(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体（１）に搭載された電気装置（４）に給電するとともにその電気装置の作動を電気的に制御する制御装置において、
前記回転体の支持軸の周囲に設けられてその回転体と一体に回転する電機子コイル（９）と、
前記支持軸を回転自在に支持する支持部材に設けられて前記電機子コイルと対向する複数の界磁コイル（１０）と、
前記界磁コイルへの給電状態を変化させるとともに、前記複数の界磁コイルに選択的に給電する通電制御手段（１１）と、
前記回転体の回転と前記界磁コイルの磁界とによって前記電機子コイルから出力される電力を前記電気装置に供給するとともに、前記出力電力の変化状態に基づいて前記電気装置の作動を制御する電気装置制御手段（１２）と、
を具えることを特徴とする、回転体上電気装置用制御装置。
【請求項２】
前記界磁コイルの前記支持軸周りの位置を移動させる界磁コイル移動手段をさらに具えることを特徴とする、請求項１記載の回転体上電気装置用制御装置。
【請求項３】
前記通電制御手段は、前記回転体の回転速度に応じて前記界磁コイルへの給電状態を変化させることを特徴とする、請求項１または２記載の回転体上電気装置用制御装置。
【請求項４】
前記通電制御手段は、入力された制御信号に応じて前記界磁コイルへ給電する電力を変調することを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載の回転体上電気装置用制御装置。
【請求項５】
前記回転体は、ヘリコプターのローター系（１）であり、
前記電気装置は、前記ローター系の各ローターブレード毎に設けられたフラップを電気的に作動させるフラップ駆動機構（４）であることを特徴とする、請求項１から４までの何れか記載の回転体上電気装置用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ヘリコプターのローター系の各ローターブレードに設けられたフラップを電気的に作動させるフラップ駆動機構等の、回転体に搭載された電気装置に給電するとともに、その電気装置の作動を電気的に制御する制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
回転体の一種であるヘリコプターのローター系の作動は通常、そのローター系の支持軸であるドライブシャフトの周囲に、互いに回転可能に連結されたアッパープレートとロワープレートとを持つスワッシュプレートを設けて、そのロワープレートを機体側に、アッパープレートを各ローターブレードに、それぞれリンクを介して連結し、機体側からのロワープレートの操作で各ローターブレードに回転位相に応じた一回転に一回の周期的なピッチ角変化（サイクリックピッチ）や回転位相にかかわらない全体的なピッチ角変化（コレクティブピッチ）を与えることで機械的に制御している。
【０００３】
しかしながら、上記のようにスワッシュプレートおよびリンクによってローター系の作動を全て機械的に制御する場合には、それらスワッシュプレートおよびリンクの構造が必然的に複雑になることから、製造費用が嵩むとともに確実に作動させるための維持費用も嵩むという問題がある。
【０００４】
また最近の研究では、ヘリコプターの騒音の低減や振動の抑制、効率の改善等を図るため、ローター系の一回転内に数回の周期で各ローターブレード上のフラップやスポイラ等を電気的に作動させる高調波制御も提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記のように一回転内に数回の周期で作動させるフラップやスポイラ等の制御のためには、機体側からローター系に信号を送る必要があるのに対し、かかる場合の信号伝達に通用使用されるスリップリングは、ノイズが入りやすく、摩耗による性能低下も激しくて、信頼性に欠けるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は、電磁誘導を利用することで上記課題を有利に解決した制御装置を提供することを目的とするものであり、この発明の回転体上電気装置用制御装置は、回転体に搭載された電気装置に給電するとともにその電気装置の作動を電気的に制御する制御装置において、前記回転体の支持軸の周囲に設けられてその回転体と一体に回転する電機子コイルと、前記支持軸を回転自在に支持する支持部材に設けられて前記電機子コイルと対向する複数の界磁コイルと、前記界磁コイルへの給電状態を変化させるとともに、前記複数の界磁コイルに選択的に給電する通電制御手段と、前記回転体に搭載されて、その回転体の回転と前記界磁コイルの磁界とによって前記電機子コイルから出力される電力を前記電気装置に供給するとともに、前記出力電力の変化状態に基づいて前記電気装置の作動を制御する電気装置制御手段と、を具えることを特徴としている。
【０００７】
かかる制御装置にあっては、回転体の支持軸の周囲に設けられた電機子コイルがその回転体と一体に回転し、支持軸を回転自在に支持する支持部材に設けられた界磁コイルが、上記電機子コイルと対向するとともに通電制御手段から給電されて磁界を発生させ、通電制御手段が、界磁コイルへの給電状態を変化させることで界磁コイルの磁界発生状態を変化させて、その磁界による電磁誘導で電機子コイルが発電し出力する電力の状態を変化させ、そして回転体に搭載された電気装置制御手段が、回転体の回転によって電機子コイルから出力される電力を、回転体に搭載された、すなわち回転体上の電気装置に供給するとともに、上記出力電力の変化状態に基づいてその電気装置の作動を制御する。
【０００８】
従ってこの発明の制御装置によれば、回転体上の電気装置を、スリップリングを使用せずに、かつ機械的な制御機構も介さずに、支持部材を持つ構造体側から制御し得ることから、例えばヘリコプターのローター系の各ローターブレード上のフラップやスポイラ等を機体側から、スワッシュプレートおよびリンクによって機械的に制御するのでなく電気的に制御し得て、スワッシュプレートおよびリンクの機能を回転位相にかかわらない全体的なピッチ角変化（コレクティブピッチ）の付与に単能化することでその機械的な制御機構の構造を簡略化して製造費用および維持費用を低減させ得るとともに、ローターブレード上のフラップやスポイラ等を作動させる回転体上の電気装置を、支持部材を持つ構造体側から電気的に制御する際の、制御の信頼性を高めることができる。
【０００９】
さらに、この発明の制御装置によれば、前記界磁コイルを複数具え、前記通電制御手段が前記複数の界磁コイルに選択的に給電するので、周方向位置の異なる界磁コイルに給電するように給電対象の界磁コイルを変更することで、回転体の回転位相に基づく電気装置の周期的作動の位相をずらすことができ、また給電対象の界磁コイルの数を増減することで、電機子コイルの出力する電力を増減することができる。
【００１０】
なお、この発明の制御装置においては、前記界磁コイルの前記支持軸周りの位置を移動させる界磁コイル移動手段をさらに具えていても良い。このようにしても、回転体の回転位相に基づく電気装置の周期的作動の位相をずらすことができる。
【００１１】
さらに、この発明の制御装置においては、前記通電制御手段は、前記回転体の回転速度に応じて前記界磁コイルへの給電状態を変化させるものでもよい。このようにすれば、例えば回転体の回転速度が低い時は界磁コイルへの給電量を増やし、回転体の回転速度が高い時は界磁コイルへの給電量を減らすことで、電機子コイルから回転体上の電気装置に一定の電力を供給することができ、また例えば回転体の回転速度が低い時は界磁コイルへの給電量を減らし、回転体の回転速度が高い時は界磁コイルへの給電量を増やすことで、回転体上の電気装置に加わる負荷の増大に応じて給電量を増やすこともできる。
【００１２】
さらに、この発明の制御装置においては、前記通電制御手段は、入力された制御信号に応じて前記界磁コイルへ給電する電力を変調するものでも良い。このようにすれば、回転体の回転位相とかかわりなしに、任意に制御信号を、支持部材を持つ構造体側から回転体側の電気装置制御手段へ送って、回転体上の電気装置の作動を制御することができる。
【００１３】
そして、この発明の制御装置においては、前記回転体は、ヘリコプターのローター系であり、前記電気装置は、前記ローター系の各ローターブレード毎に設けられたフラップを電気的に作動させるフラップ駆動機構であっても良い。このようにすれば、上述したように、ヘリコプターのローター系の各ローターブレード上のフラップを機体側から、スワッシュプレートおよびリンクによって機械的に制御するのでなく電気的に制御し得て、スワッシュプレートおよびリンクの機能を回転位相にかかわらない全体的なピッチ角変化（コレクティブピッチ）の付与に単能化することでその機械的な制御機構の構造を簡略化して製造費用および維持費用を低減させ得るとともに、各ローターブレード上のフラップを作動させる電気装置を機体側から電気的に制御する際の、制御の信頼性を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、ヘリコプターのローター系上のフラップ駆動機構に適用した、この発明の回転体上電気装置用制御装置の一実施例の構成を模式的に示す略線図、また図２は、その実施例の制御装置の信号伝達系を示す構成図、そして図３（ａ），（ｂ）は、上記実施例の制御装置をローター系の上方から見た状態で模式的に示す略線図およびそのローター系のフラップ駆動機構を拡大して示す斜視図であり、図中符号１はヘリコプターの図示しない機体の上部に配置された、回転体としてのローター系、２はそのローター系のローターブレード、３は各ローターブレード２の後縁部に設けられたフラップ、４は各ローターブレード２の内部に搭載されてフラップ３を揺動駆動するフラップ駆動機構を構成する、電気装置としての電動駆動源（具体的には入出力軸が互いにオフセットした伝動機構付きの電気モーター）、５はローター系１の各ローターブレード２の基部を支持してそれらと一体に回転する支持軸、６は上記機体の上部に立設されて支持軸５を回転自在に支持する支持部材としてのマスト、７はそのマスト６内の上記支持軸５に駆動結合されて上記機体に搭載されたエンジンの出力を支持軸５に伝達する駆動軸、８は上記支持軸５の上端部に固定された気流整流用のドーム状のフエアリングをそれぞれ示す。
【００１５】
この実施例の回転体上電気装置用制御装置は、上記フラップ３用の電動駆動源４に対する給電および制御のためのもので、基本的には発電機と同様の構成を有しており、具体的には、図１〜図３に示すように、ローター系１の支持軸５の周囲に設けられてローター系１と一体に回転する電機子コイル９と、マスト６に設けられて上記電機子コイル７と対向するとともに電磁石を構成する界磁コイル１０と、上記機体側に搭載されてその界磁コイル１０への給電状態を変化させる通電制御手段としての通電コントローラ１１と、上記ローター系１のフエアリング８の内側に搭載されて、そのローター系１の回転および界磁コイル１０が発生させる磁界により電機子コイル９が電磁誘導で発電して出力する電力を各電動駆動源４に供給するとともに、その出力電力の変化状態に基づいて各電動駆動源４の作動を制御する、電気装置制御手段としての駆動源コントローラ１２と、を具えている。
【００１６】
ここで、界磁コイル１０は、支持軸５の周囲の電機子コイル９よりも多数設けられて、その電機子コイル９を囲繞するようにマスト６の周方向に等間隔に配置されており、通電コントローラ１１は、通常のマイクロコンピュータを具えていて、あらかじめ与えられたプログラムおよび当該ヘリコプターの図示しない操縦装置から入力されるフラップ制御信号に基づき、上記各界磁コイル１０への通電を独立に制御することで、作動させる界磁コイル１０の極数や電磁場の位相や磁場の強さを変化させることができるととともに、上記入力されたフラップ制御信号のうち所定のものを磁場の強さの変化に変換して、電機子コイル９が出力する電力中に含ませることができる。
【００１７】
またここで、電機子コイル９は、各電動駆動源４に対し一つまたは複数ずつ設けられて、支持軸５の周囲に周方向に等間隔に配置されており、駆動源コントローラ１２は、これも通常のマイクロコンピュータを具えるとともにローター系１の停止中のバックアップ用電池を具えていて、電機子コイル９が発電して出力する交流の電力を整流してその駆動源コントローラ１２自身および各電動駆動源４の電源とするとともに、あらかじめ与えられたプログラムおよび上述の如くして電機子コイル９の出力電力に含まれるフラップ制御信号に基づき、各電機子コイル９の出力電力の位相や強さに応じてその電機子コイル９に対応する電動駆動源４を作動させて、各フラップ３を図３（ｂ）中矢印で示すように揺動させる。
【００１８】
従ってこの実施例の制御装置によれば、回転体である、ヘリコプターのローター系１の、各ローターブレード２上のフラップ３を駆動する電動駆動源４を、ヘリコプターの機体側から、スワッシュプレートおよびリンクによって機械的に制御するのでなく、しかもスリップリングを使用することなしに、電気的に制御して、各フラップ３をそれが設けられたローターブレード２の位相角に応じて揺動させて一回転に一回の周期的なピッチ角変化（サイクリックピッチ）を与えることができるので、スワッシュプレートおよびリンクの機能を回転位相にかかわらない全体的なピッチ角変化（コレクティブピッチ）の付与に単能化することでその機械的な制御機構の構造を簡略化して製造費用および維持費用を低減させ得るとともに、ローターブレード２上のフラップ３を駆動する電動駆動源４を機体側から電気的に制御する際の、制御の信頼性を高めることができる。
【００１９】
しかもこの実施例の制御装置によれば、界磁コイル１０を複数具え、通電コントローラ１１がそれらの界磁コイル１０に選択的に給電するので、周方向位置の異なる界磁コイル１０に給電するように給電対象の界磁コイル１０を変更することで、ローター系１の回転位相に基づく電動駆動源４ひいてはフラップ３の周期的作動の位相をずらすことができ、また給電対象の界磁コイル１０の数を増減することで、電機子コイル９の出力する電力を増減することができる。
【００２０】
そしてこの実施例の制御装置によれば、通電コントローラ１１がローター系１の回転速度に応じて、回転速度が低い時は界磁コイル１０への給電量を増やし、回転速度が高い時は界磁コイル１０への給電量を減らすように界磁コイル１０への給電状態を変化させるので、ローター系１の回転速度にかかわらず、電機子コイル９から電動駆動源４に一定の電力を供給することができる。
【００２１】
さらにこの実施例の制御装置によれば、通電コントローラ１１が入力されたフラップ制御信号に応じて界磁コイル１０へ給電する電力を変調するので、ローター系１の回転位相とかかわりなしに、任意にフラップ制御信号を、機体側からローター系１の駆動源コントローラ１２へ送って、各フラップ３の、一回転に一回の周期的なピッチ角変化（サイクリックピッチ）の大きさを制御することができる。
【００２２】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、上記実施例では電気装置制御手段としてマイクロコンピュータを具える駆動源コントローラ１２を用いているが、電機子コイル９の出力電圧が一回転に一回の周期で正弦波変化するように界磁コイル１０に通電すれば、その電機子コイル９の出力電圧に基づき電気装置制御手段としてのアナログ制御回路で電気信号の振幅とフラップ３の作動角とが比例するように電動駆動源４の作動を制御しても、スワッシュプレートと同様にローター系１の一回転に一回の周期的なピッチ角変化（サイクリックピッチ）をフラップ３に与えることができる。
【００２３】
また、上記実施例では電動駆動源としての電気モーターでフラップを駆動しているためその電気モーターを制御対象の電気装置としているが、代わりにピエゾ素子を用いたアクチュエーターや電磁石を用いたリニアアクチュエーターでローターに設けたフラップやスポイラ等を駆動することとしてそれらのアクチュエーターを制御対象としても良い。
【００２４】
さらに、この発明の制御装置においては、界磁コイル１０の支持軸５周りの位置を機械的に移動させる、界磁コイル移動手段としての界磁コイル移動機構を具えていても良く、このようにしても、ローター系１の回転位相に基づく電動駆動源４の周期的作動の位相をずらすことができる。
【００２５】
さらに、この発明の制御装置においては、ローター系１の一回転に一回の周期的なピッチ角変化（サイクリックピッチ）はスワッシュプレートで発生させることとし、フラップ３には機体側からのフラップ制御信号により、全体的なピッチ角変化（コレクティブピッチ）に相当する揚力変化を生じさせる機能を持たせるようにしても良い。
【００２６】
さらに、この発明の制御装置においては、各ローターブレード２の先端部に、ローターブレード２が発生させた翼端渦を検出する圧力センサーを取り付けて、その圧力センサーの出力信号を駆動源コントローラ１２に入力し、その圧力センサーの出力信号から求めたローター系１の一回転に一回の周期的な各ローターブレード先端部の圧力変動に基づき駆動源コントローラ１２で、先行するローターブレード２が発生させた翼端渦との干渉を後行するローターブレード２が避けて翼端渦干渉（ＢＶＩ）騒音を低減させるように各ローターブレード２のフラップ３の作動を制御するようにしても良い。
【００２７】
そして、この発明の制御装置は、ヘリコプターのローター系のみならず、他の種類の回転体上の電気装置の制御にも適用し得て、上述したと同様の作用効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ヘリコプターのローター系上のフラップ駆動装置に適用した、この発明の回転体上電気装置用制御装置の一実施例の構成を示す略線図である。
【図２】  上記実施例の制御装置の信号伝達系を示す構成図である。
【図３】  （ａ）は、上記実施例の制御装置をローター系の上方から見た状態で模式的に示す略線図、（ｂ）は、そのローター系のフラップ駆動機構を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ローター系
２  ローターブレード
３  フラップ
４  電動駆動源
５  支持軸
６  マスト
７  駆動軸
８  フエアリング
９  電機子コイル
１０  界磁コイル
１１  通電コントローラ
１２  駆動源コントローラ
【図１】
0003927747.tif 000002
【図２】
0003927747.tif 000003
【図３】
0003927747.tif 000004