(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の舵面を駆動するピストン及び前記ピストンを収納するシリンダ本体を有し、前記シリンダ本体内に前記ピストンで仕切られた一対のシリンダ室を形成するシリンダと、
前記シリンダ室に流体を供給するポンプと、
回転に応じて前記ポンプから前記流体を吐出させる電動機と、
前記シリンダ本体に対する前記ピストンの位置を検出する位置検出器と、
前記位置検出器の検出結果に基づいて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備え、
前記一対のシリンダ室のうち、前記ピストンが前記舵面から前記航空機の主飛行方向の負荷を受ける方向にあるシリンダ室の方が、もう一方のシリンダ室より前記ピストンの受圧面積が大きいことを特徴とする舵面駆動用アクチュエータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ、ポンプ及び電動機を備えた舵面駆動用アクチュエータ装置に関し、より詳しくは、電動機を小型化することが可能な舵面駆動用アクチュエータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダ、油圧ポンプ及び電動機を一体化した舵面駆動用アクチュエータ装置であるＥＨＡ（Electro Hydrostatic Actuator）として、図３に示すようなＥＨＡ９００が知られている。
【０００３】
図３において、ＥＨＡ９００は、航空機（図示していない。）の舵面９９０を駆動するピストン９１１及びピストン９１１を収納するシリンダ本体９１２を有し、シリンダ本体９１２内にピストン９１１で仕切られた一対のシリンダ室９１０ａ、９１０ｂを形成する油圧シリンダ９１０と、シリンダ室９１０ａ又はシリンダ室９１０ｂに油を供給する油圧ポンプ９２０と、回転に応じて油圧ポンプ９２０から油を吐出させる電動機９３０と、シリンダ本体９１２に対するピストン９１１の位置を検出する位置検出器９４０と、位置検出器９４０の検出結果に基づいて電動機９３０の回転を制御するコントローラ９５０と、一対のシリンダ室内９１０ａ、９１０ｂの油の圧力差を検出する差圧検出器９６０とを備えている。
【０００４】
舵面９９０の傾斜角度を指示する信号が外部からコントローラ９５０に入力されると、コントローラ９５０は、位置検出器９４０から信号線９０１ａを介して入力される検出結果や、差圧検出器９６０から信号線９０１ｂを介して入力される検出結果に基づいて、舵面９９０が外部から指示された傾斜角度になるように、電動機９３０の回転を制御する。電動機９３０が回転すると、油圧ポンプ９２０は、電動機９３０の回転に応じて、油を吐出し、油路９０２ａを介してシリンダ室９１０ａに油を供給し、或いは、油路９０２ｂを介してシリンダ室９１０ｂに油を供給する。
【０００５】
ここで、油圧ポンプ９２０によってシリンダ室９１０ａに油が供給される場合、シリンダ室９１０ａ内の油の圧力が上昇し、ピストン９１１が矢印９００ａの方向に移動する。そして、ピストン９１１の移動に伴って、ピストン９１１に取り付けられたロッド９１３が矢印９００ａの方向に移動し、ロッド９１３に回転支点９９１、アーム９９２及び回転支点９９３を介して連結する舵面９９０が矢印９９０ａの方向に回転する。
【０００６】
また、油圧ポンプ９２０によってシリンダ室９１０ｂに油が供給される場合、シリンダ室９１０ｂ内の油の圧力が上昇し、ピストン９１１が矢印９００ｂの方向に移動する。そして、ピストン９１１の移動に伴って、ピストン９１１に取り付けられたロッド９１３が矢印９００ｂの方向に移動し、ロッド９１３に回転支点９９１、アーム９９２及び回転支点９９３を介して連結する舵面９９０が矢印９９０ｂの方向に回転する。
【０００７】
以上のようにして、ＥＨＡ９００は、舵面９９０を外部から指示された傾斜角度にすることができていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＥＨＡ９００においては、電動機９３０のみによって舵面９９０から油圧シリンダ９１０に加わった負荷に対応していたため、電動機９３０は、非常に大きな出力能力を有する必要があり、重量や形状が大きくなるという問題があった。電動機９３０の重量や形状が大きい場合、ＥＨＡ９００を航空機の部品として用いることは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、従来と比較して、電動機の最大出力能力を低く押さえることができ、電動機の重量や形状を小型化することができる舵面駆動用アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、航空機の舵面を駆動するピストン及び前記ピストンを収納するシリンダ本体を有し、前記シリンダ本体内に前記ピストンで仕切られた一対のシリンダ室を形成するシリンダと、前記シリンダ室に流体を供給するポンプと、回転に応じて前記ポンプから前記流体を吐出させる電動機と、前記シリンダ本体に対する前記ピストンの位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備え、前記一対のシリンダ室のうち、前記ピストンが前記舵面から前記航空機の主飛行方向の負荷を受ける方向にあるシリンダ室の方が、もう一方のシリンダ室より前記ピストンの受圧面積が大きい構成を有している。この構成により、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、一対のシリンダ室のうち、舵面が航空機の主飛行方向に一定の負荷を受けている場合に内部の流体の圧力が高い方のシリンダ室が、低い方のシリンダ室よりも、ピストンの受圧面積が大きいので、航空機の飛行中に舵面からシリンダに負荷が加わった場合、従来と比較して小さい圧力でシリンダに加わった負荷に対応することができる。したがって、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、従来と比較して、電動機の最大出力能力を低く押さえることができ、電動機の重量や形状を小型化することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１２】
まず、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の構成について説明する。
【００１３】
図１において、舵面駆動用アクチュエータ装置としてのＥＨＡ１００は、航空機５００（図２参照）の舵面５０１を駆動するピストン１１１及びピストン１１１を収納するシリンダ本体１１２を有し、シリンダ本体１１２内にピストン１１１で仕切られた一対のシリンダ室１１０ａ、１１０ｂを形成する油圧シリンダ（シリンダ）１１０と、油路１０１ａを介してシリンダ室１１０ａに油（流体）を供給するとともに、油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに油を供給する油圧ポンプ（ポンプ）１２０と、回転に応じて油圧ポンプ１２０から油を吐出させる電動機１３０と、シリンダ本体１１２に対するピストン１１１の位置を検出する位置検出器１４０と、位置検出器１４０から信号線１０２ａを介して入力される検出結果に基づいて電動機１３０の回転を制御する制御手段としてのコントローラ１５０とを備えている。
【００１４】
ここで、ピストン１１１には、ロッド１１３と、ロッド１１３よりも径が大きいロッド１１４とが取り付けられており、ロッド１１３には、回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して、航空機５００の舵面５０１が連結されている。また、位置検出器１４０は、ロッド１１４の移動量を検出する線形可変差動変成器（ＬＶＤＴ）から構成されている。
【００１５】
なお、舵面５０１は、ロッド１１３が矢印１００ａの方向に移動したとき、矢印５０１ａの方向に回転し、ロッド１１３が矢印１００ｂの方向に移動したとき、矢印５０１ｂの方向に回転するようになっている。
【００１６】
また、ロッド１１３の方がロッド１１４よりも径が小さいので、シリンダ室１１０ａ及びシリンダ室１１０ｂのうち、矢印１００ｂの方向にあるシリンダ室１１０ｂの方が、もう一方のシリンダ室１１０ａよりピストン１１１の受圧面積が大きくなっている。
【００１７】
また、ＥＨＡ１００は、油路１０１ａ及び油路１０１ｂを流通する油の圧力差を検出し、検出結果を信号線１０２ｂを介してコントローラ１５０に出力する差圧検出器２１０と、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介して入力する制御信号に基づいて、油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させ、或いは、油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断するバイパスバルブ２２０と、油路１０１ａを流通する油の圧力が設定圧力以上になることを防止するリリーフバルブ２３１と、油路１０１ｂを流通する油の圧力が設定圧力以上になることを防止するリリーフバルブ２３２と、リリーフバルブ２３１又はリリーフバルブ２３２を通過した油を貯えるリザーバ２４０と、油路１０１ａを流通する油の流量が不足した場合にリザーバ２４０から油を供給するアンチキャビテーションバルブ２５１と、油路１０１ｂを流通する油の流量が不足した場合にリザーバ２４０から油を供給するアンチキャビテーションバルブ２５２とを備えている。
【００１８】
なお、舵面５０１には、通常状態で操作に用いる通常操作用のＥＨＡとして、上述したようにＥＨＡ１００が接続されているが、ＥＨＡ１００以外にも、他の通常操作用のＥＨＡや、通常操作用のＥＨＡの故障等の場合に操作に用いる補助用のＥＨＡなども接続されている。
【００１９】
ここで、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、バイパスバルブ２２０によって油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断するようになっており、舵面５０１の操作を実行しないとき、バイパスバルブ２２０によって油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させるようになっている。また、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、差圧検出器２１０と、舵面５０１の操作を実行している他のＥＨＡの差圧検出器との出力を比較して、舵面５０１の操作を実行している他のＥＨＡと同様の動作をするようになっている。
【００２０】
また、図２に示すように、航空機５００は、主に矢印５０２の方向に飛行するので、舵面５０１は、主に矢印５０２の方向、即ち、矢印５０３の方向に空気抵抗による負荷を受けるようになっている。なお、本明細書において、主飛行方向とは、航空機が主に飛行する方向のことを意味しており、本実施の形態においては矢印５０２の方向を意味している。
【００２１】
ここで、図１に示すように、舵面５０１が矢印５０３（図２参照）の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、舵面５０１は矢印５０１ｂの方向に回転され、ロッド１１３及びピストン１１１は矢印１００ｂの方向に負荷を受けるようになっており、舵面５０１が矢印５０４（図２参照）の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、舵面５０１は矢印５０１ａの方向に回転され、ロッド１１３及びピストン１１１は矢印１００ａの方向に負荷を受けるようになっている。
【００２２】
したがって、舵面５０１は、主に矢印５０１ｂの方向に負荷を受け、ピストン１１１は、主に矢印１００ｂの方向に負荷を受け、最大負荷も矢印１００ｂの方向に受けるようになっている。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の動作について説明する。
【００２４】
ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介してバイパスバルブ２２０に油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断させる制御信号を入力するので、バイパスバルブ２２０は、入力した制御信号に従って油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断させる。
【００２５】
以下、ＥＨＡ１００が舵面５０１の操作を実行する場合の具体例として、外部から舵面５０１の傾斜角度を指示する信号がコントローラ１５０に入力されており、ＥＨＡ１００が舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保っている場合について説明する。
【００２６】
上述したように航空機５００の舵面５０１は主に矢印５０１ｂの方向に負荷を受ける。なお、航空機５００の舵面５０１は矢印５０１ａの方向にも負荷を受けるが、ＥＨＡ１００は、舵面５０１が矢印５０１ａの方向に負荷を受ける場合と同様に動作するので、航空機５００の舵面５０１が矢印５０１ａの方向に負荷を受ける場合についての説明は省略する。
【００２７】
舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わると、回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して舵面５０１と連結するロッド１１３にも矢印１００ｂの方向の負荷が加わる。ロッド１１３に矢印１００ｂの方向の負荷が加わると、ロッド１１３が取り付けられているピストン１１１がシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力を増加させ、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力を減少させる。ここで、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化は、シリンダ室１１０ａと連通する油路１０１ａ内の油と、シリンダ室１１０ｂと連通する油路１０１ｂ内の油との圧力差の変化として、差圧検出器２１０によって検出され、信号線１０２ｂを介して常にコントローラ１５０に出力されている。
【００２８】
したがって、舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わると、コントローラ１５０は、差圧検出器２１０によって出力された検出結果によって、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化を得る。
【００２９】
また、ピストン１１１の移動量、即ち、ピストン１１１に取り付けられたロッド１１４の移動量は、位置検出器１４０によって検出され、信号線１０２ａを介して常にコントローラ１５０に出力されているので、舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わって、ロッド１１３が取り付けられているピストン１１１が矢印１００ｂの方向に移動すると、コントローラ１５０は、位置検出器１４０によって出力された検出結果によって、ピストン１１１の位置の変化を得る。
【００３０】
コントローラ１５０は、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化や、ピストン１１１の位置の変化を得ると、得た情報に基づいて、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つように、電動機１３０の回転を制御するので、舵面５０１は、例えば次のように回転する。
【００３１】
油圧ポンプ１２０は、コントローラ１５０によって制御された電動機１３０の回転に応じて、油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに油を供給する。油圧ポンプ１２０によってシリンダ室１１０ｂに油が供給されると、シリンダ室１１０ｂ内の油の圧力が上昇し、ピストン１１１が矢印１００ａの方向に移動する。そして、ピストン１１１の移動に伴って、ピストン１１１に取り付けられたロッド１１３が矢印１００ａの方向に移動し、ロッド１１３に回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して連結する舵面５０１が矢印５０１ａの方向に回転する。
【００３２】
なお、油圧ポンプ１２０やピストン１１１の動作によって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油の圧力が設定圧力以上になった場合、リリーフバルブ２３１又はリリーフバルブ２３２は、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油を通過させた後、リザーバ２４０に貯えさせることによって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油の圧力が設定圧力以上になることを防止する。また、油圧ポンプ１２０やピストン１１１の動作によって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油の流量が不足した場合、アンチキャビテーションバルブ２５１又はアンチキャビテーションバルブ２５２は、油路１０１ａ又は油路１０１ｂにリザーバ２４０から油を供給する。
【００３３】
ＥＨＡ１００は、常に以上のような動作、即ち、コントローラ１５０が、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化や、ピストン１１１の位置の変化を得て、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つように電動機１３０の回転を制御し、電動機１３０の回転に応じて移動するピストン１１１が舵面５０１を駆動するという動作を実行しているので、外部から舵面５０１の傾斜角度を指示する信号がコントローラ１５０に入力されている間、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つことができる。
【００３４】
なお、舵面５０１が矢印５０１ｂの方向に負荷を受けながらも、一定位置に保持される場合として、例えば、航空機５００が矢印５０２の方向に高速クルージング中である場合などがある。
【００３５】
また、ＥＨＡ１００は、故障等によって舵面５０１の操作を実行しないとき、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介してバイパスバルブ２２０に油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させる制御信号を入力するので、バイパスバルブ２２０は、入力した制御信号に従って油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させる。油路１０１ａ及び油路１０１ｂがバイパスバルブ２２０を介して連通すると、油路１０１ａに連通したシリンダ室１１０ａ内の油の圧力と、油路１０１ｂに連通したシリンダ室１１０ａ内の油の圧力とが等しくなり、油がピストン１１１及びロッド１１３に矢印１００ａ及び矢印１００ｂの方向に負荷を与えなくなる。
【００３６】
したがって、ＥＨＡ１００は、舵面５０１に対して負荷を与えなくなり、舵面５０１は、接続されているＥＨＡ１００以外のＥＨＡによって操作されるようになる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の効果について説明する。
【００３８】
ＥＨＡ１００は、上述したように、航空機５００の舵面５０１の操作に用いられるために、ピストン１１１が最大負荷を矢印１００ｂの方向に受けるようになっている。また、シリンダ室１１０ａよりピストン１１１の受圧面積が大きいシリンダ室１１０ｂが、油圧ポンプ１２０によって内部の油の圧力を上げることにより、ピストン１１１が受ける矢印１００ｂの方向の負荷に対抗するシリンダ室になっている。したがって、ＥＨＡ１００は、上記従来のＥＨＡ９００と比較して、油圧ポンプ１２０が油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに供給する油の最大圧力を小さくすることができ、電動機１３０の最大出力能力を低く押さえることができるので、電動機１３０の重量や形状を小型化することができる。
【００３９】
なお、シリンダ室１１０ａ側のピストン１１１の受圧面積に対するシリンダ室１１０ｂ側のピストン１１１の受圧面積の値の好ましい例として、１．５〜２程度を挙げることができる。
【００４０】
また、本実施の形態において、ＥＨＡ１００は、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化を検出する差圧検出器２１０を備えていたので、ピストン１１１が移動する前、即ち、位置検出器１４０によってピストン１１１の位置の変化が検出される前から、コントローラ１５０によって電動機１３０の回転を制御することができ、舵面５０１の傾斜角度の制御をピストン１１１が移動する前から開始することができていたが、本発明によれば、差圧検出器２１０を備えていない構成であっても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来と比較して、電動機の最大出力能力を低く押さえることができ、電動機の重量や形状を小型化することができる舵面駆動用アクチュエータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の油圧回路図である。
【図２】図１に示す舵面駆動用アクチュエータ装置を備えた航空機の平面図である。
【図３】従来の舵面駆動用アクチュエータ装置の油圧回路図である。
【符号の説明】
５００      航空機
５０１      舵面
１１１      ピストン
１１２      シリンダ本体
１１０ａ      シリンダ室
１１０ｂ      シリンダ室
１１０      油圧シリンダ（シリンダ）
１２０      油圧ポンプ（ポンプ）
１３０      電動機
１４０      位置検出器
１５０      コントローラ（制御手段）
１００      ＥＨＡ（舵面駆動用アクチュエータ装置）
【図１】
0003563365.tif 000002
【図２】
0003563365.tif 000003
【図３】
0003563365.tif 000004