(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と、
前記電動機の回転に応じて流体を出力するポンプと、
前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、
前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備えたアクチュエータにおいて、
前記ポンプによって出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段を備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって出力されて前記流通手段に入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
電動機と、
前記電動機の回転に応じて流体を少なくとも２経路に出力するポンプと、
前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、
前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段と、
前記ポンプによって前記２経路のうちの一方に出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段とを備え、
前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止するアクチュエータにおいて、
前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって前記２経路のうちの他方に出力された流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするアクチュエータ。
【請求項４】
前記流通手段が前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記電動機が前記ポンプに流体の出力を停止させることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機を備えたアクチュエータに関し、より詳しくは、電動機を小型化することが可能なアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動機と、油圧ポンプと、油圧アクチュエータとを一体化したアクチュエータであるＥＨＡ（Electro Hydrostatic Actuator）においては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、電動機のみによって油圧アクチュエータに加わった負荷に対応していた。より具体的に説明すると、従来のＥＨＡにおいては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、油圧ポンプが、電動機の回転に応じて油圧アクチュエータに油を入力することによって、油圧アクチュエータを負荷に対向させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＥＨＡにおいては、油圧アクチュエータに負荷が加わった場合、電動機のみによって油圧アクチュエータに加わった負荷に対応していたため、電動機は、非常に大きな出力能力を有する必要があり、重量や形状が大きくなるという問題があった。特に、電動機の重量や形状が大きい場合、ＥＨＡを航空機の部品として用いることは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、電動機の重量や形状を小型化することが可能なアクチュエータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のアクチュエータは、電動機と、前記電動機の回転に応じて流体を出力するポンプと、前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備えたアクチュエータにおいて、前記ポンプによって出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段を備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、流通手段とシリンダとの間の流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を防止することによって、シリンダに加わった負荷に対向するので、ポンプがシリンダに流体を供給する必要が無くなり、電動機の最大出力能力を低く押さえることができる。したがって、本発明のアクチュエータは、電動機の重量や形状を小型化することができる。
【０００６】
また、本発明のアクチュエータは、前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって出力されて前記流通手段に入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、流通手段がポンプによって出力された流体の流通を防止している場合に、流通手段とシリンダとの間の流体の圧力を上昇させることができる。
【０００７】
また、本発明のアクチュエータは、電動機と、前記電動機の回転に応じて流体を少なくとも２経路に出力するポンプと、前記ポンプによって出力された流体を入力されるシリンダと、前記シリンダの運動に応じて前記電動機の回転を制御する制御手段と、前記ポンプによって前記２経路のうちの一方に出力された流体を前記シリンダに流通させる流通手段とを備え、前記流通手段が、該流通手段によって流通させられて前記シリンダに入力される流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止するアクチュエータにおいて、前記流通手段が、前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記ポンプによって前記２経路のうちの他方に出力された流体の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、前記ポンプによって出力された流体の流通を開始することを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、ポンプによって、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を防止したり、流通手段とシリンダとの間の流体を流通させたりすることができる。換言すると、本発明のアクチュエータは、ポンプによって、流通手段とシリンダとの間の流体の流通を操作することができる。
【０００８】
また、本発明のアクチュエータは、前記流通手段が前記ポンプによって出力された流体の流通を防止している場合、前記電動機が前記ポンプに流体の出力を停止させることを特徴とするものである。この構成により、本発明のアクチュエータは、電動機に加わる負荷をより低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１０】
まず、本実施形態に係るアクチュエータの構成について説明する。
【００１１】
図１において、アクチュエータとしてのＥＨＡ１００は、電動機１１０と、電動機１１０の回転に応じて流体としての油を２経路、即ち、油路２０１及び２０２に出力するポンプ１２０と、ポンプ１２０によって出力された油を入力されるシリンダ１３０と、シリンダ１３０の運動に応じて電動機１１０の回転を制御する制御手段１４０と、ポンプ１２０によって２経路のうちの一方、即ち、油路２０２に出力された油を、油路２０３を介してシリンダ１３０に流通させる流通手段としてのバックアップバルブ１５０とを備えている。
【００１２】
ここで、シリンダ１３０は、シリンダ本体１３１と、シリンダ本体１３１内に配置されたピストン１３２と、ピストン１３２に一体的に係合されたロッド１３３とを備えており、シリンダ本体１３１及びピストン１３２によって、油路２０１を介して油を供給される油供給室１３０ａと、油路２０３を介して油を供給される油供給室１３０ｂとを形成している。
【００１３】
また、制御手段１４０は、シリンダ１３０の運動、即ち、ロッド１３３の移動量を検出する線形可変差動変成器（以下、ＬＶＤＴという。）１４１を備えていて、ＬＶＤＴ１４１によって生成される電気信号をＥＨＡコントローラ１４２を介して電動機１１０に出力することによって、シリンダ１３０の運動に応じて電動機１１０の回転を制御するようになっている。
【００１４】
また、図２において、バックアップバルブ１５０は、部材１６１、１６２、１６３及び１６４によって構成され、それぞれ油路２０１、２０２及び２０３（図１参照）と連通するポート１６０ａ、１６０ｂ及び１６０ｃを形成するバルブ本体１６０と、バルブ本体１６０内に配置されたピストン１７１及びポペット１７２とを備えている。ここで、ピストン１７１は、矢印１５１の方向に油圧を受ける受圧面１７１ａと、矢印１５２の方向に油圧を受ける受圧面１７１ｂ及び１７１ｃとを形成しており、ポペット１７２は、矢印１５１の方向に油圧を受ける受圧面１７２ａを形成している。また、バルブ本体１６０、ピストン１７１及びポペット１７２は、油路１５０ａ、１５０ｂ、１５０ｃ、１５０ｄ、１５０ｅ及び１５０ｆを形成している。
【００１５】
また、バックアップバルブ１５０は、ピストン１７１を矢印１５１の方向に付勢するスプリング１８１と、ポペット１７２を矢印１５２の方向に付勢するスプリング１８２と、ピストン１７１に係合することによりピストン１７１が矢印１５２の方向に移動することを防止するピストン係合部材１８３と、部材間に配置されて部材間に生じる間隙を塞ぐシール部材１９１、１９２、１９３、１９４、１９５及び１９６とを備えている。
【００１６】
また、図１において、ＥＨＡ１００は、油路２０１及び２０２を連通させるか否かを制御するバイパスバルブ３１０と、油路２０１又は２０２を流通する油の流量が不足した場合に油を供給するアキュムレータ３２０と、それぞれ油路２０１及び２０２からアキュムレータ３２０に油が流入することを防止するチェックバルブ３３１及び３３２と、それぞれ油路２０１及び２０３を流通する油の圧力が設定圧力以上になることを防止する安全弁３４１及び３４２と、シリンダ１３０の油供給室１３０ａ及び１３０ｂに供給される油の圧力差を比較する差圧センサ３５０とを備えている。
【００１７】
また、ＥＨＡ１００のロッド１３３には、回転支点４０１を介してアーム４０２が接続されており、アーム４０２は、回転支点４０３を介して、例えば図３に示すような航空機５００の舵面５０１に接続されている。なお、舵面５０１には、ＥＨＡ１００の他に、通常状態で操作に用いる通常操作用のＥＨＡと、通常操作用のＥＨＡの故障等の場合に操作に用いる補助用のＥＨＡとが接続されており、舵面５０１は、複数のＥＨＡによって揺動させられるようになっている。ここで、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作に用いられるとき、バイパスバルブ３１０によって油路２０１及び２０２を連通させないようになっており、舵面５０１の操作に用いられないとき、バイパスバルブ３１０によって油路２０１及び２０２を連通させるようになっている。また、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作に用いられるとき、差圧センサ３５０と舵面５０１の操作に用いられている他のＥＨＡの差圧センサとの出力を比較して、舵面５０１の操作に用いられている他のＥＨＡと同様の動作をするようになっている。
【００１８】
また、図３において、航空機５００は、主に矢印５０２の方向に飛行するので、舵面５０１は、主に矢印５０３の方向に空気抵抗による負荷を受けるようになっている。ここで、ロッド１３３（図１参照）は、舵面５０１が矢印５０３の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けるようになっており、舵面５０１が矢印５０４の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、図１に示す矢印１０２の方向に負荷を受けるようになっている。したがって、ロッド１３３（図１参照）は、主に図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けるようになっている。
【００１９】
次に、本実施形態に係るアクチュエータの作用について説明する。なお、アクチュエータが舵面の操作に用いられるときの作用のみを説明し、アクチュエータが舵面の操作に用いられないときの作用の説明は省略する。
【００２０】
図１及び２において、油供給室１３０ｂは、油路２０３、ポート１６０ｃ、油路１５０ｅ及び１５０ｆに連通しており、油供給室１３０ｂ内の油の圧力は、受圧面１７１ｂが油から受ける圧力と等しいので、油供給室１３０ｂ内の油の圧力が所定圧力未満の圧力である場合、受圧面１７１ｂが油から受ける圧力も所定圧力未満の圧力である。受圧面１７１ｂが油から受ける圧力が所定圧力未満の圧力である場合、ピストン１７１において、スプリング１８１から受ける負荷と、受圧面１７１ａが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング１８２から受ける負荷と、受圧面１７１ｂ及び１７１ｃが油から受ける負荷とを合計した負荷よりも大きいので、バックアップバルブ１５０は図２に示す状態である。なお、ここで述べている所定圧力は、後述するように、バックアップバルブ１５０を閉じるか否かを決定する圧力であるので、以下、弁閉圧力という。弁閉圧力は、スプリング１８１及び１８２の性能によって変更することができ、本実施形態においては、例えば、油供給室１３０ｂ内の油の予想される最大圧力の５０％の圧力に設定されている。
【００２１】
バックアップバルブ１５０が図２に示す状態である場合、油路２０２と油路２０３とが連通しているので、ロッド１３３が実質的に図１に示す矢印１０１の方向に移動せずに一定位置に保持されるためには、以下のような動作が行われる。
【００２２】
ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に微小距離移動すると、ＬＶＤＴ１４１は、ロッド１３３の移動量を検出し、検出したロッド１３３の移動量に応じた電気信号をＥＨＡコントローラ１４２を介して電動機１１０に出力する。電動機１１０は、ＬＶＤＴ１４１によって電気信号を出力されると、出力された電気信号に応じて回転し、ポンプ１２０に、油路２０２、ポート１６０ｂ、油路１５０ｂ、油路１５０ｃ、油路１５０ｄ、ポート１６０ｃ、及び、油路２０３を介して油供給室１３０ｂに油を供給させる。ここで、ＬＶＤＴ１４１によって出力される電気信号は、ロッド１３３が、図１に示す矢印１０１の方向に移動した距離だけ、ポンプ１２０から供給される油によって、図１に示す矢印１０２の方向に移動させられるように決定される。換言すると、ＬＶＤＴ１４１によって出力される電気信号は、ロッド１３３の位置を、ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に微小距離移動する前の位置に戻すように決定される。したがって、バックアップバルブ１５０が図２に示す状態である場合、ロッド１３３は実質的に図１に示す矢印１０１の方向に移動せずに一定位置に保持されることが可能である。
【００２３】
なお、ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けながらも、一定位置に保持される場合として、例えば、図３において、航空機５００が矢印５０２の方向に高速クルージング中である場合などがある。
【００２４】
図１及び２において、バックアップバルブ１５０が図２に示す状態である場合、油供給室１３０ｂ内の油の圧力が弁閉圧力以上の圧力になると、受圧面１７１ｂが油から受ける圧力も弁閉圧力以上の圧力になり、バックアップバルブ１５０は図４に示す状態になる。以下、バックアップバルブ１５０が図２に示す状態から図４に示す状態になる作用について説明する。
【００２５】
バックアップバルブ１５０が図２に示す状態であり、ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けながらも、一定位置に保持される場合、ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に受ける負荷が大きくなれば、油供給室１３０ｂ内の油の圧力、即ち、受圧面１７１ｂが油から受ける圧力も大きくなる。受圧面１７１ｂが油から受ける圧力、即ち、バックアップバルブ１５０によって流通させられてシリンダ１３０に入力される油の圧力、が弁閉圧力以上の圧力になると、ピストン１７１において、スプリング１８２から受ける負荷と、受圧面１７１ｂ及び１７１ｃが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング１８１から受ける負荷と、受圧面１７１ａが油から受ける負荷とを合計した負荷以上の負荷になるので、ピストン１７１と、スプリング１８２によってピストン１７１側に付勢されているポペット１７２とは、図２に示す矢印１５２の方向に移動させられる。ここで、ピストン１７１は、ピストン係合部材１８３によって移動することを防止されるので、ピストン１７１と、スプリング１８２によってピストン１７１側に付勢されているポペット１７２とが、図２に示す矢印１５２の方向に移動させられると、バックアップバルブ１５０は図２に示す状態から図４に示す状態になる。
【００２６】
図１及び４において、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、油路１５０ｃと油路１５０ｄとの連通、即ち、油路２０２と油路２０３との連通はポペット１７２の受圧面１７２ａによって遮断されている。換言すると、バックアップバルブ１５０は、図４に示す状態である場合、ポンプ１２０によって出力された油の流通を防止するようになっている。油路２０２と油路２０３との連通が遮断されていると、ロッド１３３が図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けたとしても、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油は、圧力が安全弁３４２の設定圧力以上にならない限り流通しない。油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油が流通しないと、ロッド１３３は、図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けたとしても、油供給室１３０ｂ内の油の圧力に押し返されて図１に示す矢印１０１の方向に移動することを防止される。
【００２７】
以上述べたように、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、ロッド１３３は、図１に示す矢印１０１の方向に負荷を受けたとしても、バックアップバルブ１５０によって、実質的に図１に示す矢印１０１の方向に移動せずに一定位置に保持されることが可能である。したがって、電動機１１０は、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、即ち、バックアップバルブ１５０がポンプ１２０によって出力された油の油路２０２及び２０３間の流通を防止する場合、回転を停止してポンプ１２０に油の出力を停止するようにすることが可能である。本実施形態に係るアクチュエータは、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、電動機１１０が回転を停止してポンプ１２０に油の出力を停止するようにすると、電動機１１０の出力能力を低下させることができるので、電動機１１０の重量や形状を小型化することができる。
【００２８】
また、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、電動機１１０及びポンプ１２０を駆動させることによって、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油の圧力を上昇させることができる。
【００２９】
より詳細に説明すると、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、電動機１１０及びポンプ１２０が駆動されると、油路１５０ｃと油路１５０ｄとの連通がポペット１７２の受圧面１７２ａによって遮断されているので、油路２０２、１５０ｂ及び１５０ｃ中の油の圧力が上昇する。油路１５０ｃ中の油の圧力が上昇すると、ポペット１７２は、受圧面１７２ａが油から受ける力によって、図４に示す矢印１５１の方向に移動させられ、バックアップバルブ１５０は図５に示す状態になる。バックアップバルブ１５０は図５に示す状態になると、油路１５０ｃ中の油は、油路１５０ｄ、油路２０３、及び、油供給室１３０ｂに供給され、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油の圧力は上昇する。換言すると、バックアップバルブ１５０は、ポンプ１２０によって出力された油の油路２０２及び２０３間の流通を防止している場合、ポンプ１２０によって出力されてバックアップバルブ１５０に入力される油の圧力、即ち、油路２０２中の油の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、ポンプ１２０によって出力された油の流通を開始するようになっている。なお、電動機１１０及びポンプ１２０の駆動を停止すると、油路２０２、１５０ｂ及び１５０ｃ中の油の圧力が減少するので、ポペット１７２は、図５に示す矢印１５２の方向に移動させられ、バックアップバルブ１５０は再び図４に示す状態になる。
【００３０】
したがって、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、例えば、油の漏洩などによって、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油の圧力が減少したとしても、電動機１１０及びポンプ１２０を駆動させることによって、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油の圧力を上昇させることができる。
【００３１】
バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、電動機１１０及びポンプ１２０を駆動させて、油路２０１及び１５０ａ中の油の圧力を上昇させることによって、バックアップバルブ１５０を再び図２に示す状態にすることができる。以下、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態から図２に示す状態になる作用について説明する。
【００３２】
バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、電動機１１０及びポンプ１２０を駆動させて、油路１５０ａ中の油の圧力を上昇させると、ピストン１７１において、スプリング１８１から受ける負荷と、受圧面１７１ａが油から受ける負荷とを合計した負荷は、スプリング１８２から受ける負荷と、受圧面１７１ｂ及び１７１ｃが油から受ける負荷とを合計した負荷よりも大きくなるので、ピストン１７１及びポペット１７２は、図４に示す矢印１５１の方向に移動させられ、バックアップバルブ１５０は図４に示す状態から図２に示す状態になる。換言すると、バックアップバルブ１５０は、ポンプ１２０によって出力された油の油路２０２及び２０３間の流通を防止している場合、ポンプ１２０によって２経路のうちの他方、即ち、油路２０１に出力された油の圧力が所定圧力以上の圧力になったとき、ポンプ１２０によって出力された油の流通を開始するようになっている。
【００３３】
また、バックアップバルブ１５０が図４に示す状態である場合、例えば、油の漏洩などによって、油供給室１３０ｂ及び油路２０３中の油の圧力が減少して弁閉圧力未満の圧力になることによっても、バックアップバルブ１５０は図４に示す状態から図２に示す状態になる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、電動機の最大出力能力を低く押さえることができ、電動機の重量や形状を小型化することができるアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアクチュエータの油圧回路図である。
【図２】図１に示すアクチュエータのバックアップバルブの側面断面図である。
【図３】図１に示すアクチュエータを備えた航空機の平面図である。
【図４】図１に示すアクチュエータのバックアップバルブの、図２とは異なる状態での側面断面図である。
【図５】図１に示すアクチュエータのバックアップバルブの、図２及び４とは異なる状態での側面断面図である。
【符号の説明】
１１０      電動機
１２０      ポンプ
１３０      シリンダ
１４０      制御手段
１５０      バックアップバルブ（流通手段）
１００      ＥＨＡ（アクチュエータ）
２０２      油路（２経路のうちの一方）
２０１      油路（２経路のうちの他方）
【図１】
0004169913.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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