(57)【要約】【課題】本発明の課題は、装置の任意の位置に配置した複数のサーボモータをより効率的に運用するために、制御ユニットからサーボモータヘの配線を簡略化すること、充電端子から機体各所にある複数のサーボモータ用バッテリの充電を行う機能と、消耗したバッテリに充電しつつ当該サーボモータを駆動する機能と、更には非駆動時にモータ消費電力を抑制する機能を備えたサーボモータシステムを提供することにある。【解決手段】本発明のサーボモータシステムは、装置内の複数箇所にアクチュエータを配備したシステムにおいて、中央に制御ユニットと充電用バッテリを、各アクチュエータにはモータ電源となるバッテリをサーボモータ及びモータ制御部と一体化して内蔵したサーボモータユニットを設置するようにし、好ましい形態として中央の制御ユニットと各アクチュエータとは信号線とバッテリ充電用の供給線を兼用したラインで接続するようにした。【選択図】図１
2008206294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数箇所にアクチュエータを配備した装置において、中央に制御ユニットと充電用バッテリを、各アクチュエータにはモータ電源となるバッテリをサーボモータ及びモータ制御部と一体化して内蔵したサーボモータユニットを設置したサーボモータシステム。
【請求項２】
中央の制御ユニットと各アクチュエータとは信号線とバッテリ充電用の供給線を兼用したラインで接続されていることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータシステム。
【請求項３】
ラインは各アクチュエータにおいてモータ制御部に接続され、該モータ制御部にはトリガ信号の時間幅情報である制御信号を電圧値に関係なく抽出してサーボ駆動制御する保護回路を装備した請求項２に記載のサーボモータシステム。
【請求項４】
モータ制御部は、中央の制御ユニットからの制御信号を一定時間受信しなかった場合、サーボモータユニットをスリープモードに自動的に移行させる機能を備えたこと特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のサーボモータシステム。
【請求項５】
中央の制御ユニットは、各アクチュエータのバッテリ電圧をモニタする回路を備え、バッテリの充電が必要なときは制御信号を充電電圧に変調し充電電流と同時送信する変調回路を装備したものである請求項２乃至４のいずれかに記載のサーボモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数箇所にアクチュエータを配備した装置において、各アクチュエータのサーボモータを効果的に制御するサーボモータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の輸送機械用サーボモータは電源を外部から供給していた。近年のサーボモータの大出力化、大電流化に伴い太くなった配線の重量増加、太い電源配線を取り回す工程の複雑さ、取り回しによる機体の強度低下、内部構造の複雑化によるメンテナンス性の低下などが大型電動機の開発に問題となっていた。
電動自動車などの動力用モータに対しバッテリ、制御ユニットを近傍に配置する技術については支持構造の簡略化、電線の取回しや保守点検作業の簡素化を目的として特許文献１が既に提示されている。この発明は、車体フレームに走行用動力源としてのモータを有するパワーユニットを支持するとともに、パワーユニットの上方に近接してバッテリボックスを配設する。このバッテリボックスは複数のバッテリを収納するバッテリボックス本体と、そのバッテリボックス本体の上部開口を覆って内部に前記モータの制御ユニットを収納するカバー等の構成部材を備える。バッテリと制御ユニットとをバッテリボックスに一体的に配設したことにより、それらの車体への支持構造が簡略化されるばかりか、電線の取回しやモータ廻りの保守点検作業が容易になるというものである。
【０００３】
しかし航空機のように複数箇所にアクチュエータを配備した装置に上記技術を適用すると、機体の任意の位置にサーボモータが配置されることになるが、その場合、各サーボモータ用のバッテリに個別の充電を施さなければならないため運用に工夫が必要となる。図５に示すように航空機の左右の主翼にエルロンサーボを、後方に水平尾翼サーボと垂直尾翼サーボを配置した姿勢制御系を考えた場合、特に操舵用アクチュエータは高い信頼性が要求される。個別にバッテリを装備して駆動制御を行わせる際に個々のバッテリが枯渇してしまうようなことが起これば操舵不能となる危険性があり、万全の対策が求められる。
中央に充電用のバッテリなど電源を配置し、各アクチュエータのバッテリに給電する方式を採用しようとすると、中央と各アクチュエータ間を電力供給ケーブルと制御信号用の信号線で結ぶ必要があり、先の配線の重量増加、太い電源配線を取り回す工程の複雑さが問題となる。
【特許文献１】特開平５−１６１２２１号公報  「電動車両」  平成５年６月２５日公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、装置の任意の位置に配置した複数のサーボモータをより効率的に運用するために、制御ユニットからサーボモータヘの配線を簡略化すること、機体の一箇所に設置した充電端子から機体各所にある複数のサーボモータ用バッテリの充電を行う機能と、消耗したバッテリに充電しつつ当該サーボモータを駆動する機能と、更には非駆動時にモータ消費電力を抑制する機能を備えたサーボモータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のサーボモータシステムは、装置内の複数箇所にアクチュエータを配備したシステムにおいて、中央に制御ユニットと充電用バッテリを、各アクチュエータにはモータ電源となるバッテリをサーボモータ及びモータ制御部と一体化して内蔵したサーボモータユニットを設置するようにした。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態として中央の制御ユニットと各アクチュエータとは信号線とバッテリ充電用の供給線を兼用したラインで接続するようにした。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態としてラインは各アクチュエータにおいてモータ制御部に接続され、該モータ制御部にはトリガ信号の時間幅情報である制御信号を電圧値に関係なく抽出してサーボ駆動制御する保護回路を装備するようにした。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態としてモータ制御部は、中央の制御ユニットからの制御信号を一定時間受信しなかった場合、サーボモータユニットをスリープモードに自動的に移行させる機能を備えたるようにした。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態として中央の制御ユニットは、各アクチュエータのバッテリ電圧をモニタする回路を備え、バッテリの充電が必要なときは制御信号を充電電圧に変調し充電電流と同時送信する変調回路を装備するようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のサーボモータシステムは、装置内の複数箇所にアクチュエータを配備したシステムにおいて、中央に制御ユニットと充電用バッテリを、各アクチュエータにはモータ電源となるバッテリをサーボモータ及びモータ制御部と一体化して内蔵したサーボモータユニットを設置するようにしたものであるから、中央の制御ユニットから個々のアクチュエータをコンパクトな機構で独立して機能させることができる。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態として中央の制御ユニットと各アクチュエータとは信号線とバッテリ充電用の供給線を兼用したラインで接続するようにしたことにより、配線の簡略化が実現でき、機体軽量化、配線工程や保守点検作業の簡素化を達成することができた。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態としてラインは各アクチュエータにおいてモータ制御部に接続され、該モータ制御部には保護回路が備えられ、ラインの電圧値に関係なくトリガ信号の時間幅情報である制御信号を検出する機能を備えているので、充電中の高電圧から回路を保護して安全にモータ制御を行うことができる。
【０００７】
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態としてモータ制御部は、中央の制御ユニットからの制御信号を一定時間受信しなかった場合、サーボモータユニットをスリープモードに自動的に移行させる機能を備えたるようにしたので、無駄な電力消費を抑えることができバッテリの長期使用を可能にした。
本発明のサーボモータシステムは、好ましい形態として中央の制御ユニットは、各アクチュエータのバッテリ電圧をモニタする回路を備えているので、バッテリ切れによる不作動事故は回避でき、バッテリの充電なされているときでも制御信号を充電電圧に変調し充電電流と同時送信する変調回路を装備しているので、充電中であってもモータ駆動を行わせる制御信号の送信が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
機体の姿勢制御を行うためのシステムとしての本発明の実施形態を図１を参照しつつ説明する。図に示すように、このシステムでは左主翼に配置されたエルロンサーボＡ１，右主翼に配置されたエルロンサーボＡ２，水平尾翼に配置されたエレベータサーボＡ３，垂直尾翼に配置されたラダーサーボＡ４としてサーボモータユニット２をそれぞれ中央の制御ユニット１と細い１対のライン３で接続し一括して各機構部材の位置制御を行う形態を採用する。図２に示すようにこの制御ユニット１は制御回路11、充電回路12、変調回路13そしてモニタリング回路14を内蔵する。また、サーボモータユニット２はサーボモータ21、モータ制御部22そしてバッテリ23を内蔵し、制御信号線、充電電流路、充電量モニタ回線を兼用した２本のラインで接続するものとした。サーボモータユニット２の具体例を図３に示す。モータ駆動用のバッテリ23にはリチウム電池を採用し、モータ制御部22は制御ボードの形態でサーボモータユニット２のケース内に配置し、サーボモータ21の回転軸は減速歯車列24を介して回転出力部25を駆動する形態を採るものとした。ライン３を構成する２本のリード線の内、１本はアース線であり、他の１本に信号電圧と充電電圧が印加される。
【０００９】
次に、上記の実施態様例の動作について説明する。
制御ユニット１では駆動時に制御回路11が図４の(１)に示すようなパルスを制御信号としてライン３を介しサーボモータユニット２に送信する。この制御信号は基本的に０Ｖから５Ｖへの立ち上がりから立ち下がりまでのパルス幅が情報を担うものとなっており、具体的には１ｍｓ〜２ｍｓで位置情報が表される。すなわち、パルス幅が1.5ｍｓであるときは位置制御情報が０であり、それ以上の値であるときは正の方向であって、その値との差分に対応した量の位置情報を、それ以下の値であるときは負の方向であって、その値との差分に対応した量の位置情報を意味するものとされる。また、この制御パルスの間隔は20ｍｓ程度に設定される。
【００１０】
充電時には制御ユニット１からライン３を介して図４の(２)に示すような15Ｖの電圧で充電電流がサーボモータユニット２に供給される。この電圧はサーボモータユニット２のバッテリ23に送られ該バッテリを充電すると共に、制御部22にも送られるが、図示していない安全回路が15Ｖの高圧を受け、後述する機能によってこの高圧を後段に伝達することはない。このように共通のラインを通して送られる制御信号の電圧は５Ｖ、充電電流の電圧は15Ｖであるが、バッテリ23へ充電電流が送られている最中、制御信号はどのように伝達するかを図４の(３)を参照しながら説明する。本発明では前述したように制御信号は立ち上がりから立ち下がりまでのパルス幅が情報を担うものとなっており、パルスの電圧値は信号情報とは無関係である。このことから、充電時、すなわち、充電電流が流されているときには連続する15Ｖの電圧値の中で瞬時の立ち下がりパルスを入れる。この立ち下がりパルスは15Ｖから一瞬０Ｖに下がり直ぐに15Ｖに戻るパルスである。この時点から制御情報を示す時間幅をもってまた、立ち下がりパルスを入れる。このようにして２つの立ち下がりパルスの時間差が制御情報を伝える信号となる。充電に関しては瞬時の立ち下がりパルス２個分のロスが生じるが瞬時の充電中断であり、実質的なロスとはならない。
【００１１】
ライン３はモータ制御部22の安全回路にも接続されており、ここで送られてきた制御信号を受信する。この安全装置は受信する電圧値から立ち上がり又は立ち下がり信号を検出し、それをトリガ信号として作動するカウンタのような計時手段を備え、次の立ち上がり又は立ち下がり信号を検出するまでの時間幅を計測する。前述したように制御信号は１ｍｓ〜２ｍｓの時間幅で位置情報が示されたものであり、パルス幅が1.5ｍｓ以上であるときは正の方向であって、その値との差分に対応した量の位置情報を、またそれ以下の値であるときは負の方向であって、その値との差分に対応した量の位置情報を意味しているので、この安全装置は前記［計時手段の計測値−1.5ｍｓ］の値が正／負であることに応じたサーボモータ21の回転方向を示す信号と、値の絶対値に応じたサーボモータ21の回転変位量を示す信号を作って出力する。このように安全装置はライン３で送信されてくる電圧値を計時手段の作動開始トリガ信号として、また計測終了のトリガ信号として用いるだけであるから、その電圧値が０Ｖから５Ｖの立ち上がり信号であれ、５Ｖから０Ｖの立ち下がり信号であれ、15Ｖから０Ｖへの瞬時の立ち下がりパルスであれ、出力信号には影響が出ない。
【００１２】
本発明においては、バッテリの電力消費を抑え長持ちさせるためにサーボモータ21が駆動していないときはバッテリ23がサーボモータ21から接続を切る構成が採用されている。すなわち、サーボモータ21が作動されるときにはバッテリ23がサーボモータ21の電源端子に接続された状態とされているが、中央の制御ユニット１からの制御信号が所定時間経過しても入力されないときはサーボモータの非駆動時と判断しバッテリ23をサーボモータ21の電源端子からＯＦＦ状態とするスイッチング機構がモータ制御部22に備えられている。この状態の時でもバッテリの充電については影響されることなく行うことができることは自明である。また、バッテリ23の充電が必要であるか否かの判断はライン３を介して接続されている中央の制御ユニットに内蔵されているモニタリング回路14によってバッテリ23の電圧値が駆動時、非駆動時を問わず常にモニターされることで検知できる。充電が必要と判断されたときは、サーボチャージバッテリ４の両極端子が充電回路12と変調回路13を介してライン３に接続され、図４の(２)に示される15Ｖの電圧の充電電流がバッテリ23に供給される。また、この充電電流供給中に制御信号を送信する必要が生じたときは、制御回路11から変位情報が出力され、変調回路において図４の(３)に示されるように15Ｖの連続する電圧値に瞬時の立ち下がりパルスが重畳されてサーボモータユニット２に送信される。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本明細書では航空機の姿勢制御系に適用するものとして本発明を説明したが、本発明は航空機に限らず、船舶、自動車、ロボット産業において位置決め用アクチュエータとして広く適用が可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を航空機の姿勢制御系に適用した実施形態を示す図である。
【図２】本発明の中央制御ユニットと各アクチュエータとなるサーボモータユニットの接続構成を説明する図である。
【図３】本発明のサーボモータユニットの具体的構成例を示す図である。
【図４】ラインを介して中央制御ユニットから各アクチュエータへ送られる本発明の制御信号と充電電流の形態を説明する図である。
【図５】航空機の姿勢制御系に従来技術を適用したシステムを示す図である。
【符号の説明】
【００１５】
１  制御ユニット                      11  制御回路
12  充電回路                          13  変調回路
14  モニタリング回路                  ２  サーボモータユニット
21  サーボモータ                      22  モータ制御部
23  バッテリ                          24  歯車列
25  回転出力部                        ３  ライン
４  サーボチャージバッテリ            Ａ１  エルロンサーボ（左）
Ａ２  エルロンサーボ（右）            Ａ３  エレベータサーボ（水平尾翼）
Ａ４  ラダーサーボ（垂直尾翼）
【図１】
2008206294.tif 000003
【図２】
2008206294.tif 000004
【図３】
2008206294.tif 000005
【図４】
2008206294.tif 000006
【図５】
2008206294.tif 000007