(57)【要約】      （修正有）【課題】電気除去式除氷アクチュエータを提供することを目的とする。【解決手段】対象物から氷を除去（例えば、飛行中の航空機の外板からの除氷）する装置１００は、細長い導電性ループをなすアクチュエータアセンブリ１０１、１０２を含む。アクチュエータは、２個の機械的に独立したループサブアセンブリ内で二方向に流れる電流パルスにより発生するループの動作に対応し、除氷対象物に衝撃を与えうる位置に搭載される。サブアセンブリ端部の相対動作の制限を低減する物理的不連続を導入するために、ループサブアセンブリは細長いフレキシブルコネクタ１１１〜１１５を用い、端部で相互接続される複数の導電素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃを含み、これにより、封止素子をもつ固定された構造と比べ改良された動作および疲労破壊の低減を達成する。【選択図】図１２
2016064818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載された電気除去式除氷装置の一部として航空機の外板に衝撃を与える装置であって、
導電性ループ内において接続される複数の導電素子を含み、前記航空機の支持構造と前記航空機の前記外板との間であって、前記導電性ループ内を流れる電流パルスにより生じる前記導電性ループの動作に応じて、前記導電性ループが前記航空機の前記外板に衝撃を与えることが可能な位置で前記航空機に設置されるアクチュエータと、
第１端部および第２端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第１導電素子を含み、当該第１導電素子は、第１パスに沿って前記第１端部と前記第２端部との間に延在し、前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する前記アクチュエータの第１サブアセンブリ部と、
第３端部および第４端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第２導電素子を含み、当該第２導電素子は、前記第１パスから離間し前記第１パスに概ね並列する第２パスに沿って前記第３端部と前記第４端部との間に延在し、前記電流パルスを前記第１の方向と略反対の第２の方向に伝える手段として機能する前記アクチュエータの第２サブアセンブリ部と、
少なくとも前記第４端部に対する前記第２端部の動作を妨げることなく前記第２端部と前記第４端部とを電気的に相互接続する第１コネクタを含み、前記導電性ループを形成するために前記第１導電素子および前記第２導電素子の様々な組み合わせの前記終端を電気的に相互接続する手段とを備え、
前記第１コネクタは、前記第２端部および前記第４端部に接続される細長いフレキシブルな導電性の第１導体を含む装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記第１導体は、
前記第２端部に接続する第１末端部と、
前記第４端部に接続する第２末端部と、
中間部と、
前記第１末端部から前記中間部に延在する細長い第１区間と、
前記第２末端部から前記中間部に延在する細長い第２区間とを備える装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、
前記第１サブアセンブリは、互いに概ね並列に延在する第１の複数の導電素子を含み、
前記第２サブアセンブリは、互いに概ね並列に延在する第２の複数の導電素子を含む装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置であって、前記第１サブアセンブリは、互いに概ね並列に延在する少なくとも３個の第１の複数の導電素子を含み、前記第２サブアセンブリは、互いに概ね並列に延在する少なくとも３個の第２の複数の導電素子を含む装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置であって、前記第１導体は、前記第２端部に接続する第１末端部および前記第４端部に接続する第２末端部をもつ長い撚り合わせ航空機ワイヤを含む装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記第１導体は、前記第２端部に接続する第１末端部および前記第４端部に接続する第２末端部をもつ細長いＵ字形ループをなす導電性材料のストリップを含む装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置であって、前記アクチュエータが前記支持構造に接続される装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記アクチュエータが前記外板に接続される装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、少なくとも、前記第１サブアセンブリ部の前記第１端部および前記第２端部、ならびに、前記第２サブアセンブリ部の前記第３端部および前記第４端部のうちの特定の端部が、当該特定の端部を封止する封止構造を含む装置。
【請求項１０】
対象物から氷を除去する電気除去式除氷装置の一部として前記対象物に衝撃を与える装置であって、
導電性ループ内において接続される複数の導電素子を含み、前記導電性ループ内を流れる電流パルスにより生じる前記導電性ループの動作に応じて、前記導電性ループが前記対象物に衝撃を与えることが可能な位置で支持構造に設置されるアクチュエータと、
第１端部および第２端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第１導電素子を含み、当該第１導電素子は、第１パスに沿って前記第１端部と前記第２端部との間に延在し、前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する前記アクチュエータの第１サブアセンブリ部と、
第３端部および第４端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第２導電素子を含み、当該第２導電素子は、前記第１パスから離間し前記第１パスに概ね並列する第２パスに沿って前記第３端部と前記第４端部との間に延在し、前記電流パルスを前記第１の方向と略反対の第２の方向に伝える手段として機能する前記アクチュエータの第２サブアセンブリ部と、
少なくとも前記第４端部に対する前記第２端部の動作を妨げることなく前記第２端部と前記第４端部とを電気的に相互接続する第１コネクタを含み、前記導電性ループを形成するために前記第１導電素子および前記第２導電素子の様々な組み合わせの前記終端を電気的に相互接続する手段とを備え、
前記第１コネクタは、前記第２端部および前記第４端部に接続される細長いフレキシブルな導電性の第１導体を含む装置。
【請求項１１】
対象物から氷を除去する電気除去式除氷装置の一部として前記対象物に衝撃を与える装置であって、
導電性ループ内において接続される複数の導電素子を含み、前記導電性ループ内を流れる電流パルスにより生じる前記導電性ループの動作に応じて、前記導電性ループが前記対象物に衝撃を与えることが可能な位置で支持構造に設置されるアクチュエータと、
前記アクチュエータの第１サブアセンブリ部であって、前記第１サブアセンブリ部の２個の対向する端部間に互いに概ね並列に延在する前記導電性ループの第１の複数の導電素子を含み、当該第１の複数の導電素子は前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する第１サブアセンブリ部と、
前記アクチュエータの第２サブアセンブリ部であって、前記第２サブアセンブリ部の２個の対向する端部間に互いに概ね並列に延在する前記導電性ループの第２の複数の導電素子を含み、当該第２の複数の導電素子は前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する第２サブアセンブリ部と、
少なくとも前記第２サブアセンブリ部の前記対向する端部に対する前記第１サブアセンブリ部の前記対向する端部の動作を妨げることなく前記アクチュエータの前記第１サブアセンブリ部の前記対向する端部および前記アクチュエータの前記第２サブアセンブリ部の前記対向する端部を相互接続する複数のコネクタを少なくとも含み、前記導電性ループを形成するために、前記第１の複数の導電素子および前記第２の複数の導電素子を電気的に相互接続する手段とを備え、
少なくとも前記複数のコネクタのうちの第１コネクタは、細長いフレキシブルな導電性の第１導体を含む装置。
【請求項１２】
航空機の様々な表面から氷を除去する電気除去式除氷装置であって、
前記航空機に搭載され、様々な機体構造に除氷衝撃波を発生させる複数のアクチュエータアセンブリと、
電子制御系を含み、前記複数のアクチュエータアセンブリに電力を供給する手段とを備え、
前記複数のアクチュエータアセンブリは、導電性ループ内において接続される複数の導電素子を含み、前記航空機の支持構造と前記航空機の外板との間であって、前記導電性ループ内を流れる電流パルスにより生じる前記導電性ループの動作に応じて、前記導電性ループが前記航空機の前記外板に衝撃を与えることが可能な位置で前記航空機に設置されるアクチュエータを含み、
前記アクチュエータは、第１端部および第２端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第１導電素子を含み、当該第１導電素子は、第１パスに沿って前記第１端部と前記第２端部との間に延在し、前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する当該アクチュエータの第１サブアセンブリ部を備え、
前記アクチュエータは、第３端部および第４端部の２個の対向する終端をもつ前記導電性ループの第２導電素子を含み、当該第２導電素子は、前記第１パスから離間し前記第１パスに概ね並列する第２パスに沿って前記第３端部と前記第４端部との間に延在し、前記電流パルスを前記第１の方向と略反対の第２の方向に伝える手段として機能する当該アクチュエータの第２サブアセンブリ部を備え、
前記アクチュエータは、少なくとも前記第４端部に対する前記第２端部の動作を妨げることなく前記第２端部と前記第４端部とを電気的に相互接続する第１コネクタを含み、前記導電性ループを形成するために前記第１導電素子および前記第２導電素子の様々な組み合わせの前記終端を電気的に相互接続する手段を備え、
前記第１コネクタは、前記第２端部および前記第４端部に接続される細長いフレキシブルな導電性の第１導体を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、飛行中航空機の除氷などの分野に関し、より詳しくは、航空機およびその他の用途のための電気除去式除氷装置およびその構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００９年５月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／２１６，１０７号の利益を主張するものである。
【０００３】
「電気除去式除氷装置」は「電気機械除去式除氷装置」とも称される。この除氷装置は電気的に発生させた機械的動作によって、機体表面や他の除氷対象物に堆積した氷を篩い落とす。これに関し航空機の場合、氷は空力特性を劇的に変化させ大惨事を起こしうるため、除氷が重要な作業であるであるということを思い出すべきである。除氷装置はこうした懸念を軽減させる。
【０００４】
航空機の除氷を行うために、一般的な電気除去式除氷装置は「アクチュエータ」と呼ばれる電気機械式変換器を備え、それらは様々な機体構造（例えば、翼の前縁、水平・垂直安定板、およびエンジン吸気口）の外板の下に設置される。飛行中の氷形成に対応して、機載電子制御系はこうしたアクチュエータに大電流パルス（例えば、８０００アンペアのミリ秒間持続するパルスを３０〜９０秒間隔で）を流し、これにより機体構造の外板に衝撃波を発生させる機械的動作を引き起こす。衝撃波により、外板に堆積した氷は除去される。アクチュエータは外板の内側に衝撃を与え、この動作により外板に衝撃波が発生し、外板の外側に堆積した氷は衝撃波により篩い落とされる。
【０００５】
こうした従来の電気除去式除氷アクチュエータには、銅その他の導電性材料のストリップまたはリボンを含むものもあり、これらは近接して離間した並列配置で機体外板の下に装着される。上記のように電流が流れると、除氷衝撃波を起こすようストリップが勢いよく互いから離れる。アクチュエータの導電性ストリップは、細長いマルチターンループに包まれた銅リボンの形状のものもある（例えば、マルチターンコイル）。銅リボンは、例えば幅０．２５インチ〜１．５０インチ、厚み０．０２０インチ〜０．０４０インチのサイズで、およそ１〜８フィートの長さの細長い多層ループに巻かれ、ループの端で銅リボン自体が巻き返されている。成形されたポリウレタンのブロックにより、ループ両端の２個の折り返し端を封止し、銅リボンの誘電体コーティングにより、隣接する巻き線間のショートを防ぐ。
【０００６】
銅リボンループと機載電子制御系の相互接続により、ループの前半部（ループの第１の折り返し端から反対側の第２の折り返し端まで）を第１の方向に流れ、ループの後半部（ループの第２の折り返し端から第１の折り返し端まで）を反対の第２の方向に流れる電流パルスが生じる。このように電流パルスが流れると、ループの前半部および後半部を互いに反発させる強い力が生じる。この反発作用により、前半部および後半部が互いから離れる相対動作が引き起こされ（例えば、およそ０．０８インチ〜０．５０インチ分）、機械的動作の振動として機体外板に伝わる。この機械的振動により除氷衝撃波が生じる。
【０００７】
上記のようなタイプの従来のアクチュエータは多くの点で効果的であるが、克服すべき欠点もある。まず、外板への衝撃が十分な除氷に必要な程度に満たない場合がある。アクチュエータの動作は、しばしば望ましいレベルよりも弱い。さらに、ループ端が疲労破壊を受けやすいということがある。これらおよび以下の詳述により明らかにするその他の理由により、上述した欠点を克服する、より優れたアクチュエータアセンブリが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記に鑑み、本発明は上記問題を軽減する電気除去式除氷アクチュエータを提供することを主要な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
封止されたループ端が固定され、相対的に移動不可能（折り返し部において基本的に半径０）であることにより、性能が多少低下し、疲労破壊が起こるという認識に基づき、本発明は、２個の機械的に独立したループサブアセンブリからなる導電性ループを備えるアクチュエータアセンブリを設けることにより上記の目的を達成する。２個のうち第１のループサブアセンブリは導電性ループの第１の部分をなし、その中で電流は第１の方向に流れる。２個のうち第２のループサブアセンブリは導電性ループの第２の部分をなし、その中で電流は反対の第２の方向に流れる。
【００１０】
第１および第２のサブアセンブリの端部は、フレキシブルコネクタにより電気的に相互接続されている。その結果、第１および第２のサブアセンブリ（すなわち、導電性ループの第１の部分および第２の部分）は封止された端部による制限を受けることなく離隔することができ、変位が制限されない。また、封止された端部が従来受けていた疲労破壊も回避することができる。つまり、本発明の発明者は、従来技術のアクチュエータは、機械的出力エネルギーを、アクチュエータの折り返し端における非生産的な変形および応力に転じさせていたため、結果としてアクチュエータ動作の強度が要求を満たさない場合があり、また、ループ端が前述の疲労破壊を受けやすかったということを発見した。
【００１１】
本発明は、より広く言えば、氷を対象物から除去する装置を提供し、飛行中の航空機の外板からの除氷が重要な用途の一つである。請求項に記載のより厳密な表現を用い、さらに使用される用語を借りると、本発明により構成された、電気除去式除氷装置の一部として対象物に衝撃を与えるための装置は、アクチュエータと呼ばれるアセンブリを備える。アクチュエータは導電性ループ内で接続される複数の導電素子を含み、アクチュエータは、ループ内を流れる電流パルスにより生じるループの動作に対応してループが対象物に衝撃を与えることが可能な位置で支持構造に設置される。
【００１２】
アクチュエータの第１のサブアセンブリ部は、「第１の端部」および「第２の端部」と呼ばれる２個の対向する終端をもつ、ループの導電性の第１の素子を含む。当該第１の素子は第１のパスに沿って第１の端部と第２の端部間に延在し、当該第１の素子は電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能する。アクチュエータの第２のサブアセンブリ部は、「第３の端部」および「第４の端部」と呼ぶ２個の対向する終端をもつ、ループの導電性の第２の素子を含む。当該第２の素子は、第１のパスから離間しこれに概ね並列する第２のパスに沿って第３の端部と第４の端部間に延在し、当該第２の素子は電流パルスを、第１の方向に略反対の第２の方向に伝える手段として機能する。
【００１３】
本発明の主要な面によると、導電性ループを形成するよう第１および第２の素子の終端のそれぞれを電気的に相互接続するための手段が提供される。この手段は、少なくとも、第４の端部に対する第２の端部の動作を妨げることなく第２の端部および第４の端部を電気的に相互接続する第１のコネクタを含む。第１のコネクタは、第２の端部および第４の端部に接続される細長いフレキシブルな導電性の第１の導体（例えば、長い撚り合わせ航空機ワイヤからなるジャンパ）を含む。
【００１４】
前述の説明は一対の素子および１個のコネクタのみに焦点を当てているが、本発明により構成されるアクチュエータは、１個のマルチターンループにつき複数の素子対およびコネクタを含むことが好ましい。換言すると、第１のサブアセンブリは互いに概ね並列に延在する第１の複数の導電素子（例えば、３個または４個）を含むことが好ましい。同様に、第２のサブアセンブリは、互いに概ね並列に延在する第２の複数の導電素子を含む。これらの素子の端部は相互接続され、上述した細長いフレキシブルコネクタを用いて細長いループを形成する。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明は、従来技術の性能および疲労破壊の問題を低減する電気除去式除氷アクチュエータを提供する。性能を向上させることにより、さらなる軽量化および設計自由度がもたらされる。以下の説明図および詳述により、本発明の前述した、または他の目的、特徴、および効果がより明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的なアクチュエータ配置を示す機体前縁構造の概略図である。前縁構造およびアクチュエータは説明のために短縮して示され、図中、様々な空間的関係を説明するために用いるＸＹＺ直交座標系を含む。
【図２ａ】アクチュエータ実装の詳細の一部を示す、前縁部分を拡大した断面図である。
【図２ｂ】異なるアクチュエータ配置を示す、図２ａと同様の前縁部分の断面図である。
【図２ｃ】複数のアクチュエータを示す、図２ａと同様の前縁部分の断面図である。
【図３】導電性ループの前半部および後半部の相対動作を制限する封止端部をもつアクチュエータの斜視図である。
【図４】フレキシブルコネクタ（すなわち、ジャンパ線）により相互接続された２個の離隔されたサブアセンブリからなる導電性ループを含む、本発明により構成されたアクチュエータの第１実施形態の斜視図である。
【図５】第２タイプのフレキシブルコネクタを含む、本発明により構成されたアクチュエータの第２実施形態の斜視図である。
【図６】第３タイプのフレキシブルコネクタを含む、本発明により構成されたアクチュエータの第３実施形態の斜視図である。
【図７ａ】アクチュエータの実装構造を拡大した断面図である。
【図７ｂ】電流パルスが流れている間の離隔されたアクチュエータの前半部および後半部（すなわち、第１および第２のサブアセンブリ）を示す、図７ａと同様の拡大した断面図である。
【図８】４周巻きの導電性ループを含む、本発明により構成されたアクチュエータの第４実施形態の斜視図である。
【図９】複数のアクチュエータのうち、軸方向に延伸する配置で設けられた複数のアクチュエータ対の１組を示す、航空機ジェットエンジン吸気口の一部分の径方向断面図である。
【図１０】軸方向に延伸する配置の複数のアクチュエータを示す航空機ジェットエンジン吸気口の概略図である。
【図１１】円周方向に延伸する配置の複数のアクチュエータを示す航空機ジェットエンジン吸気口の概略図である。
【図１２】様々な点をさらに詳しく示す、第１実施形態のアクチュエータの概略図である。
【図１３ａ】導電性ループをなす様々な素子の終端を電気的に相互接続するために用いられるフレキシブルコネクタの概略図である。
【図１３ｂ】導電性ループをなす２個のサブアセンブリの相対動作に対応しうるよう、コネクタを弾性変形させて示した以外は図１３ａと同様の概略図である。
【図１４】従来技術のコネクタにおける単位長当たりのより強い駆動力を示す図である。
【図１５】アクチュエータ部の単位長当たりの磁力を簡略化して示す図である。
【図１６ａ】アクチュエータ電流を幅広のストリップに分配する発明のコネクタにおける単位長当たりのより低い駆動力を示す図である。
【図１６ｂ】アクチュエータ電流を複数の離隔された導体に分配する発明のコネクタにおける単位長当たりのより低い駆動力を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図面の図１は電気除去式除氷装置１０の概略図である。一般的に、装置１０は電子制御系１１（すなわち、機載の電気除去式除氷制御系）と、機体前縁構造１４（すなわち、翼の前縁部、安定板、またはその他の機体構造）の外板１３に衝撃を与えうる位置に搭載されたアクチュエータ１２とを含む。航空機の各種表面は「外板」（例えば、アルミニウムまたは複合材料の板）からなり、「支持構造」（例えば、アルミニウムまたは複合材料のフレーム）に取り付けられる。また、装置１０は外板に形成された氷（図示せず）を取り除くよう動作する。アクチュエータ１２は制御系１１からの電子パルスに反応して前縁構造１４の外板１３（すなわち、外板１３の内側表面１３Ａ）に衝撃を与え、これにより外板１３の外側表面１３Ｂに形成された氷を取り除く衝撃波を外板１３に発生させる。
【００１８】
図２ａ、２ｂおよび２ｃは、アクチュエータの実装例を示す。図２ａでは、アクチュエータ１２は、接着またはその他の適切な方法で外板１３の内側表面１３Ａおよび半剛体内殻１５Ａに装着されている。内殻１５Ａは接着または他の適切な方法で前縁構造１４に取り付けられている。前縁構造１４は、剛性を増す「せん断ウェブ（shear web）」と呼ばれるウェブ構造１６Ａ（例えば、軽量、剛性の複合材料）を含み、これによりアクチュエータ１２と参照番号１７Ａで表される内側表面１３Ａの他の部位との間に力を伝達する。図２ｂは、内殻１５Ｂに接着される、第１および第２のウェブ構造１６Ｂおよび１６Ｃ間のアクチュエータ１２Ａを示す。第１および第２のウェブ構造１６Ｂおよび１６Ｃは、アクチュエータ１２Ａと内側表面１３Ａのほぼ対向する部位１７Ｂおよび１７Ｃとの間に力を伝達する。図２ｃは複数のアクチュエータを示す。第１および第２のアクチュエータ１２Ｂおよび１２Ｃは、（内側表面１３Ａの対向する部位１７Ｄおよび１７Ｅにおいて）内側表面１３Ａおよびウェブ構造１６Ｄをもつ内殻１５Ｃに接着される。他の実装構造を採用して除氷する対象物に衝撃波を与えることもできる。
【００１９】
図３は従来技術により構成されたアクチュエータ２０を示す。アクチュエータ２０は接続部２２で電子制御系（図示せず）に接続され、細長いループ２１に包まれた導電性リボンを含む。ループ２１はアクチュエータ２０の両端の第１および第２の封止端部２３および２４で折り返されている。ループ２０の第１の区間２１Ａは、矢印２５で示される第１の方向に電気パルスを伝導し、ループ２０の第２の区間２１Ｂは、矢印２６で示される反対の第２の方向に電気パルスを伝導する。このように電流パルスが流れることによって、矢印２７および２８で示されるように、第１および第２の区間２１Ａおよび２１Ｂは互いから遠ざかる。この動作は、氷除去のために航空機の外板またはその他の除氷対象物に衝撃を与える。
【００２０】
上記の説明を念頭に置いた上で図４について説明する。図４は、本発明により構成された、航空機に搭載される電気除去式除氷装置の一部として航空機の外板に衝撃を与えるための装置を示す。装置はアクチュエータ３０として図示され、導電素子３１Ａ、３１Ｂおよび３１Ｃを含む第１のサブアセンブリ３１、ならびに、導電素子３２Ａ、３２Ｂおよび３２Ｃを含む第２のサブアセンブリ３２を備える。第１および第２のサブアセンブリ３１および３２の導電素子は、動作発生電気パルスを伝えるマルチターン導電性ループ（すなわちマルチターンコイル）で接続され、これにより従来技術のアクチュエータ２０の第１および第２の封止端部２３および２４の使用を回避し、第１および第２のサブアセンブリ３１および３２の端部のより自由な動作を許容する。その結果、アクチュエータ性能が改善され、疲労破壊が防止される。
【００２１】
図示するように、導電素子３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂおよび３２Ｃは、フレキシブルコネクタ３３、３４、３５、３６および３７により相互接続される。図４のコネクタ３３〜３７は、撚り合わせ航空機ワイヤからなるジャンパ線の形をとる。ワイヤ３８および３９は、アクチュエータを機載電子制御系（図４には示さない）に接続する。請求項の表現で言うと、コネクタ３３〜３７は、素子の各終端を電気的に相互接続する手段として機能し、これにより導電性ループを形成する。コネクタ３３〜３７ならびにワイヤ３８および３９は、はんだ付けまたは他の適切な方法で素子３１Ａ〜３２Ｃの端部に接続される。コネクタ３３〜３７はＵ字形のループをなし、各Ｕ字形ループは中間部分でつながる２個の細長い脚部分をもち、細長い脚部分は、中間部分が第１および第２のサブアセンブリ３１および３２の相対動作を制限する作用を最小限にするレバーとして機能する。
【００２２】
図５は本発明により構成された装置の第２実施形態を示す。この装置はアクチュエータ４０として図示され、多くの点においてアクチュエータ３０と類似している。便宜上、アクチュエータ４０の部品を示す参照番号は、アクチュエータ３０の同様のまたは関連する部品を示す参照番号に１０ずつ足したものとする。アクチュエータ４０は、第１および第２のサブアセンブリ４１および４２と、複数の導電素子の端部を相互接続してループをなすコネクタ４３〜４７と、アクチュエータ４０を機載電子制御系（図示せず）に接続するワイヤ４８および４９とを含む。ただし、アクチュエータ３０と異なり、アクチュエータ４０のコネクタ４３〜４７は、Ｕ字形構造の導電性リボン（例えば、幅および厚さにおいて第１および第２のサブアセンブリ４１および４２の導電素子のリボン構造に類似する）の一部である。各々のＵ字形コネクタ４３〜４７は、中間部につながる２個の脚を備え、２個の細長い脚部分は、中間部分が第１および第２のサブアセンブリ４１および４２の相対動作を制限する作用を最小限にするレバーとして機能する。
【００２３】
図６は本発明により構成された装置の第３実施形態を示す。この装置はアクチュエータ５０として図示され、多くの点においてアクチュエータ４０と類似している。便宜上、アクチュエータ５０の部品を示す参照番号は、アクチュエータ４０の同様のまたは関連する部品を示す参照番号に１０ずつ足したものとする。アクチュエータ５０は、第１および第２のサブアセンブリ５１および５２、ならびに、複数の導電素子の端部を相互接続してループをなすコネクタ５３〜５５を含む。コネクタ４６および４７、ならびに、ワイヤ４８および４９の対応部品は説明の便宜上、図６には示さない。
【００２４】
コネクタ４３〜４７の長手軸が導電性ループの長手方向に並列するアクチュエータ４０と異なり、図６のコネクタ５３〜５５の長手軸は、長手軸が導電性ループの長手方向に直角になる向きで配置される。このコネクタの向きは、アクチュエータ５０全体の長さを減少させるための配置においては重要である。図６は、またコネクタ５５の寸法５６を示す。寸法５６は、コネクタ５５の中間部５５Ｃが、接続する素子端部から離れている距離である。寸法５６は、コネクタ材料内のすべての応力が材料の設計限界で許容される範囲内となるような寸法とすべきである。
【００２５】
次に図７ａおよび図７ｂは、航空機の外板６０と内殻６１との間に設置されたアクチュエータ５０を拡大した断面図である（図２ａにおける配置といくつかの点において類似する）。図７ａは、導電性ループ内に電流パルスが流れていないアクチュエータ５０の電圧非印加状態を示し、図７ｂは導電性ループ内に電流パルスが流れているアクチュエータ５０の電圧印加状態を示す。第１のサブアセンブリ５１は接着剤５１Ａでウェブ構造５１Ｂに接着され、ウェブ構造５１Ｂは接着剤５１Ｃで外板６０に接着される。第２のサブアセンブリ５２は接着剤５２Ａで内殻６１に接着される。電圧非印加状態では、第１および第２のサブアセンブリ５１および５２は互いに接触している。図７ｂに示す電圧印加状態では、第１および第２のサブアセンブリ５１および５２は、矢印６２で示されるように離隔され（例えば、０．０８インチ〜０．５０インチ分）、これにより外板６０に除氷衝撃波を引き起こす。
【００２６】
図８は本発明により構成されたアクチュエータアセンブリの第４実施形態を示す。これはアクチュエータ７０として図示され、それぞれが４個の導電素子をもつような第１および第２のサブアセンブリ７１および７２を含む。また、サブアセンブリ７１および７２は、封止末端部７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａおよび７２Ｂを備える。封止末端部７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａおよび７２Ｂは、例えば、２個の導電素子を接続するコネクタ７３などで接続される。従来技術のアクチュエータの封止端部とは異なり、封止末端部７１Ａ、７１Ｂ、７２Ａおよび７２Ｂは、サブアセンブリ７１および７２の相互に対する動作を制限しない。
【００２７】
図９、１０および１１はジェットエンジン吸気口の前端部分内に設置されるアクチュエータを示す。図９において、第１および第２のアクチュエータ８１および８２は、ジェットエンジン吸気口の前部８３に設置されている。アクチュエータ８１および８２は、上述したアクチュエータ３０、４０、５０および７０に概ね類似しており、それぞれ、封止端部により制限されることなく衝撃波を生成することを目的として相対的に動作するよう配置されるループをなす第１および第２のサブアセンブリを含む。アクチュエータ８１は第１および第２のサブアセンブリ８１Ａおよび８１Ｂを含み、アクチュエータ８２は第１および第２のサブアセンブリ８２Ａおよび８２Ｂを含む。図１０において、複数のアクチュエータ８４は、円形の前端部分８５に軸方向に延伸するように設置される。表示の便宜上、１個のアクチュエータ８４のみに符号をつける。図１１において、複数のアクチュエータ８６が、円形の前端部分８７に円周方向に延伸するように設置される様子が概略的に示される。１個のアクチュエータ８６のみに符号をつけて示す。
【００２８】
図１２は本発明の電気除去式除氷装置１００の概略図である。装置１００は、航空機の機体外板１０３と機体支持構造１０４との間に搭載される第１および第２の導電性サブアセンブリ１０１および１０２をもつアクチュエータアセンブリを備え、サブアセンブリ１０１および１０２は機載電子制御系１０５に接続されるマルチターン導電性ループをなす。制御系１０５は、ＸＹ平面において矢印１０６で示されるように第１および第２のサブアセンブリ１０１および１０２を離隔させる動作発生電流パルスをアクチュエータサブアセンブリ１０１および１０２に供給する。これにより、矢印１０７で示されるように機体支持構造１０４に対し、また矢印１０８で示されるよう機体外板１０３に対し、各サブアセンブリを強く押しつけ、機械的エネルギーのパルスにより機体外板１０３に除氷衝撃波を引き起こす。
【００２９】
第１のサブアセンブリ１０１（参照番号１０１の破線で表される）は、ＸＹ平面のＹ軸に直角な第１のパス１０１Ｄに沿って延伸する導電素子１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃを備える。破線は、素子１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃが第１のサブアセンブリ１０１の一部であることを示すためのものである。同様に、第２のサブアセンブリ１０２は第１のパス１０１Ｄに概ね並列するＸＹ平面上の第２のパス１０２Ｄに沿って延伸する導電素子１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃを備える。第１のサブアセンブリ１０１の素子１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃ内では、電流パルスは矢印１０１Ｅで示される第１の方向に流れ、第２のサブアセンブリ１０２の素子１０２Ａ、１０２Ｂおよび１０２Ｃ内では、電流パルスは矢印１０２Ｅで示される反対の第２の方向に流れる。この電流の流れは、第１および第２のサブアセンブリを除氷の目的のために矢印１０６で示すように離隔させる。
【００３０】
マルチターン導電性ループ（すなわちマルチターンコイル）は、以下の電気コネクタおよびアクチュエータ素子を含む：各素子１０１Ａ、１０１Ｂおよび１０１Ｃの端部１１６、１１７および１１８のそれぞれを各素子１０２Ｃ、１０２Ｂおよび１０２Ａの端部１１９、１２０および１２１のそれぞれに接続する３個のコネクタ１１１、１１２および１１３、ならびに、各素子１０１Ｂおよび１０１Ｃの各対向端部１２２および１２３を、素子１０２Ｃおよび１０２Ｂの各対向端部１２４および１２５に接続する２個の対向コネクタ１１４および１１５。ワイヤ１２８および１２９は、素子１０１Ａおよび１０２Ａの端部１２６および１２７を制御系１０５に接続する。コネクタは、マルチターン導電性ループ内に物理的な不連続（すなわち、電気的不連続に対する機械的不連続）を提供し、これにより設計者は、物理的に連続するループ構成に比べ、ループサブアセンブリ１０１および１０２の離隔に対し制限的でなく、アクチュエータの精密な構成に適したコネクタを指定することができ、アクチュエータの動作は向上する。換言すると、機械的不連続によりコネクタの機械特性を導電性ループの他の部分の機械特性と異ならせることができ、設計者がより制限的でないコネクタ機械特性を選択することにより、アクチュエータ動作が向上する。コネクタ１１１〜１１５は、図１３ａおよび１３ｂのコネクタ１３０として図示するように、フレキシブルなループの形態のジャンパ線である。コネクタ１３０は、第１および第２の細長い脚１３０Ａおよび１３０Ｂならびに中間部１３０Ｃをもつ。脚１３０Ａおよび１３０Ｂは、中間部１３０Ｃから図１３ａの寸法１３１で示される距離分だけ延伸し、中間部１３０Ｃは、脚に向かって図１３ａの寸法１３２の距離分だけ延伸する円弧をなす。脚１３０Ａおよび１３０Ｂの長さが中間部１３０Ｃの寸法と合わさって、中間部１３０Ｃは、接続される素子から、図１３ａの寸法１３３で示される距離分だけ離れたところに位置することになる。
【００３１】
寸法１３３は、コネクタ１３０が接続される第１および第２のサブアセンブリ１０１および１０２が動作時に離隔する距離の少なくとも２倍とし、こうした動作を著しく制限せず、コネクタ１３０が十分にフレキシブルであるようにすることが好ましい。コネクタ１３０が接続されるアクチュエータが電圧非印加状態である場合、図１３ａに示すように、コネクタは弛緩状態にあり、その脚は図１３ａの寸法１３４で示す分だけ離隔される。アクチュエータが電流パルスにより電圧を印加されている場合、コネクタ１３０は、図１３ｂの矢印１３５および１３６で示されるように、図１３ｂに示す形状に弾性的に変形する。
【００３２】
このように、本発明は、従来技術の性能および疲労破壊の問題を低減する電気除去式除氷アクチュエータを提供する。実施例を示し説明してきたが、一般的な当業者であれば、必ずしも本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正、置換えを行うことが可能である。装置およびアクチュエータは、飛行中の航空機の除氷以外の除氷用途に用いることも可能である。電気除去式除氷構造（ＥＥＤＳ：electro-expulsive de-icing structure）は、船載通信アンテナ、架橋用ケーブル等の用途には円形形状で、河川水路用鎖錠または船舶上部構造等の用途には平板形状で製造することができる。実施例を説明するために用いる専門用語は本発明を限定することを意図せず、各特定の用語は、同様の目的または機能を果たし、同様に作用するすべての技術的等価物を含むものとする。
【００３３】
さらに、コネクタ応力は、コネクタ自体の内部で生じたアクチュエータの磁力の成分を低下させることにより低減することができる。コネクタで生成された駆動力をこのように意図的に低下させるためには、後述のように、駆動力を生成するアンペアターン密度を分散させ、互いに対向する電流パスの間の距離ｄの長さを増加させる（図１４参照）。これは本発明の着想についての変更ではなく、本発明の既出の特徴についての付加的な効果および目的として認識される。
【００３４】
上記に基づくと、コネクタ応力を低減させる目的のためには、さらに、コネクタにより生成される導体の単位長当たりの機械的駆動力は、コネクタが取り付けられる各アクチュエータ素子よりも低いことが望ましい。特定のコネクタによっては、コネクタは、その構造に選択的または必須の他の特徴を含み、これにより、アクチュエータ動作の機械的結合がコネクタ自体の内部に望ましくない応力および疲労を引き起こす、従来技術により製造されたタイプの機械的応力を繰り返し受けた場合、信頼性の問題に対しコネクタが脆弱になりうる。本発明がアクチュエータ部材とコネクタとの間の機械的結合の影響を軽減するとはいえ、アクチュエータ部材内に機械的変位を生ずるのと同様の電流および磁力により、コネクタ自体の内部において機械的力および応力が同様に発生する。
【００３５】
一般的に、アクチュエータの電流の所定のアンペアターンに対し、外形および対向する電流パス間の寸法の変位がアクチュエータ自体と同等のコネクタの場合、コネクタの単位長当たりに発生する機械的力は、アクチュエータ内で発生した単位長当たりの機械的力と同程度となる可能性がある。事実、実際にコネクタ内に発生する単位長当たりの機械的力はむしろアクチュエータよりも大きい可能性もあるが、これはコネクタ領域が、コネクタのカーブ付近の導体の動きを制限することにより駆動時の移動距離ｄを制約するためである。
【００３６】
図１４は、従来技術のコネクタの、単位長当たりのより大きい駆動力を示す。上述のコネクタ設計は、機械的応力を良好に軽減することに加え、後述のようにコネクタ導線自体の内部に発生する駆動力を低減する。これは、本実施形態において、幅広のストリップまたは広く離隔された別個のワイヤとして構成されるコネクタによりコイル電流を分散させ、これによりコネクタワイヤにより誘起される好ましくない駆動力を低減させることにより達成される。距離ｄ分だけ離隔される２本の直線ワイヤからなるアクチュエータの単位長当たりの磁力を求める計算式は、周知の電磁界理論により与えられる。
Ｆｍ＝Ｉ２×Ｎ２×μ０／ｄ      
ここで、
Ｆｍ：アクチュエータのワイヤの単位長あたりの力［ニュートン毎メートル］
Ｉ：ワイヤ内の電流［アンペア］
Ｎ：各脚内において並列する導体の数
ｄ：離隔距離［メートル］
μ０：電磁定数＝１．２６×１０−７
【００３７】
図１５はアクチュエータ部分の単位長当たりの磁力を簡単に示す。式は簡略化されたものであり、有限の寸法のワイヤまたはストリップの場合を説明するものではないが、アクチュエータ力に対する離隔距離ｄおよびワイヤ電流の２乗の相対的な影響を説明する役割を果たす。より複雑な式を用いてワイヤ（またはストリップ）の断面寸法を計算に入れると、発生する力は少なくなる。例えば、半分の電流、つまり１／２×Ｉが流れる同一のワイヤ対からなるアクチュエータの力Ｆｍ２の計算に同じ式を適用すると、力は以下のようになる。
Ｆｍ２＝Ｉ２×１／４×Ｎ２×μ０／ｄ＝Ｆｍ／４      
【００３８】
仮に２個のこうしたアクチュエータが広く離隔され、電気的に並列な回路において、２個のアクチュエータに均一に分配された初期電流Ｉにより駆動されるとすると、各々のアクチュエータは、初期電流の２分の１を流し、Ｆｍ／４の力を発生させる。これらの２個のアクチュエータの力を合計すると、以下の力Ｆが生じる。
Ｆ＝２×Ｆｍ／４＝Ｆｍ／２      
【００３９】
同様の議論を、アクチュエータの電流のアンペアターンを２個より多いＮ個の広く離間した導体に分配する場合についても適用できる。これは、アクチュエータに生じる力をさらに対応して低下させる。そのため、アクチュエータ内の力は電流をより多くの導体に分配するか、または同等の方法として、アクチュエータを小さい円形断面のものではなく、幅広で平坦なストリップで構成することにより低減されることが推定される。より一般的には、各束が任意の断面形状Ｇをもち、平均離隔距離ｄで離隔され、大きさが同じで反対の電流密度をもつ、互いに対向する導体束は、形状Ｇが最大または平均寸法において大きく、かつ／あるいは離隔距離ｄが長い場合、任意の駆動電流Ｉに対し、より低い駆動力を呈する。
【００４０】
図１６ａおよび図１６ｂは、アクチュエータ電流を幅広のストリップ（図１６ａ）および複数の離隔された導体（図１６ｂ）に分配する発明のコネクタにおける単位長当たりのより低い駆動力を示す。
【００４１】
さらにコネクタに関し、本発明は２個の部材をもつ電磁アクチュエータに適用され、２個の部材は互いに対向し、パスＰ（例えば、図１４に示す、２個の部材に概ね並列し、その中間に延伸する方向）に沿って配置される。２個の部材はそれぞれ、１個または好ましくは複数の並列する電気的導体を含む。コネクタ端部は部材の電気的導体を接続し、１組または複数組の導体対のそれぞれの２個の導体間にアクチュエータ電流を伝え、各対の２個の導体は、２個の対向する部材のそれぞれからの導体を１個含む。駆動力Ｆ（例えば、図１４に示す力Ｆｍ）は、２個の部材間の電磁反応により、パスＰに垂直な二方向に生成される。こうしたタイプの従来技術のアクチュエータは、パスＰに概ね並列する方向に延伸し、実質的にパスＰの少し先まで拡張して延伸するコネクタをもち、コネクタは延伸するパスＰの領域内の実質的にきつく結びつけられた束に含まれる。駆動力Ｆが生成される際、力Ｆの方向のパスに沿ったアクチュエータ部材の離隔動作を許容するためには、コネクタがパスＰに沿って収縮して内側方向に引き込まれることが必要となる。
【００４２】
本発明の一実施形態は、パスＰから実質的に異なる方向に延伸するよう製造され設置されるタイプのコネクタをもち、このコネクタにより、パスＰに沿ってコネクタを内側に変形させることなく、力Ｆの方向にアクチュエータが拡張する応力が軽減される。このコネクタは、図４および６において、それぞれ、ワイヤのループおよび直交する幅広のフレキシブルなストリップのように見える。本発明の他の実施形態は、パスＰの領域内の実質的にたるんだ束の中でパスＰに沿った方向に延伸するよう製造され設置される他のタイプのコネクタをもつ。すなわち、各々のコネクタループはパスＰに沿って延伸し、このコネクタにより、束になったすべてのコネクタをパスＰに沿って内側方向に同程度に引き込むことなく、力Ｆの方向にアクチュエータが拡張する応力が軽減される。このことも、コネクタ材料の疲労を、薄く効果的な屈曲ループ断面を維持しつつ軽減させる。これは、図５において、各アクチュエータコネクタのループをパスＰに沿って延伸しているように見える。この二つの実施形態は本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、任意に組み合わせることができる。
【図１】
2016064818.tif 000003
【図２ａ】
2016064818.tif 000004
【図２ｂ】
2016064818.tif 000005
【図２ｃ】
2016064818.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2016064818.tif 000015
【図１１】
2016064818.tif 000016
【図１２】
2016064818.tif 000017
【図１３ａ】
2016064818.tif 000018
【図１３ｂ】
2016064818.tif 000019
【図１４】
2016064818.tif 000020
【図１５】
2016064818.tif 000021
【図１６ａ】
2016064818.tif 000022
【図１６ｂ】
2016064818.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月14日(2015.12.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物から氷を除去する電気除去式除氷システムの一部として前記対象物に衝撃を与える装置であって、
導電性ループ内で接続される複数の導電素子を含むアクチュエータであって、前記ループ内を流れる電流パルスによって生じる前記ループの動作に応答して当該ループが前記対象物に衝撃を与えることが可能な位置で支持構造に設置されるアクチュエータを有し、
前記アクチュエータの第１のサブアセンブリ部は前記ループの複数の第１の導電素子を含み、第１の導電素子のそれぞれは２つの対向する終端を有し、前記第１の導電素子は前記対向する終端の間で第１のパスに沿って延在し、前記第１の導電素子は前記電流パルスを第１の方向に伝える手段として機能し、
前記アクチュエータの第２のサブアセンブリ部は前記ループの複数の第２の導電素子を含み、第２の導電素子のそれぞれは２つの対向する終端を有し、前記第２の導電素子は前記対向する終端の間で、前記第１のパスから離間し前記第１のパスに略並列の第２のパスに沿って延在し、前記第２の導電素子は前記電流パルスを前記第１の方向に略反対の第２の方向に伝える手段として機能し、
前記第１および第２の導電素子のそれぞれの前記対向する終端のそれぞれを電気的に相互接続して前記導電性ループを形成する手段を前記装置は更に含み、前記形成する手段は少なくとも複数のコネクタを含み、コネクタのそれぞれは前記第１の導電素子の各対向する終端を、前記第２の導電素子の各対向する終端に、前記第１および第２の導電素子のそれぞれの前記終端の動作を相互に制限せずに電気的に相互接続し、
前記複数のコネクタは、前記終端に装着された複数の細長いフレキシブルな導電性の導体を含み、そのため前記コネクタは、前記コネクタが装着される各アクチュエータサブセンブリよりも導体の単位長当たりで低い機械的駆動力を生成し、
前記第１および第２のサブアセンブリの前記第１および第２の導電素子のそれぞれは相互に並列な向きで配置されて単一の長手軸に沿って積み上げられ、積み上げる方向はサブアセンブリごとに同一であり、前記サブアセンブリの間で誘起される駆動力の方向と一致する、装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
導電性の導体のそれぞれは、前記終端の一方に装着された第１の末端部と、前記終端の他方に装着された第２の末端部と、中間部分と、前記第１の末端部から前記中間部分に延在する細長い第１の区間と、前記第２の末端部から前記中間部分に延在する細長い第２の区間と、を含む装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の装置において、
前記サブアセンブリのそれぞれは、相互に並列して積み上げられて延在する複数の導電素子を含み、前記導電素子のそれぞれの長手方向の長さは異なり、前記終端はずれて配置される、装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記第１のサブアセンブリは少なくとも３つの相互に略並列して延在する導電素子を含み、前記第２のサブアセンブリは少なくとも３つの相互に略並列して延在する導電素子を含む、装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記導体は、前記各終端に装着される第１および第２の末端部を有する細長いＵ字形ループを形成する導電性材料のストリップを含む、装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置において、
前記対象物は航空機であり、前記アクチュエータは、前記ループ内を流れる電流パルスによって生じる当該ループの動作に応答して前記ループが前記航空機の外板に衝撃を与えることが可能な位置で、前記航空機の支持構造と前記航空機の前記外板との間で前記航空機に設置される、装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置において、
前記アクチュエータは前記支持構造に装着される、装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置において、
前記アクチュエータは前記外板に装着される、装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の装置において、
前記第１の導体は、前記各終端に装着される第１および第２の末端部を有した撚り合わせ航空機ワイヤを含む、装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の装置において、
前記サブアセンブリ部の前記終端は前記終端を封止する封止構造を含む、装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の装置において、
前記複数のコネクタは、前記電流パルスが前記第１および第２の方向に直交する方向で前記コネクタを流れるように構成される、装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の装置であって、対象物に設置される複数のアクチュエータアセンブリと、電子制御系を含み前記複数のアクチュエータアセンブリを駆動する手段とをさらに含む、装置。
【外国語明細書】
2016064818000001.pdf