(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通出力軸に第１トルクを入力する第１サーボモータと、
前記第１トルクに合算して第２トルクを前記共通出力軸に入力する第２サーボモータと、
制御器とを具え、
前記制御器は、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令を生成する第１モータ対応制御器と、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２対応トルク指令を生成する第２モータ対応制御器とを備え、
前記第１モータ対応制御器は、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令を生成する第１モータ対応第１制御器と、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令を生成する第１モータ対応第２制御器とを具え、
前記第２モータ対応制御器は、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令を生成する第２モータ対応第１制御器と、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令を生成する第２モータ対応第２制御器とを具え、
前記第１モータ対応第１トルク指令と前記第１モータ対応第２トルク指令との偏差が許容範囲を越えれば、前記第１サーボモータの制御を解除する第１論理演算器と、
前記第２モータ対応第１トルク指令と前記第２モータ対応第２トルク指令との偏差が許容範囲を越えれば、前記第２サーボモータの制御を解除する第２論理演算器とを更に具える
多重制御冗長電動機。
【請求項２】
前記制御器は、前記共通出力軸に対して回転位置を制御する回転位置制御器を更に備える
請求項１の多重制御冗長電動機。
【請求項３】
前記第１トルクと前記第２トルクは互いに相関的に制御される
請求項１の多重制御冗長電動機。
【請求項４】
前記第１トルクと前記第２トルクとの比は一定に設定されている
請求項３の多重制御冗長電動機。
【請求項５】
前記比は前記第１トルクの大きさに対応して設定されている
請求項４の多重制御冗長電動機。
【請求項６】
前記第１サーボモータと前記第２サーボモータは、同一の回転子を共有し、前記第１サーボモータの固定子側巻線と前記第２サーボモータの固定子側巻線とは独立である
請求項１〜５から選択される１請求項の多重制御冗長電動機。
【請求項７】
共通出力軸に第１トルクを入力する第１サーボモータと、
前記第１トルクに合算して第２トルクを前記共通出力軸に入力する第２サーボモータと、
前記第１トルクと前記第２トルクに合算して手動トルクを前記共通出力軸に入力する操作器と、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令を生成する第１モータ対応制御器と、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２対応トルク指令を生成する第２モータ対応制御器とを具え、
前記第１モータ対応制御器は、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令を生成する第１モータ対応第１制御器と、
前記第１サーボモータに対して前記第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令を生成する第１モータ対応第２制御器とを備え、
前記第２モータ対応制御器は、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令を生成する第２モータ対応第１制御器と、
前記第２サーボモータに対して前記第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令を生成する第２モータ対応第２制御器とを備え、
前記第１モータ対応第１トルク指令と前記第１モータ対応第２トルク指令との偏差が許容範囲を越えれば、前記第１サーボモータの制御を解除する第１論理演算器と、
前記第２モータ対応第１トルク指令と前記第２モータ対応第２トルク指令との偏差が許容範囲を越えれば、前記第２サーボモータの制御を解除する第２論理演算器とを更に具え、
前記第１トルクはＰｘで表され、前記第２トルクはＰｙで表され、前記手動トルクはＰｚで表され、前記共通出力軸の出力トルクがＰｓで表され、下記関係：
Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ
Ｐｘ＝Ｋｘ・Ｐｓ
Ｐｚ＝Ｋｚ・Ｐｓ
Ｐｙ＝Ｋｙ・Ｐｓ
Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ
Ｋｘ，Ｋｚ，Ｋｙ：設定分配係数
が設定されている
多重制御アクチュエータ。
【請求項８】
前記Ｋｘと前記Ｋｚと前記Ｋｙとは、Ｋｘ＋Ｋｚ＋Ｋｙ＝１の関係を維持し、且つ、それぞれに可変である
請求項７の多重制御アクチュエータ。
【請求項９】
前記ＫｘとＫｙとを設定する設定器を更に具え、前記設定器は、第１モータ対応制御器と前記第２モータ対応制御器とにそれぞれに装備されている
請求項８の多重制御アクチュエータ。
【請求項１０】
前記Ｋｘと前記Ｋｚと前記Ｋｙとは、前記Ｐｚの大きさに対応して可変である
請求項８の多重制御アクチュエータ。
【請求項１１】
前記操作器は操舵器である
請求項７〜１１から選択される１請求項の多重制御アクチュエータ。
【請求項１２】
前記操舵器は航空機の操舵器である
請求項１１の多重制御アクチュエータ。
【請求項１３】
第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法であり、下記複数ステップの集合を具え、
前記複数ステップの集合は、
前記第１出力を制御するための第１制御信号を生成するステップと、
前記第１出力を制御するための第２制御信号を生成するステップと、
前記第２出力を制御するための第３制御信号を生成するステップと、
前記第２出力を制御するための第４制御信号を生成するステップと、
前記第１制御信号と前記第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば前記第１出力を零とし前記第２出力を前記合算出力に置換して前記第３制御信号と前記第４制御信号を生成するステップと、
前記第３制御信号と前記第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば前記第２出力を零とし前記第１出力を前記合算出力に置換して前記第１制御信号と前記第２制御信号を生成するステップとを備える
アクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１４】
手動力と第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法であり、下記複数ステップの集合を具え、
前記複数ステップの集合は、
前記第１出力を制御するための第１制御信号を生成するステップと、
前記第１出力を制御するための第２制御信号を生成するステップと、
前記第２出力を制御するための第３制御信号を生成するステップと、
前記第２出力を制御するための第４制御信号を生成するステップと、
前記第１制御信号と前記第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば前記第１出力を零とし前記第２出力を前記合算出力に置換して前記第３制御信号と前記第４制御信号を生成するステップと、
前記第３制御信号と前記第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば前記第２出力を零とし前記第１出力を前記合算出力に置換して前記第１制御信号と前記第２制御信号を生成するステップとを備える
アクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１５】
前記第１出力と前記第２出力との合成が合計出力として表され、前記合計出力と前記手動力との比は一定に設定されている
請求項１４のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１６】
前記第１出力と前記第２出力との合成が合計出力として表され、前記合計出力と前記手動力との比（＝前記合計出力／前記手動力）は前記手動力に対応して設定されている
請求項１４のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１７】
前記比は、前記手動力が大きくなれば大きくなる
請求項１６のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１８】
前記第１出力と前記第２出力との比は一定である
請求項１５〜１７から選択される１請求項のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項１９】
前記比は１である
請求項１８のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２０】
前記第１出力と前記第２出力との合成が合計出力として表され、前記合計出力と前記手動力との比（＝前記合計出力／前記手動力）は機体の飛行状態に対応して設定されている
請求項１４のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２１】
前記第１出力と前記第２出力は位置指令である
請求項１４〜２０から選択される１請求項のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２２】
前記第１出力と前記第２出力は位置指令を含む
請求項１４〜２０から選択される１請求項のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２３】
前記第１出力と前記第２出力は速度指令である
請求項１４〜２０から選択される１請求項のアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２４】
前記第１出力と前記第２出力は速度指令を含む
請求項１４〜２０から選択される１請求項ののアクチュエータの冗長制御方法。
【請求項２５】
前記第１出力と前記第２出力は出力電圧指令である
請求項１４〜２０から選択される１請求項ののアクチュエータの冗長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重制御冗長電動機、及び、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法に関し、特に、航空機のハイブリッド操舵システムに対する適用が好適である多重制御冗長電動機、及び、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機又は発電機は、土木工事現場のような劣悪な環境で使用されることがある。劣悪な環境で使用される電動機は、その故障の発生率が高い。そのような事態に対処するために、他の電動機が補助的に用意されている。電動機は、劣悪な環境には置かれていないが万一の故障が許されない運転環境で使用されることがある。１つの電動機の故障に対処するためにハイブリッド化された電動機が知られている。一方の電動機の故障がその出力の停止を招く場合には、他方の電動機が安全に活用され得るが、一方の電動機の故障が暴走的出力の継続を招く場合には、他方の電動機の存在には価値がない。
【０００３】
数多く知られる航空機の操舵システムの１つとして、人力とモータ出力を二重化した人力・モータ力ハイブリッド型操舵システムが知られている。人力をアシストする人力・モータ力ハイブリッド型のアシスト自転車が知られている。ハイブリッド型電動機としては、その他に、熱力学エンジンと電機エンジン（電動機）をハイブリッド化した自動車の動力源が知られている。電動機の故障が発見されたときにその電動機の駆動入力を人為的に確実に停止することが絶対的に求められて更に特殊な使用環境で使用される人・電動機ハイブリッド型システムとして、航空機の操舵システムが知られている。
【０００４】
電動機は、制御信号により制御されて用いられる。制御信号の生成を二重化することにより、制御用電気回路の故障を防止する制御技術は、コンピュータの分野で多くが知られていて、特開平６−２５９２７０号、特開平８−２６３１０２号が知られている。回転子が共通化されているが固定子が共通化されていないハイブリッド化電動機は、特開昭６０−５００５５６号（特許出願公表）で知られている。
【０００５】
次世代の人・電動機ハイブリッド型の地域的航空機（１００人乗り程度のリージョナル航空機）の操舵システムは、アシスト力を万一にも失うことがなく、且つ、操舵力として人力を必ず用いることができる技術の確立が求められる。このような技術を確立するための基礎技術として、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術の確立が基本的に求められる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術を確立することができる多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、一方の誤制御が他方の制御に影響せず確実に正しい制御目標信号を出力することができる多重制御技術を確立し、更に、アシスト力を万一にも失うことがなく、且つ、操舵力として人力を必ず用いることができる技術を確立することができる多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００８】
本発明による多重制御冗長電動機は、共通出力軸（９）に第１トルクを入力する第１サーボモータ（３−１）と、第１トルクに合算して第２トルクを共通出力軸（９）に入力する第２サーボモータ（３−２）と、制御器とから構成されている。その制御器は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令（１４−１）を生成する第１モータ対応制御器（１２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応トルク指令（１４−２）を生成する第２モータ対応制御器（１２−２）とから構成され、二重化されて冗長化されているサーボモータが独立にトルク制御されている。第１モータ対応制御器（１２−１）は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）を生成する第１モータ対応第１制御器（１２−１−１）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第２制御器（１２−１−２）とから形成されている。第２モータ対応制御器（１２−２）は、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）を生成する第２モータ対応第１制御器（１２−２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）を生成する第２モータ対応第２制御器（１２−２−２）とから形成されている。第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）と第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）が不一致であり、又は、それらの偏差が許容範囲を越えれば、あれば、第１サーボモータ（３−１）の制御を解除する第１論理演算器（１５−１）と、第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）と第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）が不一致であり、又は、それらの偏差が許容範囲を越えれば、第２サーボモータ（３−２）の制御を解除する第２論理演算器（１５−２）とから形成されている。このような数学的２重制御と機械的２重制御の複合制御は、数学的帰納的に、数学的ｎ重制御と機械的ｍ重制御の多重制御に容易に拡張され得ることは、当業者には自明的である。トルク制御に限られず回転位置制御又は時間的回転位置制御である回転数制御を共通出力軸に対して実行することは、公知技術の通りであるが、同一回転位置制御と同一回転数制御は、同一時刻列上で、トルクの配分制御とともに実行される。
【０００９】
サーボモータ（３）は、機械的に物理的に２重に冗長化され、第１サーボモータ（３−１）のコントローラは電気的に数学的に二重に冗長化され、第２サーボモータ（３−２）のコントローラは電気的に数学的に二重に冗長化され、このように、サーボモータ（３）のコントローラは四重に多重化され冗長化されている。機械的・物理的冗長性と電気的・数学的冗長性は、その冗長性により制御が暴走することを実質的に完全に防止することができる。両モータ（３−１，３−２）が常態的に動作することは、出力分担してそれぞれにフルパワーにより制御されない両モータ（３−１，３−２）は、その耐久性が互いに高くなる。第１トルクと第２トルクは互いに相関的に制御されることは、特に好ましい。制御器は、前記共通出力軸に対して回転位置を制御する回転位置制御器を更に備える。
【００１０】
第１トルクと第２トルクとの比は一定に設定され得る。第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）は、同一の回転子を共有し、第１サーボモータ（３−１）の固定子側巻線と第２サーボモータ（３−２）の固定子側巻線とは独立であることは、サーボモータの機械的単一化を可能とし、サーボモータ（３）の構造を簡素化してその製造コストを低減することができる。このようなモータのように第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）の性能が異なる場合に、出力分担比を１対１でない分担比率が採択されることは、それぞれのモータの特性をより有効に活用することができる。
【００１１】
特殊に好適に採択される第１サーボモータ（３−１）と第２サーボモータ（３−２）では、同一の回転子を共有し、第１サーボモータ（３−１）の固定子側巻線と第２サーボモータ（３−２）の固定子側巻線とは独立であることが特に好ましい。このようなモータは、巻線配置の点で構造的には公知であり、公知のモータが好適に利用されるが、本発明が用いている冗長化モータは、常態的に出力分担する公知の多重化モータと異なり、多重化モータの総出力値と同じ出力値のトルクを独立に出力することができる点で、公知の多重化モータとは異なっている。本発明が用いるモータは、多重化モータであり、且つ、冗長化モータであり、冗長化ハイブリッドモータと称され得る。このような冗長化ハイブリッドモータは、過去には全く知られていない。
【００１２】
第１サーボモータ（３−１）の制御が解除されたとき、第２トルクは第１トルクに対して独立に制御され、第２サーボモータ（３−２）の制御が解除されたとき、第１トルクは第２トルクに対して独立に制御されることは、本発明による多重制御冗長電動機の実施の１つの形態として、特に好ましい。
【００１３】
本発明による多重制御アクチュエータは、共通出力軸（９）に第１トルクを入力する第１サーボモータ（３−１）と、第１トルクに合算して第２トルクを共通出力軸（９）に入力する第２サーボモータ（３−２）と、第１トルクと第２トルクに合算して手動トルクを共通出力軸（９）に入力する操作器（２）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応トルク指令（１４−１）を生成する第１モータ対応制御器（）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２対応トルク指令（１４−２）を生成する第２モータ対応制御器（１２−２）とから構成されている。第１モータ対応制御器（１２−１）は、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第１制御器（１２−１−１）と、第１サーボモータ（３−１）に対して第１トルクに対応する第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）を生成する第１モータ対応第２制御器（１２−１−２）とから形成されている。第２モータ対応制御器（１２−２）は、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）を生成する第２モータ対応第１制御器（１２−２−１）と、第２サーボモータ（３−２）に対して第２トルクに対応する第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）を生成する第２モータ対応第２制御器（１２−２−２）とから形成されている。第１モータ対応第１トルク指令（１４−１−１）と第１モータ対応第２トルク指令（１４−１−２）が不一致であれば、第１サーボモータ（３−１）の制御を解除する第１論理演算器（１５−１）と、第２モータ対応第１トルク指令（１４−２−１）と第２モータ対応第２トルク指令（１４−２−２）が不一致であれば、第２サーボモータ（３−２）の制御を解除する第２論理演算器（１５−２）とが設けられている。
【００１４】
本発明による多重制御電動機は、手動入力が行われるアクチュエータに利用されることにより、その産業上の利用性がより具体的に有効化する。第１トルクはＰｘで表され、第２トルクはＰｙで表され、手動トルクはＰｚで表され、共通出力軸（９）の出力トルクがＰｓで表されれば、Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ，Ｐｘ＝Ｋｘ・Ｐｓ，Ｐｚ＝Ｋｚ・Ｐｓ，Ｐｙ＝Ｋｙ・Ｐｓの関係が設定されて、Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙが満たされる。ここで、Ｋｘ，Ｋｚ，Ｋｙは、設定分配係数であり、本発明に特有な３つの係数から形成される１組の設定セットである。ＫｘとＫｚとＫｙとは、既述の関係式から、Ｋｘ＋Ｋｚ＋Ｋｙ＝１の関係が維持されているが、それぞれに可変であることが特に好ましく、又は、ＫｘとＫｚとＫｙとは、Ｐｚの大きさに対応して可変であることが特に好ましい。ＫｘとＫｙとを設定する設定器が追加されている。設定器は、第１モータ対応制御器と前記第２モータ対応制御器とにそれぞれに装備されることが好ましい。
【００１５】
本発明による基幹的技術は、操作器が操舵器である大質量物体の手動制御に適用されて特に重要な産業上の利用価値が生まれる。操舵器として、航空機の操舵器が絶好的に例示される。そのような航空機は、８０人〜１１０人乗り航空機（リージョナルジェット旅客機）が好適に例示される。
【００１６】
本発明によるアクチュエータの冗長制御方法は、第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法である。その冗長制御方法は、次のような複数ステップを含んでいる。その複数ステップは、第１出力を制御するための第１制御信号を生成すること、第１出力を制御するための第２制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第３制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第４制御信号を生成すること、第１制御信号と第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第１出力を零とし第２出力を合算出力に置換して第３制御信号と第４制御信号を生成することとを有している。ここで、第３制御信号と第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第２出力を零とし第１出力を合算出力に置換して第１制御信号と第２制御信号を生成する。このように、一方の制御系統の制御が信頼性を失った場合には、その系統の制御信号を用いず、従って、その系統からは一切出力しないので、外乱になることはない。
【００１７】
本発明によるアクチュエータの冗長制御方法は、手動力と第１サーボモータの第１出力と第２サーボモータの第２出力とを合算した合算出力を単一出力として制御対象に対して出力するアクチュエータの冗長制御方法である。その冗長制御方法は、次のような複数ステップを含んでいる。その複数ステップは、第１出力を制御するための第１制御信号を生成すること、第１出力を制御するための第２制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第３制御信号を生成すること、第２出力を制御するための第４制御信号を生成すること、第１制御信号と第２制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第１出力を零とし第２出力を合算出力に置換して第３制御信号と第４制御信号を生成すること、第３制御信号と第４制御信号との偏差が許容範囲を越えれば第２出力を零とし第１出力を合算出力に置換して第１制御信号と第２制御信号を生成することとを有している。このような制御方法は、手動を第１義的に優先するが、万が一にも冗長制御系が故障した最悪時には、手動のみで制御が実行される。このような手動力と機械力とが合成されたハイブリッド制御系の有効な適用例は、大質量物体の運動制御であり、特に、防火扉の開閉、航空機の操縦、宇宙衛星上の操作器具が好適に例示される。
【００１８】
第１出力と第２出力との合成が合計出力として表され、合計出力と手動力との比は一定に設定されていることが好ましい。合計出力と手動力との比（＝合計出力／手動力）は手動力に対応して設定されていることは更に好ましい。その比は、手動力が大きくなれば大きくなることが特に好ましく、操縦者の手指に戻る反作用力は小さい方がよいが、その反作用力の変化が手指に敏感に感じられることは重要である。第１出力と第２出力との比が一定であり又は近似的に一定であり、特に１であることは、両サーボモータを平等に用いることにより、一方のみに負荷分担が偏ることがない。
【００１９】
第１出力と第２出力との合成が合計出力として表され、その合計出力と手動力との比は一定に設定されていることが好ましい。合計出力と手動力との比は（合計出力／手動力）は使用状態（航空機の操舵の場合には、飛行状態）に対応して設定されていることは更に好ましい。操縦者の手指に戻る反作用力は小さい方がよいが、その反作用力の変化が手指に感じられることは重要である。第１出力と第２出力の比が一定であり又は近似的に一定であり、特に１であることは、両サーボモータを平等に用いることにより、一方のみに負荷分担が偏ることがない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による多重制御アクチュエータの実施の形態は、航空機の操舵システムに適用されている。その操舵システム１は、図１に示されるように、地域的航空機の機体に装備されている。操舵システム１は、ハイブリッド化された２つの操舵用ハンドル２と、多重化アクチュエータを形成する多重化サーボモータ３と、機械的操舵出力伝達機構４と、機械的操舵入力伝達機構５とを含んでいる。
【００２１】
操舵用ハンドル２は、複数軸独立回転機構を持ち、複数操舵翼７の複数軸回転のための手動的機械力を出力することができる。その手動的機械力と、その手動的操作により変位する操舵用ハンドル２の幾何学的操作量に対応する操作位置とを検出する手動力・位置センサ６により多次元的に検出される。手動力・位置センサ６は、パイロットの指と操舵用ハンドル２とが作用反作用により接合する接合部位に配置されている。機械的操舵出力伝達機構４と機械的操舵入力伝達機構５とは、それぞれに、多軸鋼線ケーブルにより形成されている。
【００２２】
パイロットの操舵力である手動的機械力は、操舵用ハンドル２から機械的操舵入力伝達機構５を介して多重化サーボモータ３の機械的インタフェースに伝達されハイブリッド化されて（多重化されて）、多重化サーボモータ３の入力軸又は出力軸に入力され、手動的トルク出力としてそのままにその出力軸（それぞれの共通出力軸）から出力される。多重化サーボモータ３の電気的トルク出力は、手動的トルク出力とともに、コントローラにより制御される電力生成器（例示：インバータ）から出力される。電気的トルク出力と手動的トルク出力は、機械的に合算されて、合算トルク出力として、それぞれに単一である多重化サーボモータ３から出力され、機械的操舵出力伝達機構４を介して複数操舵翼７にそれぞれに伝達される。
【００２３】
図２は、単一の多重化サーボモータに関して１つのトルク出力について、そのトルク出力を制御するトルク出力制御回路８を示している。トルク出力制御回路８の制御対象は、多重化サーボモータ３である。多重化サーボモータ３は、第１電動機３−１と第２電動機３−２とから構成されている。第１電動機３−１と第２電動機３−２は、共通出力軸９を有していて、それらの独立した出力が多重化（合算化、ハイブリッド化）されている。第１電動機３−１は独立に第１アシストトルクＰｘを出力し、第２電動機３−２は独立に第２アシストトルクＰｙを出力することができる。
【００２４】
多重化サーボモータ３の共通出力軸９又は多重化サーボモータ３の共通的入力軸には、既述の手動的トルク出力が入力され、そのままに、共通出力軸９から手動的トルクＰｚとして出力される。合算出力Ｐｓは、第１アシストトルクＰｘと第２アシストトルクＰｙと手動的トルクＰｚとの合算である。
Ｐｓ＝Ｐｘ＋Ｐｚ＋Ｐｙ・・・（１）
第１アシストトルクＰｘと第２アシストトルクＰｙと手動的トルクＰｚとの３つのトルク（トルクに対応）を単一のトルクに機械的に合体して単一の出力に変換する機構は、公知である。そのような公知の機構として、電子的制御機構の他に、差動歯車装置が知られている。
【００２５】
手動的トルクＰｚを機械的出力として出力する操舵用ハンドル２は、手動力・位置センサ６を介して手動的トルクＰｚに対応する手動力電気信号ＥＰｚと、そのトルクが出力されている時の操作量ＰＰｚを出力する。操作量は、トルクＥＰｚと位置ＰＰｚの２変数で記述され、トルクＥＰｚと位置ＰＰｚの２変数は、それぞれに複数翼に関して多次元化されている。以下操作量は、電気信号として操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１で表される。
【００２６】
トルク出力制御回路８は、第１電動機３−１に対応する第１モータ対応コントローラ１２−１と第２電動機３−２に対応する第２モータ対応コントローラ１２−２を含んでいる。第１モータ対応コントローラ１２−１は、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２を含んでいる。第２モータ対応コントローラ１２−２は、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２を含んでいる。操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１は、操舵用ハンドル２の手動力・位置センサ６から出力されて、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２と第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２とに入力される。
【００２７】
第１電動機３−１は、第１モータ対応回転位置センサ（図示されず）と第１モータ対応トルクセンサ（図示されず）と第１モータ対応電流センサ（図示されず）を含んでいる。第１電動機３−１が出力する第１アシストトルクＰｘに対応する位置・電流信号は、以下、電気信号として第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１で表される。
【００２８】
第２電動機３−２は、第２モータ対応回転位置センサ（図示されず）と第２モータ対応トルクセンサ（図示されず）と第２モータ対応電流センサ（図示されず）を含んでいる。第２電動機３−２が出力する手動的パワーＰｚに対応する位置・電流信号は、以下、電気信号として第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２で表される。
【００２９】
第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１は、第１電動機３−１から出力され、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２とに入力される。第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１は、第１電動機３−１が出力する電流と電圧とに基づいて、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１と第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２の中で計算され得る信号に置換され得る。第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２は、第２電動機３−２から出力され、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２とに入力される。第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２は、第２電動機３−２が出力する電流と電圧とに基づいて、第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１と第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２の中で計算され得る信号に置換され得る。
【００３０】
第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第１モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−１との第１モータ対応第１偏差｛ΔＰＰｘ，ΔＥＰｘ｝１４−１−１を計算する。：
ΔＰＰｘ＝ＰＰｚ−ＰＰｘ
ΔＥＰｘ＝ＥＰｚ−（Ｋｘ／Ｋｚ）・ＥＰｘ
ここで、ＫｚとＫｘは、後述される第３分配比例係数と第１分配比例係数である。
第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｘ，ＥＰｘ｝１３−２との第１モータ対応第２偏差｛ΔＰＰｘ’，ΔＥＰｘ’｝１４−１−２を計算する。：
ΔＰＰｘ’＝ＰＰｚ−ＰＰｘ
ΔＥＰｘ’＝ＥＰｚ−（Ｋｘ／Ｋｚ）・ＥＰｘ
【００３１】
第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２との第２モータ対応第１偏差｛ΔＰＰｙ，ΔＥＰｙ｝１４−２−１を計算する。：
ΔＰＰｙ＝ＰＰｚ−ＰＰｙ
ΔＥＰｙ＝ＥＰｚ−（Ｋｙ／Ｋｚ）・ＥＰｙ
第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２は、操作量対応信号｛ＰＰｚ，ＥＰｚ｝１１と第２モータ対応位置・電流信号｛ＰＰｙ，ＥＰｙ｝１３−２との第２モータ対応第２偏差｛ΔＰＰｙ’，ΔＥＰｙ’｝１４−２−２’を計算する。：
ΔＰＰｙ’＝ＰＰｚ−ＰＰｙ
ΔＥＰｙ’＝ＥＰｚ−（Ｋｙ／Ｋｚ）・ＥＰｙ
ここで、Ｋｙは後述される第２分配比例係数である。
【００３２】
トルク出力制御回路８は、第１論理演算器１５−１と第２論理演算器１５−２とを更に含んでいる。第１モータ対応コントローラ１２−１は、四重に第１論理演算器１５−１に接続している。第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１は、二重に第１論理演算器１５−１に接続している。第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２は、二重に第１論理演算器１５−１に接続している。第２モータ対応コントローラ１２−２は、四重に第２論理演算器１５−２に接続している。第２モータ対応第１コントローラ１２−２−１は、二重に第２論理演算器１５−２に接続している。第２モータ対応第２コントローラ１２−２−２は、二重に第２論理演算器１５−２に接続している。
【００３３】
第１論理演算器１５−１は、次の３通りの論理演算を実行する。
第１モータ対応第１論理演算：
ΔＥＰｘとΔＥＰｘ’とが設定有効桁数で一致すれば、第１制御信号１６−１として（ＥＰｘ＋第１制御微分量）を出力する。ここで、第１制御微分量は、ΔＥＰｘ、又は、ΔＥＰｘに対応する量でありΔＥＰｘに一定係数がかけられた量、又は、ΔＥＰｘの大きさに対応してテーブルで規定されている係数がΔＥＰｘに掛けられた量であり、第１制御量である。
【００３４】
第１モータ対応第２論理演算：
ΔＰＰｘとΔＥＰｘ’とが設定有効桁数で一致しなければ、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態（空回り状態）に移行させる第１停止信号１７−１を生成して出力する（詳しくは後述される）。
【００３５】
第１モータ対応第３論理演算：
ΔＥＰｘ又はΔＥＰｘ’が設定時間幅の時間内で設定閾値を越えれば、第１モータ対応第１論理演算の結果と第１モータ対応第２論理演算の結果に係わらず、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−１を生成して出力する。
【００３６】
第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸とが差動歯車で連結されている場合には、それぞれの回転位置に関しても、既述の３つの論理演算が実行される。この場合には、既述の倫理演算では、ＥＰｘ又はＥＰｘ’のＥはＰに置換されて読みなおされる。第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸との間に差動性がない場合には、一体化されている単一の共通出力軸の検出回転位置に基づいて多重化されずに単一の回転位置制御が実行され、その結果として単一の回転数制御（速度制御）が実行される。
【００３７】
第２論理演算器１５−２は、次の３通りの論理演算を実行する。
第２モータ対応第１論理演算：
ΔＥＰｙとΔＥＰｙ’とが設定有効桁数で一致すれば、第２制御信号１６−２として（ＥＰｙ＋第２制御微分量）を出力する。ここで、第２制御微分量は、ΔＥＰｙ、又は、ΔＥＰｙに対応する量でありΔＥＰｙに一定係数がかけられた量、又は、ΔＥＰｙの大きさに対応してテーブルで規定されている係数がΔＥＰｙに掛けられた量であり、第２制御量である。
【００３８】
第２モータ対応第２論理演算：
ΔＰＰｙとΔＥＰｙ’とが設定有効桁数で一致しなければ、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−２を生成して出力する（詳しくは後述される）。
【００３９】
第２モータ対応第３論理演算：
ΔＥＰｙ又はΔＥＰｙ’が設定時間幅の時間内で設定閾値を越えれば、第１モータ対応第１論理演算の結果と第１モータ対応第２論理演算の結果に係わらず、第１電動機３−１の制御を停止して第２電動機３−２による共通出力軸９に対する入力と手動力による共通出力軸９に対する入力とに負荷を与えないように、第１電動機３−１の電源は、これを完全オフ状態に移行させる第１停止信号１７−２を生成して出力する。
【００４０】
第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸とが差動歯車で連結されている場合には、それぞれの回転位置に関しても、既述の３つの論理演算が実行される。この場合、既述の倫理演算では、ＥＰｙ又はＥＰｙ’のＥはＰに置換されて読みなおされる。第１電動機３−１の入出力軸と第２電動機３−２の入出力軸と手動入出力軸との間に差動性がない場合には、一体化されている単一の共通出力軸の検出回転位置に基づいて多重化されずに単一の回転位置制御が実行され、その結果として単一の回転数制御（速度制御）が実行される。
【００４１】
既述のＫｚとＫｘとＫｙは、下記のように規定される。
0004101538.tif 000002
ＫｘとＫｙとを設定する設定器が追加されている。設定器は、第１モータ対応制御器と前記第２モータ対応制御器とにそれぞれに装備されることが好ましい。
【００４２】
手動力出力Ｐｚが共通出力軸９の全出力Ｐｓであれば（このようなことが人為的ではなく自然に起こる確率は、実質的に零である）、Ｋｚ＝１であり、且つ、Ｋｘ＝Ｋｙ＝０になる。万一にもそのようなことが起こる場合には、理論的には、次の２通りが考えられる。
（１）第１電動機３−１が故障し、且つ、第２電動機３−２が故障する場合
そのような故障として、第１電動機３−１と第２電動機３−２の電磁誘導コイルのような機器の同時的焼損が例示される。
（２）トルク出力制御回路８の第１モータ対応制御機器が故障し、且つ、トルク出力制御回路８の第２モータ対応制御機器が故障する場合
第１モータ対応制御機器の故障は、第１モータ対応第１コントローラ１２−１−１又は第１モータ対応第２コントローラ１２−１−２が故障し、且つ、第２モータ対応コントローラ１２−２又は第２モータ対応コントローラ１２−２が同時的に故障する場合、又は、第１論理演算器１５−１が故障し、且つ、第２論理演算器１５−２が故障する場合、後述されるインバータが同時的に故障する場合が、例示される。
【００４３】
トルク出力制御回路８は、第１インバータ１８−１と第２インバータ１８−２を更に含んでいる。第１制御信号１６−１は、第１インバータ１８−１に入力する。第１インバータ１８−１は、第１制御信号１６−１に基づいて、その時のＫｘ・Ｐｓに対応する第１モータ駆動電力１９−１−ｕ，ｖ，ｗを出力する。ここで、｛ｕ，ｖ，ｗ｝は、３相電力の各相成分を示す。第２制御信号１６−２は、第２インバータ１８−２に入力する。第２インバータ１８−２は、第２制御信号１６−２に基づいて、その時のＫｘ・Ｐｓに対応する第１モータ駆動電力１９−２−ｕ，ｖ，ｗを出力する。ここで、｛ｕ，ｖ，ｗ｝は、３相電力の各相成分を示す。第１制御信号１６−１と第２制御信号１６−２とは、既述の位置情報ＰＰｘとＰＰｙとを含んでいる。ＰＰｘとＰＰｙとは同じ値であり、又は、回転角度変換係数σにより、ＰＰｘ＝σ・ＰＰｙで表される（差動歯車が用いられる場合）。
【００４４】
第１サーボモータ３−１と第２サーボモータ３−２として、単一構造化ハイブリッドモータが好適に用いられ得る。単一構造化ハイブリッドモータは、公知であり、同一の回転子を共有し、固定子側第１巻線と固定子側第２巻線とが独立であり、固定子側第１巻線と固定子側第２巻線とは、同一円周上で回転方向に異なる位置に配置され、又は、同一スロットに半径方向に異なる位置に配置されている。このように構造が完全に対称ではない２出力合成モータは、適正に定められる分担比率の２つのトルク出力を持つことが好ましい。全く同じ構造のモータが共通軸化されるハイブリッドモータでは、それぞれのトルク出力が１対１であることが好ましい。出力個数としては、２より大きい値が採択され得る。その場合、ΣＫｊ＋Ｋｚ＝１が設定される。Ｋｘ＋Ｋｚ＋Ｋｙでは、ＫｙはΣＫｉとして読み換えられる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による多重制御冗長電動機、多重制御アクチュエータ、及び、それの冗長制御方法は、４重冗長化により電動機の出力分担と実質的に無故障の制御電動機を提供することができ、結果的に、航空機の操舵システムのようなアクチュエータの無故障長寿命化を実現する技術を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による多重制御アクチュエータの実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、本発明による多重制御アクチュエータの制御回路を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
２…操作器
３…サーボモータ
３−１…第１サーボモータ
３−２…第２サーボモータ
９…共通出力軸
１２−１…第１モータ対応制御器
１２−１−１…第１モータ対応第１制御器
１２−１−２…第１モータ対応第２制御器
１２−２…第２モータ対応制御器
１２−２−１…第２モータ対応第１制御器
１２−２−２…第２モータ対応第２制御器
１４−１…第１モータ対応トルク指令
１４−１−１…第１モータ対応第１トルク指令
１４−１−２…第１モータ対応第２トルク指令
１４−２…第２モータ対応トルク指令
１４−２−１…第２モータ対応第１トルク指令
１４−２−２…第２モータ対応第２トルク指令
１５−１…第１論理演算器
１５−２…第２論理演算器
１８−１…第１電力生成器
１８−２…第２電力生成器
２２−１…第１制御線
２２−２…第２制御線
【図１】
0004101538.tif 000003
【図２】
0004101538.tif 000004