(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流モータの駆動制御装置であって、
スイッチング素子を有して前記三相交流モータを駆動する三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記三相交流モータに印加する電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成する三相変調電圧指令値生成部と、
前記電圧指令値として、前記三相インバータ回路における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させる二相変調電圧指令値を生成する二相変調電圧指令値生成部と、
前記三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値から前記二相変調電圧指令値に切り替える電圧指令切替部と、
を含むことを特徴とする、三相交流モータの駆動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の三相交流モータの駆動制御装置であって、
前記電圧指令切替部は、前記電圧指令切替部は、前記三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかの値として判定対象となる判定値に基づいて、前記三相交流モータが回転を開始して以降最初に前記判定値が所定の第１閾値に達するまでの間は前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に設定し、前記判定値が前記第１閾値以上となったときには前記電圧指令値を前記二相変調電圧指令値に切り替え、前記判定値が前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値未満となったときには前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に切り替えることを特徴とする、三相交流モータの駆動制御装置。
【請求項３】
可動機構を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともに当該アクチュエータに対して油圧源から圧油を供給する油圧システムであって、
前記油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに前記アクチュエータに対して圧油を供給可能なバックアップ用油圧ポンプと、
前記バックアップ用油圧ポンプを駆動する三相交流モータと、
前記バックアップ用油圧ポンプを駆動するために前記三相交流モータを駆動し当該三相交流モータの運転状態を制御する、モータ駆動制御装置と、
を備え、
前記モータ駆動制御装置は、スイッチング素子を有して前記三相交流モータを駆動する三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行う制御部を備え、
前記制御部は、
前記三相交流モータに印加する電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成する三相変調電圧指令値生成部と、
前記電圧指令値として、前記三相インバータ回路における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させる二相変調電圧指令値を生成する二相変調電圧指令値生成部と、
前記三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値から前記二相変調電圧指令値に切り替える電圧指令切替部と、
を含むことを特徴とする、アクチュエータの油圧システム。
【請求項４】
前記電圧指令切替部は、前記三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかの値として判定対象となる判定値に基づいて、前記三相交流モータが回転を開始して以降最初に前記判定値が所定の第１閾値に達するまでの間は前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に設定し、前記判定値が前記第１閾値以上となったときには前記電圧指令値を前記二相変調電圧指令値に切り替え、前記判定値が前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値未満となったときには前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に切り替えることを特徴とする、請求項３に記載のアクチュエータの油圧システム。
【請求項５】
請求項３または４に記載の油圧システムであって、
前記制御部は、前記電圧指令値に基づいて前記三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記三相インバータ回路に出力するＰＷＭ信号出力部を更に備え、
前記三相交流モータは、永久磁石が用いられた同期モータとして設けられ、
前記三相交流モータの停止動作時には、前記航空機搭載用モータ駆動制御装置は、前記ＰＷＭ信号出力部から前記三相インバータ回路への前記ＰＷＭ信号の出力動作を停止して当該三相インバータ回路から前記三相交流モータへの電気エネルギーの供給を遮断し、当該三相交流モータをフリーラン停止させることを特徴とする、アクチュエータの油圧システム。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか一項に記載のアクチュエータの油圧システムであって、
前記バックアップ用油圧ポンプは、可変容量式の油圧ポンプとして設けられ、
前記判定値は、前記三相交流モータの回転速度の値であり、
前記航空機搭載用モータ駆動制御装置は、前記三相交流モータの回転を開始させた後、当該三相交流モータを一定回転速度で回転させるように制御することを特徴とする、航空機アクチュエータの油圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機に設置された機器を駆動するために航空機に搭載された三相交流モータを駆動しこの三相交流モータの運転状態を制御する、航空機搭載用モータ駆動制御装置、及び、航空機搭載用モータ駆動制御装置を備える、航空機アクチュエータの油圧システム、に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機においては、電動式の各種機器が設置されており、このような機器は、航空機に搭載された電動モータによって駆動される。そして、上記の機器として、例えば、特許文献１に開示されているように、動翼を駆動する油圧作動式のアクチュエータに対して圧油を供給するための電動式の油圧ポンプが挙げられる。尚、動翼としては、補助翼（エルロン）、方向舵（ラダー）、昇降舵（エレベータ）等の舵面として構成される主操縦翼面、或いは、フラップ、スポイラー等として構成される二次操縦翼面が挙げられる。また、上記の機器の他の例としては、上記の動翼を駆動する電動アクチュエータ、或いは、ランディングギア（降着装置）等の脚（航空機の機体を地上で支持する機構）、などが挙げられる。
【０００３】
上記のような機器を駆動する電動モータとしては、三相交流モータがよく用いられる。そして、この三相交流モータは、同様に航空機に搭載されたモータ駆動制御装置（航空機搭載用モータ駆動制御装置）によって駆動されてその運転状態が制御される。また、このようなモータ駆動制御装置としては、効率を向上させる観点から、スイッチング素子を有して三相交流モータを駆動する三相インバータ回路と、この三相インバータ回路のパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行う制御器と、を備えるものを用いることができる。
【０００４】
また、特許文献２においては、車両に設けられるモータ駆動制御装置として、三相インバータ回路における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させるモータ駆動制御装置が開示されている。即ち、特許文献２においては、いわゆる２アーム制御方式を採用するモータ駆動制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４７３３４号公報
【特許文献２】特開２００５−１１７８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
航空機においては、搭載される機器に関し、設置スペースの制約及び軽量化の要求が大きい。このため、航空機に設置される機器は、より小型化及び軽量化が図られることが望まれる。そして、航空機に搭載される三相交流モータについても、出力仕様を低下させることなく或いは更なる高出力仕様に設定された状態で、小型化及び軽量化を図ることが望まれる。このため、航空機に設置された機器を駆動する三相交流モータの仕様は、出力を維持しつつ小型化を図るために、回転速度は高く、トルクは低めに仕様が設定される傾向がある。
【０００７】
上記の場合、制御安定性の確保のため、三相インバータ回路とＰＷＭ制御を行う制御器とを備えて三相交流モータの運転状態を制御するモータ駆動制御装置においては、スイッチング素子におけるスイッチング周波数（キャリア周波数）であるＰＷＭ周波数が高周波数化される必要がある。しかしながら、ＰＷＭ周波数が高周波数になると、そのＰＷＭ周波数に応じて比例的にスイッチング素子損失が増大し、発熱量の増大を招くことになる。
【０００８】
上記のような発熱量の増大に対する対策として、一般的には、強制的にモータ駆動制御装置を冷却し或いはヒートシンクにより放熱を促すことで冷却するような冷却用機器を設置することが考えられる。しかし、この対策の場合、航空機に設置される機器の重量の増大及び大型化を招いてしまうことになる。よって、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制が図られ、且つ、制御安定性の確保と発熱の抑制とをバランスよく両立することができるモータ駆動制御装置の実現が望まれる。
【０００９】
上記に対し、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われることで、スイッチング動作を行うスイッチング素子の数を減らし、スイッチング素子損失の削減による発熱の抑制を図ることが考えられる。しかしながら、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる場合、三相交流モータの動作点が低回転速度或いは低トルクの動作領域においては、安定した回転状態の保持が困難となり易い。即ち、上記の動作領域においては、三相インバータ回路における一相のオンオフ状態を順番に固定して他の二相のオンオフ状態を変調させる場合に、適切な順序によるスイッチング固定相の切り替えが行われず、相電流の急変等が発生し、安定した回転状態の保持が困難となる場合が生じる。
【００１０】
上記の問題点に対し、特許文献２においては、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが用いられたモータ駆動制御装置が開示されている。より具体的には、特許文献２のモータ駆動制御装置における二相変調電圧指令値発生手段には、固定モード記憶手段、固定モード変更順序記憶手段、固定モード算出手段、変更順序判断手段、二相変調電圧指令値算出手段によって構成される複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが用いられた構成が設けられている。
【００１１】
これに対し、とくに、特許文献１のような用途で航空機に設置される機器を駆動するモータの駆動制御に用いられるモータ駆動制御装置（航空機搭載用モータ駆動制御装置）においては、低回転速度或いは低トルクの動作領域で三相交流モータの運転状態を制御することが少ない一方、制御安定性の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立できることが望まれる。更に、特許文献２に開示されたような、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを両立できるモータ駆動制御装置が望まれる。
【００１２】
本発明は、上記実情に鑑みることにより、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる、航空機搭載用モータ駆動制御装置を提供することを目的とする。また、その航空機搭載用モータ駆動制御装置を備える航空機アクチュエータの油圧システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明のある局面に係る航空機搭載用モータ駆動制御装置は、航空機に設置された機器を駆動するために当該航空機に搭載された三相交流モータを駆動し当該三相交流モータの運転状態を制御する、航空機搭載用モータ駆動制御装置に関する。そして、本発明のある局面に係る航空機搭載用モータ駆動制御装置は、スイッチング素子を有して前記三相交流モータを駆動する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行う制御器と、を備え、前記制御器は、前記三相交流モータに印加する電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成する三相変調電圧指令値生成部と、前記電圧指令値として、前記三相インバータ回路における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させる二相変調電圧指令値を生成する二相変調電圧指令値生成部と、前記三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかの値として判定対象となる判定値に基づいて、前記三相変調電圧指令値及び前記二相変調電圧指令値の一方から他方に前記電圧指令値を切り替えて設定するための電圧指令切替部と、前記三相変調電圧指令値或いは前記二相変調電圧指令値として生成された前記電圧指令値に基づいて前記三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記三相インバータ回路に出力するＰＷＭ信号出力部と、を含み、前記電圧指令切替部は、前記三相交流モータが回転を開始して以降最初に前記判定値が所定の第１閾値に達するまでの間は前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に設定し、前記判定値が前記第１閾値以上となったときには前記電圧指令値を前記二相変調電圧指令値に切り替え、前記判定値が前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値未満となったときには前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に切り替える。
【００１４】
この構成によると、電圧指令切替部の作動により、三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかに関する判定値に基づき、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値が切り替えられて設定される。そして、電圧指令切替部は、運転開始後最初に判定値が第１閾値に達するまでは電圧指令値を三相変調電圧指令値に設定し、判定値が第１閾値以上となったときは電圧指令値を二相変調電圧指令値に切り替え、判定値が第１閾値よりも小さい第２閾値未満となったときには電圧指令値を三相変調電圧指令値に切り替える。このため、運転開始後の僅かな時間の領域である低回転速度或いは低トルクの動作領域の間においては、モータ駆動制御装置によって、いわゆる３アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる。しかし、判定値が第１閾値に達すると、電圧指令値が二相変調電圧指令値に切り替えられて設定される。そして、その後、判定値が第２閾値未満とならない限りは、モータ駆動制御装置によって、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が継続して行われることになる。このため、スイッチング動作を行うスイッチング素子の数を減らし、スイッチング素子損失の削減による発熱の抑制が図られることになる。また、とくに、航空機において特許文献１に示されるような用途で設置された機器を駆動する三相交流モータの駆動制御に用いられるモータ駆動制御装置においては、低回転速度或いは低トルクの動作領域で三相交流モータの運転状態を制御することが少ないため、一旦三相交流モータの運転が開始されて以降の大半の運転状態においては、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われることになる。この場合、大半の運転状態において、スイッチング動作を行うスイッチング素子の数を減らし、スイッチング素子損失の削減による発熱の抑制が図られることになる。このように、上記の構成によると、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる。また、三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかに関する判定値に基づき、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値が切り替えられて設定される簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とが高い次元でバランスよく両立されることになる。即ち、特許文献２に開示されたような複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要となる。
【００１５】
従って、上記の構成によると、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる、航空機搭載用モータ駆動制御装置を提供することができる。
【００１６】
また、上記の航空機搭載用モータ駆動制御装置において、前記電圧指令切替部は、前記三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値から前記二相変調電圧指令値に切り替えることが好ましい。
【００１７】
この構成によると、三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられる。このため、電圧指令値を三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替える際における波形歪を発生し難くすることができ、瞬時過電流の発生及び電磁干渉（EMI：Electro-Magnetic Interference）の発生を抑制することができる。
【００１８】
また、上記目的を達成するための本発明のある局面に係る航空機アクチュエータの油圧システムは、航空機に設置された可動機構を駆動する油圧作動式のアクチュエータを有するとともに当該アクチュエータに対して圧油を供給する、航空機アクチュエータの油圧システムに関する。そして、本発明のある局面に係る航空機アクチュエータの油圧システムは、前記航空機の機体側に設置された油圧源である機体側油圧源からの圧油が供給されることで作動し、前記可動機構を駆動する前記アクチュエータと、前記機体側油圧源の機能の喪失又は低下が発生したときに前記アクチュエータに対して圧油を供給可能なバックアップ用油圧ポンプと、前記バックアップ用油圧ポンプを駆動する三相交流モータと、前記バックアップ用油圧ポンプを駆動するために前記航空機に搭載された前記三相交流モータを駆動し当該三相交流モータの運転状態を制御する、航空機搭載用モータ駆動制御装置と、を備え、前記航空機搭載用モータ駆動制御装置は、スイッチング素子を有して前記三相交流モータを駆動する三相インバータ回路と、前記三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行う制御器と、を備え、前記制御器は、前記三相交流モータに印加する電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成する三相変調電圧指令値生成部と、前記電圧指令値として、前記三相インバータ回路における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させる二相変調電圧指令値を生成する二相変調電圧指令値生成部と、前記三相交流モータの回転速度及びトルク電流成分のうちのいずれかの値として判定対象となる判定値に基づいて、前記三相変調電圧指令値及び前記二相変調電圧指令値の一方から他方に前記電圧指令値を切り替えて設定するための電圧指令切替部と、前記三相変調電圧指令値或いは前記二相変調電圧指令値として生成された前記電圧指令値に基づいて前記三相インバータ回路のパルス幅変調制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、当該ＰＷＭ信号を前記三相インバータ回路に出力するＰＷＭ信号出力部と、を含み、前記電圧指令切替部は、前記三相交流モータが回転を開始して以降最初に前記判定値が所定の第１閾値に達するまでの間は前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に設定し、前記判定値が前記第１閾値以上となったときには前記電圧指令値を前記二相変調電圧指令値に切り替え、前記判定値が前記第１閾値よりも小さい所定の第２閾値未満となったときには前記電圧指令値を前記三相変調電圧指令値に切り替える。
【００１９】
この構成によると、機体側油圧源の機能の喪失又は低下時であっても、バックアップ用油圧ポンプから圧油が供給されてアクチュエータを駆動することができる油圧システムが構築される。そして、その油圧システムにおいて、航空機に設置される機器としてのバックアップ用油圧ポンプを駆動する三相交流モータを駆動してその運転状態を制御するモータ駆動制御装置（航空機搭載用モータ駆動制御装置）が、前述した本発明のある局面に係る航空機搭載用モータ駆動制御装置と同様に構成される。よって、上記の構成によると、航空機搭載用モータ駆動制御装置を備える航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる。
【００２０】
また、上記の構成によると、モータ駆動制御装置において、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立できるため、三相交流モータの仕様を高回転速度及び高トルクの仕様に設定でき、三相交流モータの小型化及び軽量化を図ることができる。更に、これに伴い、バックアップ用油圧ポンプの小型化及び軽量化も図ることができる。
【００２１】
また、上記の航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、前記三相交流モータは、永久磁石が用いられた同期モータとして設けられ、前記三相交流モータの停止動作時には、前記航空機搭載用モータ駆動制御装置は、前記ＰＷＭ信号出力部から前記三相インバータ回路への前記ＰＷＭ信号の出力動作を停止して当該三相インバータ回路から前記三相交流モータへの電気エネルギーの供給を遮断し、当該三相交流モータをフリーラン停止させることが好ましい。
【００２２】
この構成によると、三相交流モータの停止動作時に三相交流モータがフリーラン停止されるため、モータ駆動制御装置においては、三相交流モータの停止動作時における減速制御が不要となる。よって、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われている状態から停止動作が行われる場合であっても、適切な順序によるスイッチング固定相の切り替えができずに安定した減速制御が不能となるような事態の発生がそもそも生じないことになる。また、三相交流モータが、永久磁石が用いられた同期モータとして構成されるため、フリーラン停止時には、機械的摩擦に加え、永久磁石の吸引力による電気的損失によって、短い時間で三相交流モータの回転が停止する。即ち、上記の同期モータの場合、永久磁石の吸引力がリラクタンストルクとして働き、通電されていなくても同期モータ内で損失として消費される。このため、上記の同期モータは、フリーラン停止時であっても、機械的摩擦による制動力のみしか作用しない誘導モータとは異なり、速やかに停止することになる。これにより、フリーラン停止時に三相交流モータが長時間に亘って停止しない状態が発生することを防止することができる。
【００２３】
また、上記の航空機アクチュエータの油圧システムにおいて、前記バックアップ用油圧ポンプは、可変容量式の油圧ポンプとして設けられ、前記判定値は、前記三相交流モータの回転速度の値であり、前記航空機搭載用モータ駆動制御装置は、前記三相交流モータの回転を開始させた後、当該三相交流モータを一定回転速度で回転させるように制御することが好ましい。
【００２４】
この構成によると、三相交流モータが一定回転速度で回転するように制御される。そして、三相交流モータからバックアップ用油圧ポンプに出力されるトルクが変動する場合であっても、可変容量式のバックアップ用油圧ポンプにおいてポンプ吐出流量が調整されることになる。このため、三相交流モータの運転が開始されて回転速度値としての判定値が第１閾値に達した後は、特段の状況変化が無い限り、２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる状態を継続することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によると、モータ駆動制御装置自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる、航空機搭載用モータ駆動制御装置を提供することができる。また、その航空機搭載用モータ駆動制御装置を備える航空機アクチュエータの油圧システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る航空機アクチュエータの油圧システムが設置された航空機の一部を示す模式図である。
【図２】図１に示す航空機アクチュエータの油圧システムを含む油圧回路を模式的に示す模式図である。
【図３】図２に示す航空機アクチュエータの油圧システムにおける航空機搭載用モータ駆動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】３アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる際の三相インバータ回路におけるスイッチング素子の切り替え処理について説明する模式図である。
【図５】２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる際の三相インバータ回路におけるスイッチング素子の切り替え処理について説明する模式図である。
【図６】３アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる際のＰＷＭ信号の生成処理について説明する模式図である。
【図７】２アーム制御方式による三相交流モータの駆動制御が行われる際のＰＷＭ信号の生成処理について説明する模式図である。
【図８】図３に示す航空機搭載用モータ駆動制御装置における処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態は、航空機に設置された機器を駆動するために当該航空機に搭載された三相交流モータを駆動し当該三相交流モータの運転状態を制御する、航空機搭載用モータ駆動制御装置、及びその航空機搭載用モータ駆動制御装置を含む航空機アクチュエータの油圧システムとして広く適用することができるものである。
【００２８】
図１は、本発明の一実施の形態に係る航空機アクチュエータの油圧システム１が設置された航空機１００の一部を示す模式図である。尚、図１は、航空機１００の機体１０１の後部の部分と一対の水平尾翼（１０２、１０２）とを図示したものであり、機体１０１の後部の垂直尾翼についての図示を省略している。また、図２は、航空機アクチュエータの油圧システム１を含む油圧回路を模式的に示す模式図である。
【００２９】
図１及び図２に示す航空機アクチュエータの油圧システム１は、航空機１００に設置された可動機構の一例としての動翼１０３を駆動する油圧作動式のアクチュエータ１１ａを有するとともにこのアクチュエータ１１ａに対して圧油を供給する油圧システムとして構成されている。尚、本実施形態において航空機アクチュエータの油圧システム１が適用される動翼１０３は、適用対象としての可動機構の例示である。航空機アクチュエータの油圧システム１は、動翼に限らず、動翼以外の他の可動機構に関して適用されてもよい。例えば、航空機アクチュエータの油圧システム１が、ランディングギア（降着装置）等の脚（航空機の機体を地上で支持する機構）として構成された可動機構に関して適用されてもよい。
【００３０】
また、図２に示すように、航空機アクチュエータの油圧システム１には、本発明の一実施の形態に係る航空機搭載用モータ駆動制御装置２が備えられている。航空機搭載用モータ駆動制御装置２は、航空機１００に設置された機器の一例としてのバックアップ用油圧ポンプ１２を駆動するために航空機１００に搭載された三相交流モータ１３を駆動しこの三相交流モータ１３の運転状態を制御するモータ駆動制御装置として構成されている。尚、本実施形態において航空機搭載用モータ駆動制御装置２が適用されるバックアップ用油圧ポンプ１２は、適用対象としての機器の例示である。航空機搭載用モータ駆動制御装置２は、バックアップ用油圧ポンプに限らず、バックアップ用油圧ポンプ以外の他の機器に関して適用されてもよい。例えば、航空機搭載用モータ駆動制御装置２が、動翼を駆動する電動アクチュエータ、或いは、ランディングギア等の脚などの機器に関して適用されてもよい。
【００３１】
以下の説明においては、まず、航空機アクチュエータの油圧システム１（以下、単に「油圧システム１」とも称する）について説明し、次いで、航空機搭載用モータ駆動制御装置２（以下、単に「モータ駆動制御装置２」とも称する）について説明する。
【００３２】
また、本実施形態においては、油圧システム１が適用される動翼１０３として、航空機１００における翼の例示である水平尾翼１０２に設けられた舵面であるエレベータ（昇降舵）としての動翼１０３を例にとって説明する。以下、動翼１０３について、エレベータ１０３とも称する。尚、油圧システム１の適用対象の可動機構である動翼としては、エレベータに加え、補助翼（エルロン）、方向舵（ラダー）等の舵面として構成される主操縦翼面、或いは、フラップ、スポイラー等として構成される二次操縦翼面が挙げられる。
【００３３】
航空機１００における一対の水平尾翼（１０２、１０２）には、航空機１００の舵面として構成された動翼であるエレベータ１０３がそれぞれ設けられている。そして、各水平尾翼１０２におけるエレベータ１０３は、図１に例示するように、複数（例えば、２つ）のアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）によって駆動されるように構成されている。各水平尾翼１０２の内部には、各エレベータ１０３を駆動するアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）と、そのうちの一方のアクチュエータ１１ａに対して圧油を供給するように構成されたバックアップ用油圧ポンプ１２とが設置されている。
【００３４】
本実施形態の油圧システム１は、アクチュエータ１１ａ、バックアップ用油圧ポンプ１２、三相交流モータ１３、モータ駆動制御装置２、等を備えて構成されている。そして、油圧システム１は、航空機１００における一対の水平尾翼（１０２、１０２）のそれぞれに対応して設けられている。即ち、各水平尾翼１０２に対して１つの油圧システム１が対応して設置されている。各油圧システム１に含まれるバックアップ用油圧ポンプ１２、三相交流モータ１３及びモータ駆動制御装置２は、各水平尾翼１０２の内部に設置されている。
【００３５】
また、本実施形態においては、一対の水平尾翼（１０２、１０２）のそれぞれに設置されるアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）及びバックアップ用油圧ポンプ１２は同様に構成されている。そして、各水平尾翼１０２にそれぞれ設置される油圧システム１も同様に構成されている。そこで、以下の説明においては、一方の水平尾翼１０２に設置されるアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）及びバックアップ用油圧ポンプ１２と、そのうちのアクチュエータ１１ａ及びバックアップ用油圧ポンプ１２を含む油圧システム１とについて説明する。そして、他方の水平尾翼１０２に設置されるアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）及びバックアップ用油圧ポンプ１２と、そのうちのアクチュエータ１１ａ及びバックアップ用油圧ポンプ１２を含む油圧システム１とについての説明を省略する。
【００３６】
図２は、一方の水平尾翼１０２に設けられたエレベータ１０３を駆動するアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）と、そのうちの一方のアクチュエータ１１ａを備えるとともにそのアクチュエータ１１ａに対して圧油を供給するように構成された油圧システム１とを含む油圧回路を示す油圧回路図として図示されている。この図２に示すように、アクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）のそれぞれは、シリンダ１４、ピストン１５ａが設けられたロッド１５、等を備え、シリンダ１４内がピストン１５ａによって２つの油室（１４ａ、１４ｂ）に区画されて構成されている。
【００３７】
そして、アクチュエータ１１ａのシリンダ１４における各油室（１４ａ、１４ｂ）は、制御弁１６ａを介して第１機体側油圧源１０４及びリザーバ回路１０６と連通可能に構成されている。一方、アクチュエータ１１ｂのシリンダ１４における各油室（１４ａ、１４ｂ）は、制御弁１６ｂを介して第２機体側油圧源１０５及びリザーバ回路１０７と連通可能に構成されている。尚、２つの油室（１４ａ、１４ｂ）は、シリンダ１４内においては連通していない。
【００３８】
第１機体側油圧源１０４及び第２機体側油圧源１０５のそれぞれは、圧油を供給する油圧ポンプを有し、互いに独立した系統として機体１０１側に（機体１０１の内部に）設置された油圧源として設けられている。そして、第１及び第２機体側油圧源（１０４、１０５）のそれぞれからの圧油が供給されることで、エレベータ１０３を駆動するアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）とエレベータ１０３以外の各舵面を駆動するアクチュエータ（図示省略）とが作動するように構成されている。
【００３９】
また、第１機体側油圧源１０４は、一方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ａと他方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ｂとに対して圧油を供給可能に接続されている。一方、第２機体側油圧源１０５は、一方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ｂと他方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ａとに対して圧油を供給可能に接続されている。
【００４０】
リザーバ回路１０６は、圧油として供給された後にアクチュエータ１１ａから排出される油（作動油）が流入して戻るタンク（図示省略）を有している。そして、リザーバ回路１０６は、第１機体側油圧源１０４に連通するように構成されている。また、リザーバ回路１０６から独立した系統として構成されるリザーバ回路１０７は、圧油として供給された後にアクチュエータ１１ｂから排出される油（作動油）が流入して戻るタンク（図示省略）を有している。そして、リザーバ回路１０７は、第１機体側油圧源１０４から独立した系統として構成される第２機体側油圧源１０５に連通するように構成されている。
【００４１】
尚、リザーバ回路１０６は、一方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ａと他方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ｂとに接続されている。更に、リザーバ回路１０６は、第１機体側油圧源１０４にも接続されている。これにより、リザーバ回路１０６に戻った油が第１機体側油圧源１０４で昇圧され、所定のアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）に供給される。一方、リザーバ回路１０７は、一方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ｂと他方の水平尾翼１０２に設置されたアクチュエータ１１ａとに接続されている。更に、リザーバ回路１０７は、第２機体側油圧源１０５にも接続されている。これにより、リザーバ回路１０７に戻った油が第２機体側油圧源１０５で昇圧され、所定のアクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）に供給される。
【００４２】
制御弁１６ａは、第１機体側油圧源１０４に連通する供給通路１０４ａ及びリザーバ回路１０６に連通する排出通路１０６ａと、アクチュエータ１１ａの油室（１４ａ、１４ｂ）との接続状態を切り替えるバルブ機構として設けられている。また、制御弁１６ｂは、第２機体側油圧源１０５に連通する供給通路１０５ａ及びリザーバ回路１０７に連通する排出通路１０７ａと、アクチュエータ１１ｂの油室（１４ａ、１４ｂ）との接続状態を切り替えるバルブ機構として設けられている。制御弁１６ａは、例えば、電磁切換弁として構成され、アクチュエータ１１ａの動作を制御するアクチュエータコントローラ１７ａからの指令信号に基づいて駆動される。また、制御弁１６ｂは、例えば、電磁切換弁として構成され、アクチュエータ１１ｂの動作を制御するアクチュエータコントローラ１７ｂからの指令信号に基づいて駆動される。
【００４３】
上記のアクチュエータコントローラ１７ａは、エレベータ１０３の動作を指令する上位のコンピュータであるフライトコントローラ１８からの指令信号に基づいてアクチュエータ１１ａを制御する。また、アクチュエータコントローラ１７ｂは、フライトコントローラ１８からの指令信号に基づいてアクチュエータ１１ｂを制御する。
【００４４】
また、前述した制御弁１６ａがアクチュエータコントローラ１７ａからの指令に基づいて切り替えられることで、供給通路１０４ａからシリンダ１４の油室（１４ａ、１４ｂ）の一方に圧油が供給され、油室（１４ａ、１４ｂ）の他方から排出通路１０６ａに油が排出される。これにより、シリンダ１４に対してロッド１５が変位し、エレベータ１０３が駆動される。尚、制御弁１６ｂについては、上述した制御弁１６ａと同様に構成されるため、説明を省略する。
【００４５】
バックアップ用油圧ポンプ１２は、斜板を有する可変容量式の油圧ポンプとして構成されている。そして、バックアップ用油圧ポンプ１２は、水平尾翼１０２の内部に設置され、エレベータ１０３を駆動する油圧作動式のアクチュエータ１１ａに対して圧油を供給するように構成されている。
【００４６】
また、バックアップ用油圧ポンプ１２は、その吸込み側が排出通路１０６ａに連通するように接続され、その吐出側が逆止弁１９を介して供給通路１０４ａに圧油を供給可能に連通するように接続されている。そして、バックアップ用油圧ポンプ１２は、第１機体側油圧源１０４における油圧ポンプの故障或いは油漏れ等によって第１機体側油圧源１０４の機能（圧油供給機能）の喪失又は低下が発生したときにアクチュエータ１１ａに対して圧油を供給可能な油圧ポンプとして設けられている。
【００４７】
また、供給通路１０４ａにおけるバックアップ用油圧ポンプ１２の吐出側が接続する箇所の上流側（第１機体側油圧源１０４側）には、アクチュエータ１１ａへの圧油の流れを許容してその逆方向の油の流れを規制する逆止弁２０が設けられている。そして、排出通路１０６ａにおけるバックアップ用油圧ポンプ１２の吸込み側が接続する箇所の下流側（リザーバ回路１０６側）には、アクチュエータ１１ａから排出された油の圧力が上昇した際にリザーバ回路１０６へ圧油を排出するリリーフ弁２１が設けられている。
【００４８】
また、上記のリリーフ弁２１には、供給通路１０４ａに連通するとともにバネが配置されたパイロット圧室が設けられている。供給通路１０４ａから供給される圧油の圧力が所定の圧力値よりも低下すると、パイロット圧油として供給通路１０４ａから上記のパイロット圧室に供給されている圧油の圧力（パイロット圧）も所定の圧力値より低下し、排出通路１０６ａがリリーフ弁２１によって遮断されることになる。第１機体側油圧源１０４の機能の喪失時又は低下時には、上述した逆止弁（１９、２０）及びリリーフ弁２１が設けられていることにより、アクチュエータ１１ａから排出された油がリザーバ回路１０６に戻ることなくバックアップ用油圧ポンプ１２で昇圧され、その昇圧された圧油がアクチュエータ１１ａに供給されることになる。
【００４９】
尚、バックアップ用油圧ポンプ１２は、前述のように、可変容量式の油圧ポンプとして構成されている。このため、後述するように、バックアップ用油圧ポンプ１２が所定の一定回転速度で回転しても、バックアップ用油圧ポンプ１２においては、斜板の角度が変更されて容量が変更されることで、アクチュエータ１１ａに対して供給される圧油の流量が制御されるように構成されている。
【００５０】
図２に示す三相交流モータ１３は、バックアップ用油圧ポンプ１２に対して、カップリングを介して連結され、このバックアップ用油圧ポンプ１２を駆動する電動モータとして構成されている。即ち、三相交流モータ１３は、航空機１００に設置された本実施形態の機器であるバックアップ用油圧ポンプ１２を駆動するために航空機１００に搭載された本実施形態の三相交流モータを構成している。
【００５１】
また、本実施形態では、三相交流モータ１３は、回転子に永久磁石が用いられた同期モータとして設けられている。尚、三相交流モータ１３は、同期モータとして構成されているため、固定子の回転磁界に対する回転子の回転速度の遅れであるすべりがある誘導モータとして構成される場合に比して、効率の向上を図ることができる。また、三相交流モータ１３は、同期モータとして構成されているため、後述するように、フリーラン停止時に、誘導モータとして構成される場合に比して、短い時間で回転を停止させることができる。
【００５２】
また、三相交流モータ１３には、その回転速度（回転数）を指標する回転角を検出する回転角センサ１３ａが設けられている。この回転角センサ１３ａは、例えば、ロータリーエンコーダ、レゾルバ、タコジェネレータ等によって構成されている。
【００５３】
次に、三相交流モータ１３を駆動しこの三相交流モータ１３の運転状態を制御する、本実施形態のモータ駆動制御装置２について説明する。図３は、モータ駆動制御装置２の構成を示すブロック図である。
【００５４】
図２及び図３に示すモータ駆動制御装置２は、その上位のコンピュータであるフライトコントローラ１８からの指令信号に基づいて、作動する。尚、フライトコントローラ１８は、エレベータ１０３等の動翼の作動を制御するコンピュータとして設けられるとともに、モータ駆動制御装置２に対して、三相交流モータ１３の回転速度を指令するための速度指令信号を含む各種指令信号を送信する。このフライトコントローラ１８からの速度指令信号に基づいて、三相交流モータ１３の運転状態が、モータ駆動制御装置２によって制御される。尚、フライトコントローラ１８は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、インターフェース等を備えて構成されている。
【００５５】
また、フライトコントローラ１８は、第１機体側油圧源１０４の吐出圧力又は供給通路１０４ａを通過する圧油の圧力を検知する圧力センサ（図示省略）に対して、その圧力センサで検知された圧力検知信号が入力されるように接続されている。そして、フライトコントローラ１８は、上記の圧力検知信号に基づいて、第１機体側油圧源１０４の機能の喪失又は低下を検知するように構成されている。
【００５６】
そして、フライトコントローラ１８にて第１機体側油圧源１０４の機能の喪失又は低下が検知されると、このフライトコントローラ１８からの指令信号に基づいて、モータ駆動制御装置２の制御により、三相交流モータ１３の運転が開始される。これにより、バックアップ用油圧ポンプ１２が作動し、アクチュエータ１１ａに対する圧油の供給が行われることになる。
【００５７】
また、フライトコントローラ１８からは、一定の回転速度で三相交流モータ１３を運転させる速度指令信号が送信される。上記の一定の回転速度の速度指令信号は、例えば、三相交流モータ１３をその定格回転速度で回転させるとともに、バックアップ用油圧ポンプ１２をその定格回転速度で回転させるための速度指令信号として構成されている。このため、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３の回転を開始させた後、三相交流モータ１３を一定回転速度で回転させるように制御する。そして、バックアップ用油圧ポンプ１２は、起動された後は、その定格仕様の一定の回転速度及びその近傍の回転速度で運転を継続することになる。
【００５８】
また、バックアップ用油圧ポンプ１２は、第１機体側油圧源１０４の機能の喪失又は低下が検知される際に加え、航空機１００が離陸する際及び着陸する際にも、起動される。即ち、航空機１００の離着陸の際、フライトコントローラ１８からの指令信号に基づくモータ駆動制御装置２の制御によって、三相交流モータ１３の運転が開始され、バックアップ用油圧ポンプ１２が起動される。例えば、航空機１００が離陸動作を開始するタイミングから巡航速度に達するまでの間と、航空機１００が着陸姿勢に入ったタイミングから着陸するまでの間とにおいて、バックアップ用油圧ポンプ１２の運転が行われる。この場合、離着陸段階で急激に第１機体側油圧源１０４の機能の喪失又は低下が生じても、既にバックアップ用油圧ポンプ１２が作動しているため安全な飛行を確保することができる。
【００５９】
図３に示すように、モータ駆動制御装置２は、ＤＣ電源（直流電源）２２、インバータ２３、制御器２４、等を備えて構成されている。尚、ＤＣ電源２２の代わりに、例えば、航空機１００の機体側に設置された交流電源から供給される交流を直流に整流して変換する整流器（コンバータ）が設けられていてもよい。
【００６０】
三相インバータ回路２３は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子を有し、制御器２４からの指令に基づいて、ＤＣ電源２２からの電力によって三相交流モータ１３を駆動するように構成されている。図４は、三相インバータ回路２３におけるスイッチング素子の概略構成について三相交流モータ１３及びＤＣ電源２２とともに示す模式図である。
【００６１】
図４に示すように、三相インバータ回路２３には、Ｕ相インバータ３７、Ｖ相インバータ３８、Ｗ相インバータ３９が設けられている。そして、Ｕ相インバータ３７には、上アーム側スイッチング素子３７ａ及び下アーム側スイッチング素子３７ｂが備えられている。また、Ｖ相インバータ３８には、上アーム側スイッチング素子３８ａ及び下アーム側スイッチング素子３８ｂが備えられている。また、Ｗ相インバータ３９には、上アーム側スイッチング素子３９ａ及び下アーム側スイッチング素子３９ｂが備えられている。
【００６２】
また、図３に示すように、三相インバータ回路２３と三相交流モータ１３とを接続する駆動線に流れる電流の電流値については、電流センサ２５にて検出され、制御器２４に入力されるように構成されている。
【００６３】
図３に示す制御器２４は、三相インバータ回路２３のパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）を行う制御回路として設けられている。この制御器２４は、フライトコントローラ１８から送信されて三相交流モータ１３の回転速度を指令する速度指令信号と、回転角センサ１３ａで検出された回転角検出値とに基づいて、三相交流モータ１３の回転速度を制御する。そして、制御器２４は、速度制御部２６、電流制御部２７、等を備えて構成されている。
【００６４】
速度制御部２６は、フライトコントローラ１８から送信されてモータ駆動制御装置２に入力される三相交流モータ１３の速度指令信号と、回転角センサ１３ａでの回転角検出値とに基づいて、三相交流モータ１３の回転速度のフィードバック制御を行うように構成されている。
【００６５】
電流制御部２７は、速度制御部２６による三相交流モータ１３の回転速度のフィードバック制御に基づいて、三相交流モータ１３に作用する負荷に応じ、三相交流モータ１３の電流を制御する。そして、電流制御部２７は、直流電圧指令生成部２８、電圧指令切替部２９、二相三相変換部３０、ＰＷＭ信号出力部３１、ｄｑ変換部３２、を備えて構成されている。
【００６６】
ｄｑ変換部３２は、電流センサ２５で検出された電流検出値を励磁電流成分及びトルク電流成分に変換して出力する。即ち、ｄｑ変換部３２は、電流センサ２５で検出されたＵ相電流値、Ｖ相電流値及びＷ相電流値から励磁電流成分及びトルク電流成分を演算し、その演算結果としての励磁電流成分及びトルク電流成分を出力する。
【００６７】
直流電圧指令生成部２８は、速度制御部２６からの指令信号と、ｄｑ変換部３２から入力される三相交流モータ１３の励磁電流成分及びトルク電流成分と、回転角センサ１３ａで検出された回転角検出値とに基づいて、直流電圧指令を生成する。即ち、直流電圧指令生成部２８は、ｄ軸電圧指令（電機子電圧のｄ軸成分の指令）とｑ軸電圧指令（電機子電圧のｑ軸成分の指令）とを生成する。
【００６８】
二相三相変換部３０は、二相変調電圧指令値生成部３３と三相変調電圧指令値生成部３４とを備えて構成されている。そして、二相三相変換部３０は、直流電圧指令生成部２８で生成されたｄ軸電圧指令及びｑ軸電圧指令と、回転角センサ１３ａで検出された回転角検出値とに基づいて、三相交流モータ１３に印加する電圧指令値を生成する。また、二相三相変換部３０は、後述する電圧指令切替部２９による設定に基づいて、三相交流モータ１３に印加する電圧指令値を生成する。
【００６９】
三相変調電圧指令値生成部３４は、三相交流モータ１３に印加する電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成する。一方、二相変調電圧指令値生成部３３は、三相交流モータ１３に印加する電圧指令値として、三相インバータ回路２３における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定させるとともに他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態を変調させる二相変調電圧指令値を生成する。また、三相変調電圧指令値生成部３４は、電圧指令切替部２９によって電圧指令値として三相変調電圧指令値を生成するように設定されたときにのみ、三相変調電圧指令値を生成する。そして、二相変調電圧指令値生成部３３は、電圧指令切替部２９によって電圧指令値として二相変調電圧指令値を生成するように設定されたときにのみ、二相変調電圧指令値を生成する。
【００７０】
電圧指令切替部２９は、三相交流モータ１３の回転速度の値として判定対象となる判定値に基づいて、上記の三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値を切り替えて設定するために設けられている。そして、電圧指令切替部２９は、切替設定部３５、切替判定部３６を有している。
【００７１】
切替判定部３６は、上記の判定値と所定の第１閾値及び第２閾値とを比較し、上記の判定値が所定の第１閾値以上であるか或いは所定の第２閾値未満であるかを判定する。また、切替設定部３５は、切替判定部３６による判定結果に基づいて、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値を切り替えて設定する。
【００７２】
更に具体的には、電圧指令切替部２９は、三相交流モータ１３が起動されて回転を開始して以降最初に上記の判定値が所定の第１閾値に達するまでの間は電圧指令値を三相変調電圧指令値に設定する。即ち、回転角センサ１３ａによって検出される三相交流モータ１３の回転速度の値としての判定値（以下、「モータ回転数」とも称する）が、三相交流モータ１３の起動後最初に第１閾値（以下、「２アーム選択速度」とも称する）に達したと切替判定部３６によって判定されるまでは、切替設定部３５によって電圧指令値が三相変調電圧指令値に設定されている。尚、２アーム選択速度は、例えば、三相交流モータ１３及びバックアップ用油圧ポンプ１２の定格回転速度と同じ速度に、或いは、三相交流モータ１３及びバックアップ用油圧ポンプ１２の定格回転速度よりも少し小さい速度に設定される。
【００７３】
そして、判定値であるモータ回転数が第１閾値以上（２アーム選択速度以上）となったと切替判定部３６によって判定されたときには、切替設定部３５によって電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられるように設定される。更に、判定値であるモータ回転数が２アーム選択速度よりも小さい所定の第２閾値（以下、「３アーム選択速度」とも称する）未満となったと切替判定部３６によって判定されたときには、切替設定部３５によって電圧指令値が二相変調電圧指令値から三相変調電圧指令値に切り替えられるように設定される。尚、３アーム選択速度は、例えば、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が誤動作なく実行される大きさの電圧指令値が得られる最低速度、或いは、その最低速度よりも少し大きい速度に設定される。
【００７４】
図４は、電圧指令切替部２９によって電圧指令値が三相変調電圧指令値に切り替えられるように設定された際、即ち、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる際の三相インバータ回路２３におけるスイッチング素子の切り替え処理について説明する模式図である。電圧指令値が三相変調電圧指令値に設定されている状態では、図４に示すように、Ｕ相インバータ３７、Ｖ相インバータ３８、及びＷ相インバータ３９の三相全てのスイッチング素子（３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）のオンオフ状態が常時切り替えられる。
【００７５】
図５は、電圧指令切替部２９によって電圧指令値が二相変調電圧指令値に切り替えられるように設定された際、即ち、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる際の三相インバータ回路２３におけるスイッチング素子の切り替え処理について説明する模式図である。電圧指令値が二相変調電圧指令値に設定されている状態では、図４に示すように、Ｕ相インバータ３７、Ｖ相インバータ３８、及びＷ相インバータ３９の三相のうち一相のスイッチング素子のオンオフ状態が順番に常時固定され、他の二相のスイッチング素子のオンオフ状態が常時切り替えられる。
【００７６】
尚、図５では、Ｕ相インバータ３７が、スイッチング素子（３７ａ、３７ｂ）のオンオフ状態が固定されたスイッチング固定相として設定され、Ｖ相インバータ３８及びＷ相インバータ３９のスイッチング素子（３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）のオンオフ状態が常時切り替えられる状態が、模式的に図示されている。また、図５では、Ｕ相インバータ３７において、上アームスイッチング素子３７ａが常時オン状態で固定され、下アームスイッチング素子３７ｂが常時オフ状態で固定された状態が模式的に図示されている。
【００７７】
また、電圧指令切替部２９は、三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、即ち、相電圧の交差タイミングで、電圧指令値を三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えるように構成されている。例えば、Ｕ相インバータ３７及びＶ相インバータ３８の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミング、又は、Ｖ相インバータ３８及びＷ相インバータ３９の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミング、或いは、Ｗ相インバータ３９及びＵ相インバータ３７の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミング、において、電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられる。
【００７８】
ＰＷＭ信号出力部３１は、二相三相変換部３０にて生成された電圧指令値に基づいて三相インバータ回路２３のパルス幅変調制御を行うためのＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号を三相インバータ回路２３に出力する。即ち、ＰＷＭ信号出力部３１は、三相変調電圧指令値或いは二相変調電圧指令値として生成された電圧指令値に基づいて三相インバータ回路２３のパルス幅変調制御を行うためのＰＷＭ信号を生成して出力する。
【００７９】
図６は、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる際のＰＷＭ信号の生成処理について説明する模式図である。電圧指令値が三相変調電圧指令値に設定されている状態では、図６に例示するように、位相が１２０°ずつずれた正弦波としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値が、三相変調電圧指令部３４にて生成される。尚、図６では、Ｕ相電圧指令値は実線で、Ｖ相電圧指令値は破線で、Ｗ相電圧指令値は一点鎖線で図示されている。
【００８０】
一方、ＰＷＭ信号出力部３１は、所定のスイッチング周波数（キャリア周波数）の三角波としてのＰＷＭ搬送波（キャリア波）を生成する。そして、図６に示すように、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｕ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｕ相インバータ３７のスイッチング波形信号としてのＵ相ＰＷＭ信号を生成する。同様に、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｖ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｖ相インバータ３８のスイッチング波形信号としてのＶ相ＰＷＭ信号を生成する。更に、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｗ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｗ相インバータ３９のスイッチング波形信号としてのＷ相ＰＷＭ信号を生成する。これらのＰＷＭ信号に基づいて、三相インバータ回路２３における各相インバータ（３７、３８、３９）のスイッチング素子（３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）の切り替え処理が行われる。
【００８１】
図７は、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる際のＰＷＭ信号の生成処理について説明する模式図である。電圧指令値が二相変調電圧指令値に設定されている状態では、図７に例示するように、位相が１２０°ずつずれたＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値が、二相変調電圧指令部３３にて生成される。尚、図７では、Ｕ相電圧指令値は実線で、Ｖ相電圧指令値は破線で、Ｗ相電圧指令値は一点鎖線で図示されている。
【００８２】
そして、電圧指令値が二相変調電圧指令値に設定されている状態では、三相インバータ回路２３における一相のスイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定させるための電圧指令値が生成される。即ち、図７に例示するように、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相インバータ（３７、３８、３９）のスイッチング素子（３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）のオンオフ状態を順番に固定させるためのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値が、生成される。尚、図７では、Ｕ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値、及びＷ相電圧指令値において、スイッチング素子のオンオフ状態を固定するための指令部分を細い破線で囲んで示している。
【００８３】
一方、ＰＷＭ信号出力部３１は、所定のスイッチング周波数（キャリア周波数）の三角波としてのＰＷＭ搬送波（キャリア波）を生成する。そして、図７に示すように、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｕ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｕ相インバータ３７のスイッチング波形信号としてのＵ相ＰＷＭ信号を生成する。同様に、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｖ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｖ相インバータ３８のスイッチング波形信号としてのＶ相ＰＷＭ信号を生成する。更に、ＰＷＭ信号出力部３１は、Ｗ相電圧指令値とＰＷＭ搬送波との比較を行い、Ｗ相インバータ３９のスイッチング波形信号としてのＷ相ＰＷＭ信号を生成する。
【００８４】
また、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各電圧指令値には、スイッチング素子のオンオフ状態を順番に固定するための期間（スイッチング停止期間）の指令値がそれぞれ含まれている。このため、ＰＷＭ信号出力部３１にて生成されるＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各ＰＷＭ信号は、スイッチング停止期間においてスイッチング素子のオンオフ状態を固定する波形信号として構成される。尚、図７では、各ＰＷＭ信号におけるスイッチング停止期間について両端矢印で示している。
【００８５】
そして、電圧指令値が二相変調電圧指令値に設定されている状態においては、スイッチング停止期間を含む上記のＰＷＭ信号に基づいて、三相インバータ回路２３における各相インバータ（３７、３８、３９）のスイッチング素子（３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）の切り替え処理が行われる。
【００８６】
次に、３アーム制御方式と２アーム制御方式との切り替えを行って三相交流モータ１３の駆動制御を行うモータ駆動制御装置２における処理を図８に示すフローチャートに沿って説明する。
【００８７】
三相交流モータ１３を起動させるモータ起動指令信号がフライトコントローラ１８からモータ駆動制御装置２に送信されて入力されると、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３を起動させ、三相交流モータ１３の運転を開始させる（ステップＳ１０１）。そして、フライトコントローラ１８から送信された一定の回転速度（三相交流モータ１３の定格回転速度）の速度指令信号に基づいて、その回転速度に達するまで、例えば、数秒程度、三相交流モータ１３の加速制御が行われる（ステップＳ１０２）。
【００８８】
三相交流モータ１３の加速制御が開始された際は、三相変調電圧指令値として生成された電圧指令値に基づくＰＷＭ信号が、三相インバータ回路２３に出力される。これにより、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる（ステップＳ１０２）。そして、モータ回転数（三相交流モータ１３の回転速度の値としての判定値）が２アーム選択速度（第１閾値）以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０３）。モータ回転数が２アーム選択速度未満である場合（ステップＳ１０３、Ｎｏ）、即ち、モータ回転数が２アーム選択速度に達するまでは、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる（ステップＳ１０２）。
【００８９】
モータ回転数が２アーム選択速度以上である場合（ステップＳ１０３、Ｙｅｓ）は、三相交流モータ１３の制御状態が、加速制御から、三相交流モータ１３の定格回転速度での定速制御に移行したか否かが判定される（ステップＳ１０４）。そして、三相交流モータ１３の制御状態が定速制御に移行していない場合（ステップＳ１０４、Ｎｏ）は、ステップＳ１０２及びステップＳ１０３の処理が繰り返される。
【００９０】
一方、三相交流モータ１３の制御状態が定速制御に移行した場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）は、電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられる。即ち、モータ回転数が２アーム選択速度以上であって（ステップＳ、Ｙｅｓ）、三相交流モータ１３の制御状態が定速制御に移行した場合（ステップＳ１０４、Ｙｅｓ）は、二相変調電圧指令値として生成された電圧指令値に基づくＰＷＭ信号が、三相インバータ回路２３に出力される。これにより、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる（ステップＳ１０５）。尚、ステップＳ１０４の処理は、必ずしも実行されなくてもよい。
【００９１】
２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が開始されると、モータ回転数が３アーム選択速度（第２閾値）未満であるか否かが判定される（ステップＳ１０６）。モータ回転数が３アーム選択速度以上である場合（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、次いで、フライトコントローラ１８から送信される指令信号であって三相交流モータ１３の運転を停止させる停止指令信号がモータ駆動制御装置２に入力されているか否かが判定される（ステップＳ１０７）。停止指令信号の入力が無い場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）は、モータ回転数が３アーム選択速度以上である限り（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる（ステップＳ１０５）。
【００９２】
モータ駆動制御装置２に停止指令信号の入力がある場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）は、三相交流モータ１３の停止動作が行われる。この場合、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３の制御信号をオフの状態とし、全アームのスイッチング素子（３７ａ、３７ｂ、３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）の信号がオフの状態とする（ステップＳ１０８）。即ち、三相交流モータ１３の停止動作時には、モータ駆動制御装置２は、ＰＷＭ信号出力部３１から三相インバータ回路２３へのＰＷＭ信号の出力動作を停止してこの三相インバータ回路２３から三相交流モータ１３への電気エネルギーの供給を遮断する。これにより、三相交流モータ１３の停止動作時には、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３をフリーラン停止させる（ステップＳ１１０）。
【００９３】
一方、ステップＳ１０６において、モータ回転数が３アーム選択速度未満であると判定された場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）は、モータ駆動制御装置２及び三相交流モータ１３に異常が発生していないか否かが判断される（ステップＳ１０９）。異常発生の有無の判断としては、例えば、過電流の発生の有無の判断、或いは、異常温度上昇の発生の有無の判断が行われる。過電流の発生の有無の判断は、例えば、電流センサ２５による電流検出値に基づいて、モータ駆動制御装置２において判断される。また、異常温度上昇の有無の判断は、例えば、モータ駆動制御装置２或いは三相交流モータ１３に取り付けられた温度センサ（図示省略）での検出結果に基づいて、モータ駆動制御装置２において判断される。
【００９４】
モータ駆動制御装置２及び三相交流モータ１３に異常が発生していないと判断された場合（ステップＳ１０９、Ｙｅｓ）は、電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられる。そして、二相変調電圧指令値として生成された電圧指令値に基づくＰＷＭ信号が、三相インバータ回路２３に出力される。これにより、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる（ステップＳ１０２）。電圧指令値が二相変調電圧指令値に切り替えられて２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が開始されると（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０３以降の処理が繰り返される。
【００９５】
一方、モータ駆動制御装置２及び三相交流モータ１３に異常が発生していると判断された場合（ステップＳ１０９、Ｎｏ）は、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３の制御信号をオフの状態とする（ステップＳ１０８）。即ち、モータ駆動制御装置２は、ＰＷＭ信号の出力動作を停止して三相インバータ回路２３から三相交流モータ１３への電気エネルギーの供給を遮断する。これにより、モータ駆動制御装置２は、三相交流モータ１３をフリーラン停止させる（ステップＳ１１０）。
【００９６】
以上説明したように、モータ駆動制御装置２によると、電圧指令切替部２９の作動により、三相交流モータ１３の回転速度に関する判定値（モータ回転数）に基づき、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値が切り替えられて設定される。そして、電圧指令切替部２９は、運転開始後最初に判定値が第１閾値（２アーム選択速度）に達するまでは電圧指令値を三相変調電圧指令値に設定し、判定値が第１閾値以上となったときは電圧指令値を二相変調電圧指令値に切り替え、判定値が第１閾値よりも小さい第２閾値（３アーム選択速度）未満となったときには電圧指令値を三相変調電圧指令値に切り替える。このため、運転開始後の僅かな時間の領域である低回転速度の動作領域の間においては、モータ駆動制御装置２によって、３アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる。しかし、判定値が第１閾値に達すると、電圧指令値が二相変調電圧指令値に切り替えられて設定される。そして、その後、判定値が第２閾値未満とならない限りは、モータ駆動制御装置２によって、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が継続して行われることになる。
【００９７】
また、航空機１００に設置された機器であるバックアップ用油圧ポンプ１２を駆動する三相交流モータ１３の駆動制御に用いられるモータ駆動制御装置２においては、低回転速度の動作領域で三相交流モータ１３の運転状態を制御することが少ないため、一旦三相交流モータ１３の運転が開始されて以降の大半の運転状態においては、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われることになる。このため、大半の運転状態において、スイッチング動作を行うスイッチング素子の数を減らし、スイッチング素子損失の削減による発熱の抑制が図られることになる。これにより、モータ駆動制御装置２自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる。また、三相交流モータ１３の回転速度に関する判定値に基づき、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値が切り替えられて設定される簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とが高い次元でバランスよく両立されることになる。即ち、特許文献２に開示されたような複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要となる。
【００９８】
従って、本実施形態によると、モータ駆動制御装置２自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる、航空機搭載用モータ駆動制御装置２を提供することができる。
【００９９】
また、モータ駆動制御装置２によると、三相変調電圧指令値における三相のうちの二相の電圧指令値の電圧差がゼロとなるタイミングで、電圧指令値が三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替えられる。このため、電圧指令値を三相変調電圧指令値から二相変調電圧指令値に切り替える際における波形歪を発生し難くすることができ、瞬時過電流の発生及び電磁干渉（EMI：Electro-Magnetic Interference）の発生を抑制することができる。
【０１００】
また、航空機アクチュエータの油圧システム１によると、機体側油圧源（１０４、１０５）の機能の喪失又は低下時であっても、バックアップ用油圧ポンプ１２から圧油が供給されてアクチュエータ１１ａを駆動することができる油圧システム１が構築される。そして、その油圧システム１において、航空機１００に設置される機器としてのバックアップ用油圧ポンプ１２を駆動する三相交流モータ１３を駆動してその運転状態を制御するモータ駆動制御装置２が、上述した効果を奏する。よって、本実施形態によると、油圧システム１において、モータ駆動制御装置２自体の発熱の抑制を図ることができ、且つ、スイッチング固定相を適切に切り替えるための複雑な制御アルゴリズム及び制御パラメータが不要な簡素な構成によって、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立することができる。
【０１０１】
また、油圧システム１によると、モータ駆動制御装置２において、制御性能の確保と発熱の抑制とを高い次元でバランスよく両立できるため、三相交流モータ１３の仕様を高回転速度の仕様に設定でき、三相交流モータ１３の小型化及び軽量化を図ることができる。更に、これに伴い、バックアップ用油圧ポンプ１２の小型化及び軽量化も図ることができる。
【０１０２】
また、油圧システム１によると、三相交流モータ１３の停止動作時に三相交流モータ１３がフリーラン停止されるため、モータ駆動制御装置２においては、三相交流モータ１３の停止動作時における減速制御が不要となる。よって、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われている状態から停止動作が行われる場合であっても、適切な順序によるスイッチング固定相の切り替えができずに安定した減速制御が不能となるような事態の発生がそもそも生じないことになる。また、三相交流モータ１３が、永久磁石が用いられた同期モータとして構成されるため、フリーラン停止時には、機械的摩擦に加え、永久磁石の吸引力による電気的損失によって、短い時間で三相交流モータの回転が停止する。即ち、上記の同期モータの場合、永久磁石の吸引力がリラクタンストルクとして働き、通電されていなくても同期モータ内で損失として消費される。このため、上記の同期モータは、フリーラン停止時であっても、機械的摩擦による制動力のみしか作用しない誘導モータとは異なり、速やかに停止することになる。これにより、フリーラン停止時に三相交流モータ１３が長時間に亘って停止しない状態が発生することを防止することができる。
【０１０３】
また、油圧システム１によると、三相交流モータ１３が一定回転速度で回転するように制御される。そして、三相交流モータ１３からバックアップ用油圧ポンプ１２に出力されるトルクが変動する場合であっても、可変容量式のバックアップ用油圧ポンプ１２においてポンプ吐出流量が調整されることになる。このため、三相交流モータ１３の運転が開始されて回転速度値としての判定値が第１閾値に達した後は、特段の状況変化が無い限り、２アーム制御方式による三相交流モータ１３の駆動制御が行われる状態を継続することができる。
【０１０４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができる。例えば、次のように変更して実施することができる。
【０１０５】
（１）上述の実施形態では、モータ駆動制御装置によって駆動制御が行われる三相交流モータが駆動する機器として、バックアップ用油圧ポンプを例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、バックアップ用油圧ポンプ以外の機器を駆動する三相交流モータの駆動制御を行うモータ駆動制御装置が実施されてもよい。
【０１０６】
例えば、機体側油圧源の油圧ポンプがモータによって駆動される電動式の油圧ポンプとして構成されている場合に、航空機に設置される機器としての上記油圧ポンプを駆動する三相交流モータの駆動制御を行うモータ駆動制御装置が実施されてもよい。また、動翼を駆動するアクチュエータが電動アクチュエータとして構成されている場合に、航空機に設置される機器としての電動アクチュエータを駆動する三相交流モータの駆動制御を行うモータ駆動制御装置が実施されてもよい。また、航空機に設置される機器としてのランディングギア等の脚を駆動する三相交流モータの駆動制御を行うモータ駆動制御装置が実施されてもよい。
【０１０７】
（２）上述の実施形態では、油圧システムにおけるアクチュエータによって駆動される可動機構として、動翼を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。即ち、油圧システムにおけるアクチュエータが動翼以外の可動機構を駆動する形態が実施されてもよい。例えば、油圧システムにおけるアクチュエータが、航空機に設置された可動機構としてのランディングギア等の脚を駆動する形態が実施されてもよい。
【０１０８】
（３）上述の実施形態では、電圧指令切替部が、三相交流モータの回転速度の値として判定対象となる判定値に基づいて、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値を切り替えて設定する形態を例にとって説明したが、この通りでなくてもよい。三相交流モータのトルク電流成分の値として判定対象となる判定値に基づいて、三相変調電圧指令値及び二相変調電圧指令値の一方から他方に電圧指令値を切り替えて設定するための電圧指令切替部が設けられた形態が実施されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０９】
本発明は、航空機に設置された機器を駆動するために航空機に搭載された三相交流モータを駆動しこの三相交流モータの運転状態を制御する、航空機搭載用モータ駆動制御装置、及び、航空機搭載用モータ駆動制御装置を備える、航空機アクチュエータの油圧システムとして、広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１０】
２                      航空機搭載用モータ駆動制御装置
１２                    バックアップ用油圧ポンプ（機器）
１３                    三相交流モータ
２３                    三相インバータ回路
２４                    制御器
２９                    電圧指令切替部
３１                    ＰＷＭ信号出力部
３３                    二相変調電圧指令値生成部
３４                    三相変調電圧指令値生成部
１００                  航空機
【図１】
0006013031.tif 000002
【図２】
0006013031.tif 000003
【図３】
0006013031.tif 000004
【図４】
0006013031.tif 000005
【図５】
0006013031.tif 000006
【図６】
0006013031.tif 000007
【図７】
0006013031.tif 000008
【図８】
0006013031.tif 000009