(57)【要約】【課題】新規な電気機械式アクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータは複数のリニアモータを含み、リニアモータの各々によって駆動されるようキャリッジが各リニアモータへ作動可能に連結され、リニアモータの少なくとも一つによって駆動されるよう出力強制ロッドがリニアモータの少なくとも一つへ作動可能に連結される。また、出力強制ロッドの移動を測定するよう位置センサが出力強制ロッドへ作動可能に連結される。フライバイワイヤ・システムは複数の電気機械式アクチュエータを含み、各電気機械式アクチュエータが複数のリニアモータを含み、電気機械式アクチュエータの各々のリニアモータへ、飛行制御コンピュータが作動可能に連結される。フライバイワイヤ・システムは複数の液圧システムを含み、各液圧システムが、電気機械式アクチュエータの各々一つに作動可能に連結される。【選択図】図３Ａ
2016220524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリニアモータ、及び
前記リニアモータの各々によって駆動されるよう各リニアモータへ作動可能に連結されるキャリッジを含むアクチュエータ。
【請求項２】
各リニアモータがステータ及び強制マグネットを含み、各強制マグネットが前記キャリッジに固定連結される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記キャリッジが、前記アクチュエータを油圧システムへ連結するための締結具へ作動可能に連結されるレッグを含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
複数のブッシュを更に含み、各ブッシュが、前記キャリッジへの垂直支持及び水平支持を提供するよう該キャリッジと摺動関係にある、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記リニアモータ及び前記キャリッジを囲むハウジングを更に含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ハウジングが、前記キャリッジのレッグの直線運動を許容するための孔を含む、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記複数のリニアモータが三つのリニアモータを含む、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記キャリッジが複数のレッグを含み、各レッグが、前記リニアモータの各々一つに対応する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記キャリッジの絶対変位を測定するために該キャリッジ内に収納された複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を更に含み、各ＬＶＤＴが、前記リニアモータの各々一つに対応する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記キャリッジが複数のレッグを含み、各レッグが、前記リニアモータの各々一つに対応し、各レッグが、前記ＬＶＤＴの各々一つを収納する、請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
複数のリニアモータ、
前記リニアモータの少なくとも一つによって駆動されるよう該リニアモータの少なくとも一つへ作動可能に連結された出力強制ロッド、及び
前記出力強制ロッドの移動を測定するよう該出力強制ロッドへ作動可能に連結された位置センサを含むアクチュエータ。
【請求項１２】
各リニアモータが、ステータ及び強制マグネットを含み、前記強制マグネットの少なくとも一つが、前記出力強制ロッドを直線的に駆動するよう該出力強制ロッドへ作動可能に連結される、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記出力強制ロッドが、機械式液圧サーボアクチュエータの入力リンク機構へ取り付けるためのマウントを含む、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
複数のブッシュを更に含み、各ブッシュが、前記出力強制ロッドへの垂直支持及び水平支持を提供するよう該出力強制ロッドへ作動可能に連結される、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記リニアモータ及び前記出力強制ロッドを囲むハウジングを更に含む、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記ハウジングが、前記出力強制ロッドの直線運動を許容するための孔を含む、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記位置センサが、前記出力強制ロッドの絶対変位を測定するよう該出力強制ロッドへ作動可能に連結された、前記ハウジング内の複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を含む、請求項１５に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記出力強制ロッドへ作動可能に連結された航空機の飛行制御面を更に含む、請求項１１に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
各電気機械式アクチュエータが複数のリニアモータを含む、前記複数の電気機械式アクチュエータ、
前記電気機械式アクチュエータの各々のリニアモータへ作動可能に連結された飛行制御コンピュータ、及び
複数の液圧システムであって、前記液圧システムの各々が、前記電気機械式アクチュエータの各々一つに作動可能に連結されている、前記複数の液圧システム、
を含む、フライバイワイヤ・システム。
【請求項２０】
前記液圧システムの少なくとも一つへ作動可能に連結された航空機の飛行制御面を更に含む、請求項１９に記載のフライバイワイヤ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、アクチュエータに関し、特にフライバイワイヤ・システムのアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機のような車両は、一般的に、フライバイワイヤ式飛行制御システムを含む。そのようなシステムは、典型的に、飛行制御コンピュータと液圧システムとの連携のためのアクチュエータを含み、伝統的に、ギヤ式ボールスクリュ・アクチュエータが用いられている。これらのアクチュエータは、典型的に、永久磁石モータ、リゾルバ、ベアリング、多連ギヤ、ボールスクリュ及び再循環ボール・スプラインを含む。航空機飛行制御システムでは、アクチュエータのいずれか一つ、あるいは二つが故障した場合でも航空機を制御可能に維持するために、三重の重複性が必要とされる。従来のシステムでは、不良アクチュエータを分離させるために、機械式分断器、すなわちクラッチを用いる。これら追加の機械部品は、システムのサイズ、コスト及び複雑さを増大させるばかりでなく、故障のもう一つの原因となってしまう可能性がある。
【０００３】
そのような従来の方法及びシステムは、概して、意図された目的を満たしていると思われるが、アクチュエータ・システム及び方法を改善する技術の必要性は、未だに存在する。本開示は、この必要性への解決策を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一つのアクチュエータは複数のリニアモータを含み、各リニアモータには、リニアモータの各々によって駆動されるようキャリッジが作動可能に連結される。
【０００５】
各々のリニアモータはステータ及び強制マグネットを含んでもよく、各強制マグネットがキャリッジに固定連結されてもよい。キャリッジは、アクチュエータを液圧システムへ連結するための締結具に作動可能に連結されるレッグを含んでもよい。アクチュエータは複数のブッシュを含んでもよく、各ブッシュが、キャリッジへの垂直支持及び水平支持を提供するよう、キャリッジに対して摺動関係にあってもよい。アクチュエータは、また、リニアモータ及びキャリッジを包囲するハウジングを含んでもよく、このハウジングが、キャリッジのレッグの直線運動を許容するための孔を含んでもよい。
【０００６】
前記複数のリニアモータが三つのリニアモータを含んでもよいことが想定される。キャリッジは複数のレッグを含んでもよく、各レッグがリニアモータの各々一つに対応できる。アクチュエータは、キャリッジの絶対変位を測定するようにキャリッジ内に収納された複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を含んでもよく、各ＬＶＤＴが、リニアモータの各々一つに対応できる。各レッグは、ＬＶＤＴの各々一つを収納してもよい。
【０００７】
もう一つの態様においては、一つのアクチュエータが複数のリニアモータを含む。リニアモータの少なくとも一つには、リニアモータの少なくとも一つによって駆動されるよう出力強制ロッドが作動可能に連結される。出力強制ロッドには、出力強制ロッドの移動を測定するよう位置センサが作動可能に連結される。出力強制ロッドには、出力強制ロッドを直線的に駆動するよう、強制マグネットの少なくとも一つが作動可能に連結されてもよい。出力強制ロッドは、機械式液圧サーボアクチュエータの入力リンク機構に取り付けるためのマウントを含んでもよい。アクチュエータは複数のブッシュを含んでもよく、各ブッシュが、出力強制ロッドへの垂直支持及び水平支持を提供するよう、出力強制ロッドに作動可能に連結されてもよい。アクチュエータは、リニアモータ及び出力強制ロッドを囲むハウジングを含んでもよく、ハウジングが、出力強制ロッドの直線運動を許容するための孔を含んでもよい。位置センサは、ハウジング内に、出力強制ロッドの絶対変位を測定するように出力強制ロッドに作動可能に連結された複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）を含んでもよい。アクチュエータは、出力強制ロッドに作動可能に連結された航空機の飛行制御面を含んでもよい。
【０００８】
もう一つの態様においては、フライバイワイヤ・システムは複数の電気機械式アクチュエータを含み、各電気機械式アクチュエータが複数のリニアモータを含む。電気機械式アクチュエータの各々のリニアモータには、作動可能に、飛行制御コンピュータが連結される。フライバイワイヤ・システムは複数の液圧システムを含み、各液圧システムが、電気機械式アクチュエータの各々一つに作動可能に連結される。フライバイワイヤ・システムは、液圧システムの少なくとも一つに作動可能に連結された航空機の飛行制御面を含んでもよい。
【０００９】
本件開示のシステム及び方法のこれらの特徴、また他の特徴は、図面と併せて好適実施形態の以下の詳細な説明を考察することにより、当業者には容易に明らかとなる。
【００１０】
当業者が、過度の実験を行わずに、本件開示のデバイス及び方法の製作及び使用方法を容易に理解できるよう、それらの実施形態を、特定の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示に従って構築された垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機の例示的な実施形態を表す概略図であり、アクチュエータが液圧システム及び飛行制御コンピュータへ作動可能に連結されていることを示す。
【図２】図１に示す垂直離着陸飛行機のアクチュエータの一つを表す斜視図であり、アクチュエータ・ハウジング及びターンバックルを示す。
【図３Ａ】図２に示すアクチュエータの断面斜視図であり、アクチュエータのハウジング内にある三つのリニアモータを示す。
【図３Ｂ】図２に示すアクチュエータの模式図であり、信号コネクタとモータ電力コネクタとの結線を示す。
【図４】図２に示すアクチュエータの一部の斜視切開図であり、リニアモータ及びキャリッジを見せるために、ハウジングの一部が切り欠かれた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、図面を参照するが、図内の類似参照数字は、本件開示の類似構造形態または態様を識別するものである。制限せずに説明及び解説の目的で、航空機の例示的な実施形態の部分図、ここでは、開示による垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機としての航空機の例示的な実施形態を図１に示す。概略的に参照符号１０が付されている。開示による、またはその態様による航空機の他の実施形態を、図２〜４に表す。本文で説明するシステム及び方法は、従来のアクチュエータ・システムと比較して構成部品及び重量を減少させながら、信頼性を向上させた、フライバイワイヤ・システムに利用可能なアクチュエータを提供する。
【００１３】
図１に示すように、ＶＴＯＬ航空機１０は、機体１９によって支持されたメインロータ・システム１２及びテールロータ・システム１４を含む。機体１９は、メインロータ・システム１２及びテールロータ・システム１４とエンジン２０とを相互に連結させるギヤボックス１８を含む。メインロータ・システム１２は、スワッシュプレート１６に作動可能に連結されている。スワッシュプレート１６は、液圧システム１０１に作動可能に連結されている。ＶＴＯＬ航空機１０は、例えば機械式液圧サーボアクチュエータ等の液圧システム１０１へ作動可能に連結される、例えば、電気機械式アクチュエータ等のリニアアクチュエータ１００を含む。開示実施形態では、特定のＶＴＯＬ航空機構成が図示及び説明されるが、固定翼航空機、補足並進スラスト・システムを有する高速複合回転翼航空機、同軸双反転式ロータ・システム航空機、ターボプロップ、傾斜ロータ及び傾斜翼航空機などの、他の構成及び／または機械も、本発明からの利益を得る。
【００１４】
図１を続けて参照する。フライバイワイヤ・システム１０３は、三つのアクチュエータ１００を含む。システム１０３は、アクチュエータ１００の各々に作動可能に連結された飛行制御コンピュータ１０５を含む。システム１０３の各アクチュエータ１００は、液圧システム１０１の各々一つに作動可能に連結されている。システム１０３は、スワッシュプレート１６を介して三つの液圧システム１０１の少なくとも一つに作動可能に連結された、例えばＶＴＯＬ航空機１０等の回転翼機の飛行制御面１７を含む。
【００１５】
さて、図１及び２を参照する。アクチュエータ１００はハウジング１１６を含み、ハウジング１１６が、コネクタ側１１７及び強制ロッド側１１９を含む。ハウジング・コネクタ側１１７は、モータ電力コネクタ１２１及び信号コネクタ１２３を含む。モータ電力コネクタ１２１は、リニアモータ１０２をモータ・ドライブ１２５に作動可能に連結するために、図３Ｂに概略的に示すモータ・ドライブ１２５と、下記に説明する各々のリニアモータ１０２との間で作動可能に連結される。アクチュエータ１００は、リニアモータ１０２の絶対変位を測定するために、例えば位置センサ等の複数の線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）１２０を含む。信号コネクタ１２３は、各々のＬＶＤＴ１２０を飛行制御コンピュータ１０５へ作動可能に連結する。信号コネクタ１２３は、各ＬＶＤＴ１２０からのアクチュエータ位置信号を受信し、それらを飛行制御コンピュータ１０５へ送信する。コンピュータは、アクチュエータ１００の真の位置を、パイロットからの指令位置と比較する。
【００１６】
図３Ａに示すように、アクチュエータ１００は三つのリニアモータ１０２を含む。アクチュエータ１００内には、三つのリニアモータ１０２が示されているが、所望の故障率及び重複レベルを達成するために、並列に、あるいは直列に、適切な数のリニアモータを使用可能である、と想定される。例えば、一つ、二つ、四つまたは、五つのリニアモータを使用してもよい。各リニアモータ１０２は、ステータ１０６及び強制マグネット１０８を含む。各々のステータ１０６は、強制マグネット１０８の各側に一つ、二つの半体部分からなる。各強制マグネット１０８は、リニアモータ１０２の各々の作動中、収納位置（図２及び３Ａ）と拡張位置（図４）との間でキャリッジ１０４が移動するよう、キャリッジ１０４に固定結合される。アクチュエータ１００は、複数のブッシュ１１４を含む。ブッシュ１１４は、例えば出力強制ロッド等の、キャリッジ１０４のレッグ１１０に対して摺動関係にあり、キャリッジ１０４への垂直支持及び水平支持を提供し、それによりリニアモータ１０２へも支持を提供する。当業者は、ブッシュ１１４が、自己潤滑性繊維強化テフロン（登録商標）・ブッシュまたは他の適切なブッシュであってよいことを容易に認識する。当業者は、リニアモータ１０２が、従来のアクチュエータに比べ、故障の可能性を低減し信頼性を向上させることを容易に認識する。
【００１７】
図３Ａを続けて参照する。アクチュエータ１００のＬＶＤＴ１２０は、キャリッジ１０４の絶対変位とリニアモータ１０２の絶対変位を測定するために、キャリッジ１０４の各々のレッグ１１０内に収納されている。ＬＶＤＴ１２０は、独立しており、モータ・コミュテーション及びアクチュエータ出力位置の両方に対する位置検出を提供する。リニアモータ１０２の一つ、あるいは二つが故障した場合、最後のモータがキャリッジ１０４を駆動し続ける。
【００１８】
図３Ｂに概略的に示すように、信号コネクタ１２３は、各々が、ＬＶＤＴ１２０の一つに対応する。各々のＬＶＤＴ１２０は、ＬＶＤＴ１２０及びキャリッジ１０４の位置を伝達するために、信号コネクタ１２３を介して飛行制御コンピュータ１０５との電気通信状態にある。キャリッジ１０４の位置は、リニアモータ１０２の各々の位置に対応する。そのため、信号コネクタ１２３を介してキャリッジ１０４及びＬＶＤＴ１２０の位置をモニターすることによって、飛行制御コンピュータ１０５は、モータ電力コネクタ１２１を介してモータ・ドライブ１２５からリニアモータ１０２へ送られる電力を、アクチュエータ１００の長手方向軸線に沿ってキャリッジ１０４が所望の位置へ到達するよう適切に調節できる。キャリッジ１０４の所望の位置は、パイロットまたは他のコントロール・システムからの入力に依存する。当業者は、アクチュエータ１００が、三つのモータ電力コネクタ１２１及び三つの信号コネクタ１２３を隔離し、システム間に真の重複性を提供し、コネクタの短絡または濡れて接続性を失うことに起因する故障確率を減少させることを容易に理解する。
【００１９】
ここで、図１及び４を参照する。キャリッジ１０４は、ハウジング１１６に対する拡張位置で示されている。ハウジング１１６は、強制ロッド側１１９に、レッグ１１０の直線運動を許容するための孔１１８を含む。各レッグ１１０は、リニアモータ１０２の各々一つに対応する。キャリッジ１０４の一つのレッグ１１０は、マウントまたは締結具、例えばターンバックル１１２またはその種のものに作動可能に連結される。ターンバックル１１２は、アクチュエータ１００及びキャリッジ１０４を、図３Ｂに概略的に示す対象液圧システム１０１に作動可能に連結する。キャリッジ１０４は、液圧システム１０１を駆動するよう、リニアアクチュエータ１００の長手方向軸線に沿って収納位置と拡張位置との間で移動する。液圧システム１０１は、一つ以上の飛行制御面１７を駆動するよう、スワッシュプレート１６へ作動可能に連結される。
【００２０】
本開示のシステム及び方法は、上記に説明及び図示するように、フライバイワイヤ・システムのためのアクチュエータに、信頼性の向上及び軽量化を含む優れた特性を提供する。本件開示の装置及び方法は、ＶＴＯＬ航空機に関して図示及び説明したが、当業者は、本文で説明するシステム及び方法が、固定翼航空機、地上車（例えば、工事車両及び採鉱装置）、ロボット工学及び加工制御機に適用できることを容易に認識する。当業者は、また、本件開示の教示及び範囲から逸脱することなく上記説明の実施形態に対して、変更及び／または修正を加えることが可能であることを容易に認識する。
【符号の説明】
【００２１】
１０  航空機
１２  メインロータ・システム
１４  テールロータ・システム
１６  スワッシュプレート
１７  飛行制御面
１８  ギヤボックス
１９  機体
２０  エンジン
１００  リニアアクチュエータ
１０１  対象液圧システム
１０２  リニアモータ
１０３  フライバイワイヤ・システム
１０４  キャリッジ
１０５  飛行制御コンピュータ
１０６  ステータ
１０８  強制マグネット
１１０  レッグ
１１２  ターンバックル
１１４  ブッシュ
１１６  ハウジング
１１７  ハウジング・コネクタ側
１１８  孔
１１９  強制ロッド側
１２０  線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）
１２１  モータ電力コネクタ
１２３  信号コネクタ
１２５  モータ・ドライブ
【図１】
2016220524.tif 000003
【図２】
2016220524.tif 000004
【図３Ａ】
2016220524.tif 000005
【図３Ｂ】
2016220524.tif 000006
【図４】
2016220524.tif 000007
【外国語明細書】
2016220524000001.pdf