縮式アクチュエータとしても採用できることは言うまでもない。
　図１に示すように、電動アクチュエータ１Ａは、筒状のケーシング８０と、ケーシング８０に収容されたロッド１０及びロッド１０を移動させる導電性高分子アクチュエータ２０及び電磁力アクチュエータ４０とを備えている。
　また、電動アクチュエータ１Ａは、導電性高分子アクチュエータ２０及び電磁力アクチュエータ４０に電気を供給する電気供給部７０を備えていてもよい。なお、電気供給部７０は、後述するように、外部電源とされてもよい。
　図１に示すように、ケーシング８０は、筒状の部材とされており、その内部に後述するロッド１０、導電性高分子アクチュエータ２０、電磁力アクチュエータ４０等が収容されている。ケーシング８０は、例えば、ステンレス鋼製とされる。この他、チタン製やアルミニウム製であってもよい。
　図１から図３に示すように、ロッド１０は、軸線Ｘの方向（以下、単に「軸線方向」という。）に延在するとともに、内部に空間Ｓ１が形成されることで一部分が中空とされた棒状の部材である。ロッド１０は、例えば、ステンレス鋼製とされる。この他、チタン製やアルミニウム製であってもよい。
　ロッド１０には、その先端側（図２において左側）に接続部１２が設けられている。接続部１２は、例えば航空機の舵面側に接続される。
　航空機の舵面は、接続部１２を介して、電動アクチュエータ１Ａからその作動力が伝達される。
　ロッド１０には、その基部側（図２において右側）に基部側鍔部１４が一体に形成されている。
　基部側鍔部１４は、ロッド１０の外径に対して拡大した外径を有している。また、中空とされたロッド１０の内径に対して縮小した内径を有している。
　ロッド１０には、軸線方向における接続部１２と基部側鍔部１４との間に先端側鍔部１６が一体に形成されている。
　先端側鍔部１６は、基部側鍔部１４と同様に、ロッド１０の外径に対して拡大した外径を有している。また、中空とされたロッド１０の内径に対して縮小した内径を有している。
　このとき、先端側鍔部１６の内径と基部側鍔部１４の内径とは、同径とされることが好ましい。外径についても同様である。
　なお、先端側鍔部１６及び基部側鍔部１４は、必ずしもロッド１０に一体に形成される必要はなく、別体とされた先端側鍔部１６及び基部側鍔部１４がロッド１０に接続固定されてもよい。
　図４に示すように、ロッド１０の内部（空間Ｓ１）における先端側鍔部１６と基部側鍔部１４との間、詳細には、軸線方向において対向する先端側鍔部１６の側面（図１において右側面）と基部側鍔部１４の側面（図１において左側面）との間には、軸線方向から見て環状とされた磁極固定部４２がロッド１０の内周面に対して固定（例えば、嵌め合わせによって固定）されている。
　磁極固定部４２は、例えば永久磁石とされ、軸線方向に沿って磁極の配列が固定されている。詳細には、軸線方向に沿ってＳ極とＮ極とが交互に配列されている。図４の場合、先端側鍔部１６側からＮ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に固定されて配列されている。
　上述の磁極固定部４２は、図１等に示されている電磁力アクチュエータ４０を構成する部品の１つである。電磁力アクチュエータ４０の詳細については後述する。
　図１に示すように、導電性高分子アクチュエータ２０は、導電性高分子２２と、電極２４と、を備える。
　図５に示すように、導電性高分子２２は、所定方向（図５において左右方向）に延在する筒状の物体である。
　図１に示すように、導電性高分子２２はケーシング８０に収容されるとともに、その延在方向における一端（図１において右端）がケーシング８０の内側底部（基部８２）に接続されている。また、他端（図１において左端）は、ロッド１０に形成されている基部側鍔部１４の側面（図１において基部側鍔部１４の右側面）に接続されている。
　ケーシング８０の内部、かつ、導電性高分子２２の周囲には、複数の電極２４が設けられている。図１において、各電極２４は、ケーシング８０の内周面に設けられている。
　各電極２４は、電気供給部７０が有する第１電源２６と電力線を介して電気的に接続されており、各第１電源２６からそれぞれ電気が供給される。
　このとき、ケーシング８０の内周面と導電性高分子２２の外周面との間に形成された空間Ｓ２は電解質２８で満たされており、第１電源２６から電極２４に供給された電流を電解質２８を介して導電性高分子２２に流すことができる。
　図５及び図６に示すように、導電性高分子２２は、電解質２８を介して電極２４から電流が流されると伸縮する。図５及び図６の場合、導電性高分子２２は、その延在方向に伸びている。
　導電性高分子２２の材料は、例えば、炭素等の導電性素材を含有させたポリアセチレン、ポリエチレン、ポチエステル等の半導体材料とされる。また、電解質２８は、例えば、水酸化カリウム溶液、リチウム塩溶液等とされる。
　上述の通り、導電性高分子２２は、伸縮方向における一端がケーシング８０の基部８２に接続され、他端がロッド１０（基部側鍔部１４）に接続されている。また、ロッド１０の軸線方向と導電性高分子２２の伸縮方向とを一致させている。
　このため、図７に示すように、ロッド１０は、導電性高分子２２の伸縮によって、軸線方向に移動される。このとき、導電性高分子２２によってロッド１０に負荷される作動力をＦ１とする。ただし、Ｆ１は、作動力の便宜的な記載であって、定数であってもよいし、変数であってもよい。
　なお、図７は、説明のために簡略化されており、ロッド１０、導電性高分子２２、基部８２の一部を除いて、各部品の記載を省略している。
　図１に示すように、電磁力アクチュエータ４０は、上述の磁極固定部４２と、磁極可変部４４と、を備えている。
　磁極固定部４２は、上述の通り、軸線方向から見たとき環状とされており、先端側鍔部１６と基部側鍔部１４との間に位置するロッド１０の内周面に対して固定されている。
　図１及び図８に示すように、磁極可変部４４は、所定方向（図８において左右方向）に延在する棒状の物体とされている。また、図１に示すように、その延在方向における一端側（図１において左端側）の区間は、電流によって磁力が発生する電磁石とされている。
　図１に示すように、磁極可変部４４は、ケーシング８０に収容されるとともに、環状の導電性高分子２２及び環状の磁極固定部４２に挿通されている。また、その延在方向における他端（図１において右端）がケーシング８０の基部８２に接続されている。
　磁極可変部４４は、電気供給部７０が有する第２電源４６と電力線を介して電気的に接続されており、第２電源４６から電気が供給される。
　図８から図１０に示すように、磁極可変部４４は、第２電源４６から供給される電流の位相を切り替えることによって、延在方向に沿ったＳ極とＮ極との配列を変化させることができる。具体的には、延在方向に沿ってＮ極、Ｓ極、Ｎ極・・・の順に配列されていた磁極が、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極・・・の順に配列される。
　上述の通り、磁極可変部４４は、磁極固定部４２に挿通されているため、磁極の配列を変更することで、磁極固定部４２と磁極可変部４４とは、非接触で相対的に移動する。
　このとき、図１及び図４に示すように、磁極固定部４２は、ロッド１０に対して固定されている。また、磁極固定部４２と磁極可変部４４との相対移動の方向と、ロッド１０の軸線方向とを一致させている。
　このため、図１１に示すように、ロッド１０は、磁極固定部４２と磁極可変部４４との相対移動によって、軸線方向に移動される。このとき、磁極固定部４２には、磁極可変部４４によって作動力Ｆ２が負荷される。本実施形態においては、磁極可変部４４がケーシング８０に対して接続されているため、結果として、ロッド１０に作動力Ｆ２が負荷されることとなる。また、ロッド１０は、ケーシング８０に対して移動されることとなる。
　ただし、Ｆ２は、作動力の便宜的な記載であって、定数であってもよいし、変数であってもよい。
　なお、図１１は、説明のために簡略化されており、ロッド１０、電磁力アクチュエータ４０、基部８２の一部を除いて、各部品の記載を省略している。
　図１に示すように、電気供給部７０は、第１電源２６と、第２電源４６と、を備えている。電気供給部７０は、図示しない制御部との間で信号の送受信が可能とされており、制御部によって第１電源２６及び第２電源４６から出力される電気の特性（電流、電圧、周波数等）が制御される。
　なお、電気供給部７０は、電動アクチュエータ１Ａと一体に設けられてもよいし、別体（すなわち、外部電源）であってもよい。また、第１電源２６と第２電源４６とは、単一の電源とされてもよく、この場合、単一の電源から並列回路によって導電性高分子２２及び磁極可変部４４に電気を供給する。
　制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
　図１２に示すように、導電性高分子２２と磁極固定部４２とは、ロッド１０を介して間接的に接続されている。詳細には、基部側鍔部１４に接続された導電性高分子２２は、基部側鍔部１４及び先端側鍔部１６に固定された磁極固定部４２と、基部側鍔部１４を介して間接的に接続されている。
　また、ロッド１０は、導電性高分子２２及び磁極固定部４２に対して接続されている。
　このため、磁極固定部４２は、ロッド１０と共に導電性高分子２２によって軸線方向に移動される。ロッド１０の移動に際して、ロッド１０には、導電性高分子２２から作動力Ｆ１が負荷される。
　また、磁極固定部４２には、ケーシング８０に対して接続された磁極可変部４４から作動力Ｆ２が負荷される。結果として、磁極固定部４２に接続されたロッド１０に磁極可変部４４から作動力Ｆ２が負荷されることとなる。
　このため、導電性高分子２２から作動力Ｆ１が負荷されているロッド１０に対して磁極可変部４４から作動力Ｆ２が負荷されることとなる。つまり、ロッド１０には、導電性高分子２２及び磁極固定部４２から、並列的に２つの作動力（作動力Ｆ１及び作動力Ｆ２）が負荷され得る。換言すると、ロッド１０は、導電性高分子アクチュエータ２０及び電磁力アクチュエータ４０によって同時に作動力が負荷され得る。
　図１３は、導電性高分子アクチュエータ２０による作動力Ｆ１及び電磁力アクチュエータ４０による作動力Ｆ２が、ロッド１０に対してどのように負荷されるのかをモデル化した図である。
　図１２及び図１３に示すように、導電性高分子２２の伸縮及び磁極固定部４２の移動が同時に実行されることで、ロッド１０には、作動力Ｆ１と作動力Ｆ２との合力が負荷される。具体的には、図示しない制御部によって、導電性高分子２２の伸縮及び磁極固定部４２の移動が同時に実行されるように第１電源２６及び第２電源４６から出力される電気を制御することで、ロッド１０に対して作動力Ｆ１と作動力Ｆ２との合力を負荷させることができる。
　次に、導電性高分子アクチュエータ２０及び電磁力アクチュエータ４０の特性に基いた、電動アクチュエータ１Ａを伸縮させる際の制御について説明する。
　導電性高分子アクチュエータ２０には、次のような特性がある。
　すなわち、導電性高分子アクチュエータ２０は、電磁力アクチュエータ４０よりも大きな作動力を発生させられる。その反面、導電性高分子アクチュエータ２０は、電磁力アクチュエータ４０よりも位置決めの精度や応答性が高くない。
　例えば、図１４に示すように、電動アクチュエータ１Ａの長さをＬ０（図１参照）からＬ１に伸ばす場合、すなわち、ロッド１０をＬ１－Ｌ０だけ移動させた場合を考える。
　電動アクチュエータ１Ａの長さがＬ１に到達したとき、制御部によって導電性高分子２２の伸長を停止位置にて停止させた場合であっても、弾性を有する導電性高分子２２は、自身の質量に起因する慣性力によって、停止位置の周辺で軸線方向に沿った微小な伸縮運動を繰り返しながら徐々に整定する。例えば、図１５に示すように、導電性高分子２２の変位（縦軸）は、時間（横軸）の経過とともに停止位置に対して減衰振動するように徐々に整定していく。
　なお、上述の導電性高分子２２に係る説明においては、電磁力アクチュエータ４０から作動力の負荷はないものとしている。また、導電性高分子２２のみでロッド１０の移動に必要な作動力を担えるのもとしている。
　一方、電磁力アクチュエータ４０には、次のような特性がある。
　すなわち、電磁力アクチュエータ４０は、導電性高分子アクチュエータ２０ほどの作動力は発生させられない。その反面、電磁力アクチュエータ４０は、電磁力アクチュエータ４０よりも位置決めの精度や応答性が高い。
　このような電磁力アクチュエータ４０の特性によって、電動アクチュエータ１Ａを次のように伸ばすことができる。
　すなわち、電動アクチュエータ１Ａの長さがＬ１に到達して、ロッド１０の移動を終了させるとき、電磁力アクチュエータ４０によって、ロッド１０を所定位置（電動アクチュエータ１Ａの長さがＬ１となった位置）にて停止させることで、導電性高分子２２に生じる弾性変形を抑え込むことができる。
　例えば、図１６に示すように、電動アクチュエータ１Ａの長さがＬ１に到達したとき、制御部によって導電性高分子２２の伸長を停止させるとともに磁極固定部４２の移動をその位置にて停止させることで、図１７に示すグラフのように、導電性高分子２２の変位を素早く停止位置に停止させることができる。詳細には、導電性高分子２２が停止位置に到達した時刻ｔ１において磁極固定部４２の移動を停止さることで、導電性高分子２２の変位を抑え込んで停止位置に停止させることができる。
　なお、導電性高分子２２の伸長終了時に生じる弾性変形による力は、電磁力アクチュエータ４０によって負荷できる作動力Ｆ２に比べて十分に小さい。このため、導電性高分子２２の弾性変形を電磁力アクチュエータ４０によって容易に抑え込むことができる。
　上述の説明では、電動アクチュエータ１Ａの長さを伸ばす場合を例にして説明したが、ロッド１０を移動させて電動アクチュエータ１Ａの長さを短くする場合も同様である。
　以上より、電動アクチュエータ１Ａの伸縮に際して、ロッド１０の移動は、導電性高分子アクチュエータ２０及び電磁力アクチュエータ４０の作動力によって同時に実行されることが好ましい。これは、２つのアクチュエータによって大きな作動力を確保できることによる。なお、ロッド１０の移動に必要な作動力は、例えば、ロッド１０に接続された舵面を操作するために必要な作動力とされる。
　また、電動アクチュエータ１Ａの伸縮の終了に際して、導電性高分子２２の弾性変形を抑え込むように、電磁力アクチュエータ４０が有する磁極固定部４２及び磁極可変部４４の相対移動を所定の位置にて停止させることが好ましい。
　本実施形態に係る電動アクチュエータ１Ａによれば、以下の効果を奏する。
　ロッド１０には、導電性高分子アクチュエータ２０よる作動力Ｆ１及び電磁力アクチュエータ４０による作動力Ｆ２の合力が作用することとなる。
　このため、ロッド１０の移動に必要な作動力を２つのアクチュエータで担えば足り、１つ当たりのアクチュエータに必要な電力を抑制するとともに小型化を可能とする。
　このとき、導電性高分子アクチュエータ２０は、電磁力アクチュエータ４０に比べて、伸縮力（すなわち、ロッド１０を移動させる作動力Ｆ１）が大きいが、位置決めの精度や応答性が高くない。これに対して、電磁力アクチュエータ４０は、導電性高分子アクチュエータ２０に比べて、磁極可変部４４と磁極固定部４２との間に作用する力（すなわち、ロッド１０を移動させる作動力Ｆ２）は小さいが、位置決めの精度や応答性が良好である。
　このため、ロッド１０の移動（すなわち、電動アクチュエータ１Ａの伸縮）に必要な作動力のうち、大部分の作動力を導電性高分子アクチュエータ２０が担い、残りの作動力を電磁力アクチュエータ４０が担うように構成することで、ロッド１０の移動に際して、２つのアクチュエータによって必要な作動力を確保できる。また、ロッド１０の移動の終了に際して、電磁力アクチュエータ４０によって応答性が高く、かつ、高精度の位置決めを行うことができる。
　また、磁極可変部４４がケーシング８０に対して固定されている場合、磁極固定部４２よりも構造が複雑な磁極可変部４４の移動（導電性高分子２２の伸縮に伴う移動）を回避することができる。このため、構造の簡便化を実現できる。
　なお、磁極固定部４２と磁極可変部４４とは入れ替えてもよく、例えば、ロッド１０に対して磁極可変部４４を固定するとともにケーシング８０に対して磁極固定部４２を固定してもよい。
〔変形例〕
　図１８に示すように、導電性高分子アクチュエータ２０に代えて積層型静電アクチュエータ３０を採用した電動アクチュエータ１Ｂとしてもよい。
　積層型静電アクチュエータ３０は、複数の電極積層素子３２が軸線方向に並べられて形成された列が、複数配列されることで構成されている。
　１つの電極積層素子３２は、複数の電極が所定方向に積層された素子であって、第１電源２６からの電圧の印加によって、その所定方向（積層方向）に伸縮する。
　例えば、図１９及び図２０に示すように、１つの電極積層素子３２は、電圧の印加によって、所定方向にｄＬだけ伸長する。
　このとき、積層型静電アクチュエータ３０としては、適当数の電極積層素子３２を軸線方向に並べるとともに個々の電極積層素子３２を所定方向にｄＬだけそれぞれ伸ばすことで、図２１に示すように、積層型静電アクチュエータ３０の長さをＬ２まで伸ばすことができる。つまり、積層型静電アクチュエータ３０としては、図２１の破線で示すように、Ｌ２まで線形的に伸びるに等しくなる。
　これによって、導電性高分子アクチュエータ２０に代えて積層型静電アクチュエータ３０を採用できる。
１Ａ，１Ｂ　電動アクチュエータ
１０　ロッド
１２　接続部
１４　基部側鍔部
１６　先端側鍔部
２０　導電性高分子アクチュエータ
２２　導電性高分子
２４　電極
２６　第１電源
２８　電解質
３０　積層型静電アクチュエータ
３２　電極積層素子
４０　電磁力アクチュエータ
４２　磁極固定部
４４　磁極可変部
４６　第２電源
７０　電気供給部
８０　ケーシング
８２　基部
Ｓ１　空間
Ｓ２　空間
Ｘ　　軸線

Claims (4)

  1. 　棒状の部材とされたロッドと、
    　電流によって所定方向に伸縮する導電性高分子を有する導電性高分子アクチュエータ、又は電流によって所定方向に伸縮する電極積層素子を有する積層型静電アクチュエータと、
    　磁極配列が固定されている磁極固定部と、電流の切り替えによって磁極配列が変更される磁極可変部と、を有して、前記磁極可変部の磁極配列が変更されることで前記磁極固定部と前記磁極可変部とが相対的に移動する電磁力アクチュエータと、
    を備え、
    　前記磁極固定部及び前記磁極可変部のいずれか一方は、それらの相対的な移動方向と前記導電性高分子又は前記電極積層素子の伸縮方向とが一致するように前記導電性高分子又は前記電極積層素子に接続され、
    　前記ロッドは、前記導電性高分子又は前記電極積層素子、及び、それに接続された前記磁極固定部及び前記磁極可変部のいずれかの前記一方に接続されている電動アクチュエータ。
  2. 　前記ロッドを収容するケーシングを備え、
    　前記導電性高分子又は前記電極積層素子は、前記伸縮方向における一端側が前記ケーシングに対して接続され、
    　前記磁極可変部は、前記ケーシングに対して固定され、
    　前記磁極固定部は、前記導電性高分子又は前記電極積層素子の前記伸縮方向における他端側に接続され、
    　前記ロッドは、前記磁極固定部に接続されている請求項１に記載の電動アクチュエータ。
  3. 　前記導電性高分子アクチュエータ又は前記積層型静電アクチュエータ、及び、前記磁極可変部に電気を供給する電気供給部と、
    　前記電気供給部から出力する電気を制御する制御部と、
    を備え、
    　前記制御部は、前記ロッドを移動させるとき、前記導電性高分子アクチュエータ又は前記積層型静電アクチュエータの伸縮、及び、前記磁極可変部と前記磁極固定部との相対的な移動が同時に実行されるように前記電気供給部を制御する請求項１又は２に記載の電動アクチュエータ。
  4. 　前記制御部は、前記ロッドの移動を終了させるとき、前記磁極固定部と前記磁極可変部との相対移動を停止させるように前記電気供給部を制御する請求項３に記載の電動アクチュエータ。
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