JP3563365B2

JP3563365B2 - Actuator device for controlling the control surface of aircraft

Info

Publication number: JP3563365B2
Application number: JP2001129621A
Authority: JP
Inventors: 正一服部
Original assignee: ティーエスコーポレーション株式会社
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: JP2002323010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ、ポンプ及び電動機を備えた舵面駆動用アクチュエータ装置に関し、より詳しくは、電動機を小型化することが可能な舵面駆動用アクチュエータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、油圧シリンダ、油圧ポンプ及び電動機を一体化した舵面駆動用アクチュエータ装置であるＥＨＡ（Electro Hydrostatic Actuator）として、図３に示すようなＥＨＡ９００が知られている。
【０００３】
図３において、ＥＨＡ９００は、航空機（図示していない。）の舵面９９０を駆動するピストン９１１及びピストン９１１を収納するシリンダ本体９１２を有し、シリンダ本体９１２内にピストン９１１で仕切られた一対のシリンダ室９１０ａ、９１０ｂを形成する油圧シリンダ９１０と、シリンダ室９１０ａ又はシリンダ室９１０ｂに油を供給する油圧ポンプ９２０と、回転に応じて油圧ポンプ９２０から油を吐出させる電動機９３０と、シリンダ本体９１２に対するピストン９１１の位置を検出する位置検出器９４０と、位置検出器９４０の検出結果に基づいて電動機９３０の回転を制御するコントローラ９５０と、一対のシリンダ室内９１０ａ、９１０ｂの油の圧力差を検出する差圧検出器９６０とを備えている。
【０００４】
舵面９９０の傾斜角度を指示する信号が外部からコントローラ９５０に入力されると、コントローラ９５０は、位置検出器９４０から信号線９０１ａを介して入力される検出結果や、差圧検出器９６０から信号線９０１ｂを介して入力される検出結果に基づいて、舵面９９０が外部から指示された傾斜角度になるように、電動機９３０の回転を制御する。電動機９３０が回転すると、油圧ポンプ９２０は、電動機９３０の回転に応じて、油を吐出し、油路９０２ａを介してシリンダ室９１０ａに油を供給し、或いは、油路９０２ｂを介してシリンダ室９１０ｂに油を供給する。
【０００５】
ここで、油圧ポンプ９２０によってシリンダ室９１０ａに油が供給される場合、シリンダ室９１０ａ内の油の圧力が上昇し、ピストン９１１が矢印９００ａの方向に移動する。そして、ピストン９１１の移動に伴って、ピストン９１１に取り付けられたロッド９１３が矢印９００ａの方向に移動し、ロッド９１３に回転支点９９１、アーム９９２及び回転支点９９３を介して連結する舵面９９０が矢印９９０ａの方向に回転する。
【０００６】
また、油圧ポンプ９２０によってシリンダ室９１０ｂに油が供給される場合、シリンダ室９１０ｂ内の油の圧力が上昇し、ピストン９１１が矢印９００ｂの方向に移動する。そして、ピストン９１１の移動に伴って、ピストン９１１に取り付けられたロッド９１３が矢印９００ｂの方向に移動し、ロッド９１３に回転支点９９１、アーム９９２及び回転支点９９３を介して連結する舵面９９０が矢印９９０ｂの方向に回転する。
【０００７】
以上のようにして、ＥＨＡ９００は、舵面９９０を外部から指示された傾斜角度にすることができていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＥＨＡ９００においては、電動機９３０のみによって舵面９９０から油圧シリンダ９１０に加わった負荷に対応していたため、電動機９３０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。電動機９３０の重量や形状が大きい場合、ＥＨＡ９００を航空機の部品として用いることは困難であった。
【０００９】
そこで、本発明は、従来と比較して、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舵面駆動用アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、航空機の舵面を駆動するピストン及び前記ピストンを収納するシリンダ本体を有し、前記シリンダ本体内に前記ピストンで仕切られた一対のシリンダ室を形成するシリンダと、前記シリンダ室に流体を供給するポンプと、回転に応じて前記ポンプから前記流体を吐出させる電動機と、前記シリンダ本体に対する前記ピストンの位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器の検出結果に基づいて前記電動機の回転を制御する制御手段とを備え、前記一対のシリンダ室のうち、前記ピストンが前記舵面から前記航空機の主飛行方向の負荷を受ける方向にあるシリンダ室の方が、もう一方のシリンダ室より前記ピストンの受圧面積が大きい構成を有している。この構成により、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、一対のシリンダ室のうち、舵面が航空機の主飛行方向に一定の負荷を受けている場合に内部の流体の圧力が高い方のシリンダ室が、低い方のシリンダ室よりも、ピストンの受圧面積が大きいので、航空機の飛行中に舵面からシリンダに負荷が加わった場合、従来と比較して小さい圧力でシリンダに加わった負荷に対応することができる。したがって、本発明の舵面駆動用アクチュエータ装置は、従来と比較して、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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい一実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１２】
まず、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の構成について説明する。
【００１３】
図１において、舵面駆動用アクチュエータ装置としてのＥＨＡ１００は、航空機５００（図２参照）の舵面５０１を駆動するピストン１１１及びピストン１１１を収納するシリンダ本体１１２を有し、シリンダ本体１１２内にピストン１１１で仕切られた一対のシリンダ室１１０ａ、１１０ｂを形成する油圧シリンダ（シリンダ）１１０と、油路１０１ａを介してシリンダ室１１０ａに油（流体）を供給するとともに、油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに油を供給する油圧ポンプ（ポンプ）１２０と、回転に応じて油圧ポンプ１２０から油を吐出させる電動機１３０と、シリンダ本体１１２に対するピストン１１１の位置を検出する位置検出器１４０と、位置検出器１４０から信号線１０２ａを介して入力される検出結果に基づいて電動機１３０の回転を制御する制御手段としてのコントローラ１５０とを備えている。
【００１４】
ここで、ピストン１１１には、ロッド１１３と、ロッド１１３よりも径が大きいロッド１１４とが取り付けられており、ロッド１１３には、回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して、航空機５００の舵面５０１が連結されている。また、位置検出器１４０は、ロッド１１４の移動量を検出する線形可変差動変成器（ＬＶＤＴ）から構成されている。
【００１５】
なお、舵面５０１は、ロッド１１３が矢印１００ａの方向に移動したとき、矢印５０１ａの方向に回転し、ロッド１１３が矢印１００ｂの方向に移動したとき、矢印５０１ｂの方向に回転するようになっている。
【００１６】
また、ロッド１１３の方がロッド１１４よりも径が小さいので、シリンダ室１１０ａ及びシリンダ室１１０ｂのうち、矢印１００ｂの方向にあるシリンダ室１１０ｂの方が、もう一方のシリンダ室１１０ａよりピストン１１１の受圧面積が大きくなっている。
【００１７】
また、ＥＨＡ１００は、油路１０１ａ及び油路１０１ｂを流通する油の圧力差を検出し、検出結果を信号線１０２ｂを介してコントローラ１５０に出力する差圧検出器２１０と、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介して入力する制御信号に基づいて、油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させ、或いは、油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断するバイパスバルブ２２０と、油路１０１ａ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リリーフバルブ２３１と、油路１０１ｂ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リリーフバルブ２３２と、リリーフバルブ２３１又はリリーフバルブ２３２を通過した油を貯えるリザーバ２４０と、油路１０１ａを流通する油の流量が不足した場合にリザーバ２４０から油を供給するアンチキャビテーションバルブ２５１と、油路１０１ｂを流通する油の流量が不足した場合にリザーバ２４０から油を供給するアンチキャビテーションバルブ２５２とを備えている。
【００１８】
なお、舵面５０１には、通常状態で操作に用いる通常操作用のＥＨＡとして、上述したようにＥＨＡ１００が接続されているが、ＥＨＡ１００以外にも、他の通常操作用のＥＨＡや、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なども接続されている。
【００１９】
ここで、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、バイパスバルブ２２０によって油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断するようになっており、舵面５０１の操作を実行しないとき、バイパスバルブ２２０によって油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させるようになっている。また、ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、差圧検出器２１０と、舵面５０１の操作を実行している他のＥＨＡの差圧検出器との出力を比較して、舵面５０１の操作を実行している他のＥＨＡと同様の動作をするようになっている。
【００２０】
また、図２に示すように、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５０２の方向、即ち、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。なお、本明細書において、主飛行方向とは、航空機が主に飛行する方向のことを意味しており、本実施の形態においては矢印５０２の方向を意味している。
【００２１】
ここで、図１に示すように、舵面５０１が矢印５０３（図２参照）の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、舵面５０１は矢印５０１ｂの方向に回転され、ロッド１１３及びピストン１１１は矢印１００ｂ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（図２参照）の方向に空気抵抗による負荷を受けるとき、舵面５０１は矢印５０１ａの方向に回転され、ロッド１１３及びピストン１１１は矢印１００ａの方向に負荷を受けるようになっている。
【００２２】
したがって、舵面５０１は、主に矢印５０１ｂの方向に負荷を受け、ピストン１１１は、主に矢印１００ｂの方向に負荷を受け、最大負荷も矢印１００ｂの方向に受けるようになっている。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の動作について説明する。
【００２４】
ＥＨＡ１００は、舵面５０１の操作を実行するとき、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介してバイパスバルブ２２０に油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断させる制御信号を入力するので、バイパスバルブ２２０は、入力した制御信号に従って油路１０１ａ及び油路１０１ｂの連通を遮断させる。
【００２５】
以下、ＥＨＡ１００が舵面５０１の操作を実行する場合の具体例として、外部から舵面５０１の傾斜角度を指示する信号がコントローラ１５０に入力されており、ＥＨＡ１００が舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保っている場合について説明する。
【００２６】
上述したように航空機５００の舵面５０１は主に矢印５０１ｂの方向に負荷を受ける。なお、航空機５００の舵面５０１は矢印５０１ａの方向にも負荷を受けるが、ＥＨＡ１００は、舵面５０１が矢印５０１ａの方向に負荷を受ける場合と同様に動作するので、航空機５００の舵面５０１が矢印５０１ａの方向に負荷を受ける場合についての説明は省略する。
【００２７】
舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わると、回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して舵面５０１と連結するロッド１１３にも矢印１００ｂの方向の負荷が加わる。ロッド１１３に矢印１００ｂの方向の負荷が加わると、ロッド１１３が取り付けられているピストン１１１がシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力を増加させ、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力を減少させる。ここで、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化は、シリンダ室１１０ａと連通する油路１０１ａ内の油と、シリンダ室１１０ｂと連通する油路１０１ｂ内の油との圧力差の変化として、差圧検出器２１０によって検出され、信号線１０２ｂを介して常にコントローラ１５０に出力されている。
【００２８】
したがって、舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わると、コントローラ１５０は、差圧検出器２１０によって出力された検出結果によって、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化を得る。
【００２９】
また、ピストン１１１の移動量、即ち、ピストン１１１に取り付けられたロッド１１４の移動量は、位置検出器１４０によって検出され、信号線１０２ａを介して常にコントローラ１５０に出力されているので、舵面５０１に矢印５０１ｂの方向の負荷が加わって、ロッド１１３が取り付けられているピストン１１１が矢印１００ｂの方向に移動すると、コントローラ１５０は、位置検出器１４０によって出力された検出結果によって、ピストン１１１の位置の変化を得る。
【００３０】
コントローラ１５０は、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化や、ピストン１１１の位置の変化を得ると、得た情報に基づいて、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つように、電動機１３０の回転を制御するので、舵面５０１は、例えば次のように回転する。
【００３１】
油圧ポンプ１２０は、コントローラ１５０によって制御された電動機１３０の回転に応じて、油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに油を供給する。油圧ポンプ１２０によってシリンダ室１１０ｂに油が供給されると、シリンダ室１１０ｂ内の油の圧力が上昇し、ピストン１１１が矢印１００ａの方向に移動する。そして、ピストン１１１の移動に伴って、ピストン１１１に取り付けられたロッド１１３が矢印１００ａの方向に移動し、ロッド１１３に回転支点４０１、アーム４０２及び回転支点４０３を介して連結する舵面５０１が矢印５０１ａの方向に回転する。
【００３２】
なお、油圧ポンプ１２０やピストン１１１の動作によって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油の圧力が設定圧力以上になった場合、リリーフバルブ２３１又はリリーフバルブ２３２は、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油を通過させた後、リザーバ２４０に貯えさせることによって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂ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。また、油圧ポンプ１２０やピストン１１１の動作によって、油路１０１ａ又は油路１０１ｂを流通する油の流量が不足した場合、アンチキャビテーションバルブ２５１又はアンチキャビテーションバルブ２５２は、油路１０１ａ又は油路１０１ｂにリザーバ２４０から油を供給する。
【００３３】
ＥＨＡ１００は、常に以上のような動作、即ち、コントローラ１５０が、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化や、ピストン１１１の位置の変化を得て、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つように電動機１３０の回転を制御し、電動機１３０の回転に応じて移動するピストン１１１が舵面５０１を駆動するという動作を実行しているので、外部から舵面５０１の傾斜角度を指示する信号がコントローラ１５０に入力されている間、舵面５０１を外部から指示された傾斜角度に保つことができる。
【００３４】
なお、舵面５０１が矢印５０１ｂ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、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。
【００３５】
また、ＥＨＡ１００は、故障等によって舵面５０１の操作を実行しないとき、コントローラ１５０から信号線１０２ｃを介してバイパスバルブ２２０に油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させる制御信号を入力するので、バイパスバルブ２２０は、入力した制御信号に従って油路１０１ａ及び油路１０１ｂを連通させる。油路１０１ａ及び油路１０１ｂがバイパスバルブ２２０を介して連通すると、油路１０１ａに連通したシリンダ室１１０ａ内の油の圧力と、油路１０１ｂに連通したシリンダ室１１０ａ内の油の圧力とが等しくなり、油がピストン１１１及びロッド１１３に矢印１００ａ及び矢印１００ｂの方向に負荷を与えなくなる。
【００３６】
したがって、ＥＨＡ１００は、舵面５０１に対して負荷を与えなくなり、舵面５０１は、接続されているＥＨＡ１００以外のＥＨＡによって操作されるようになる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の効果について説明する。
【００３８】
ＥＨＡ１００は、上述したように、航空機５００の舵面５０１の操作に用いられるために、ピストン１１１が最大負荷を矢印１００ｂの方向に受けるようになっている。また、シリンダ室１１０ａよりピストン１１１の受圧面積が大きいシリンダ室１１０ｂが、油圧ポンプ１２０によって内部の油の圧力を上げることにより、ピストン１１１が受ける矢印１００ｂの方向の負荷に対抗するシリンダ室になっている。したがって、ＥＨＡ１００は、上記従来のＥＨＡ９００と比較して、油圧ポンプ１２０が油路１０１ｂを介してシリンダ室１１０ｂに供給する油の最大圧力を小さくすることができ、電動機１３０の最大出力能力を低く押さえることができるので、電動機１３０の重量や形状を小型化することができる。
【００３９】
なお、シリンダ室１１０ａ側のピストン１１１の受圧面積に対するシリンダ室１１０ｂ側のピストン１１１の受圧面積の値の好ましい例として、１．５〜２程度を挙げることができる。
【００４０】
また、本実施の形態において、ＥＨＡ１００は、シリンダ室１１０ａ内の油の圧力及びシリンダ室１１０ｂ内の油の圧力の変化を検出する差圧検出器２１０を備えていたので、ピストン１１１が移動する前、即ち、位置検出器１４０によってピストン１１１の位置の変化が検出される前から、コントローラ１５０によって電動機１３０の回転を制御することができ、舵面５０１の傾斜角度の制御をピストン１１１が移動する前から開始することができていたが、本発明によれば、差圧検出器２１０を備えていない構成であっても良い。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、従来と比較して、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舵面駆動用アクチュエータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る舵面駆動用アクチュエータ装置の油圧回路図である。
【図２】図１に示す舵面駆動用アクチュエータ装置を備えた航空機の平面図である。
【図３】従来の舵面駆動用アクチュエータ装置の油圧回路図である。
【符号の説明】
５００航空機
５０１舵面
１１１ピストン
１１２シリンダ本体
１１０ａシリンダ室
１１０ｂシリンダ室
１１０油圧シリンダ（シリンダ）
１２０油圧ポンプ（ポンプ）
１３０電動機
１４０位置検出器
１５０コントローラ（制御手段）
１００ＥＨＡ（舵面駆動用アクチュエータ装置）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a control device for driving a control surface including a cylinder, a pump, and an electric motor, and more particularly to a control device for controlling a control surface, which can reduce the size of a motor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an EHA 900 as shown in FIG. 3 is known as an EHA (Electro Hydrostatic Actuator) which is a control surface drive actuator device in which a hydraulic cylinder, a hydraulic pump and an electric motor are integrated.
[0003]
3, the EHA 900 includes a piston 911 that drives a control surface 990 of an aircraft (not shown) and a cylinder body 912 that houses the piston 911, and a pair of cylinders 912 partitioned by the piston 911 inside the cylinder body 912. A hydraulic cylinder 910 that forms the cylinder chambers 910a and 910b, a hydraulic pump 920 that supplies oil to the cylinder chamber 910a or the cylinder chamber 910b, an electric motor 930 that discharges oil from the hydraulic pump 920 according to rotation, and a cylinder body 912 A position detector 940 that detects the position of the piston 911, a controller 950 that controls the rotation of the electric motor 930 based on the detection result of the position detector 940, and a difference that detects a pressure difference between the oil in the pair of cylinder chambers 910a and 910b. And a pressure detector 960.
[0004]
When a signal indicating the inclination angle of the control surface 990 is input to the controller 950 from the outside, the controller 950 outputs a detection result input from the position detector 940 via the signal line 901 a and a signal from the differential pressure detector 960. Based on the detection result input via the line 901b, the rotation of the electric motor 930 is controlled so that the control surface 990 has the inclination angle designated from the outside. When the electric motor 930 rotates, the hydraulic pump 920 discharges oil according to the rotation of the electric motor 930 and supplies the oil to the cylinder chamber 910a via the oil passage 902a, or the cylinder chamber 910b via the oil passage 902b. Supply the oil.
[0005]
Here, when oil is supplied to the cylinder chamber 910a by the hydraulic pump 920, the pressure of the oil in the cylinder chamber 910a increases, and the piston 911 moves in the direction of the arrow 900a. Then, with the movement of the piston 911, the rod 913 attached to the piston 911 moves in the direction of the arrow 900a, and the control surface 990 connected to the rod 913 via the rotation fulcrum 991, the arm 992, and the rotation fulcrum 993 is indicated by an arrow. It rotates in the direction of 990a.
[0006]
When oil is supplied to the cylinder chamber 910b by the hydraulic pump 920, the pressure of the oil in the cylinder chamber 910b increases, and the piston 911 moves in the direction of the arrow 900b. Along with the movement of the piston 911, the rod 913 attached to the piston 911 moves in the direction of the arrow 900b, and the control surface 990 connected to the rod 913 via the rotation fulcrum 991, the arm 992, and the rotation fulcrum 993 is indicated by an arrow. Rotate in the direction of 990b.
[0007]
As described above, the EHA 900 was able to set the control surface 990 to the inclination angle instructed from the outside.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional EHA 900, since the load applied to the hydraulic cylinder 910 from the control surface 990 is supported only by the electric motor 930, the electric motor 930 needs to have a very large output capability, and the weight and the shape are large. There was a problem of becoming. When the weight and shape of the electric motor 930 are large, it has been difficult to use the EHA 900 as a component of an aircraft.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for a control surface drive that can reduce the maximum output capability of a motor as compared with the related art, and can reduce the weight and shape of the motor. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a rudder surface drive actuator device of the present invention has a piston that drives a rudder surface of an aircraft and a cylinder body that houses the piston, and is partitioned by the piston in the cylinder body. A cylinder forming a pair of cylinder chambers, a pump for supplying fluid to the cylinder chamber, an electric motor for discharging the fluid from the pump in accordance with rotation, and a position detector for detecting a position of the piston with respect to the cylinder body. And control means for controlling the rotation of the electric motor based on the detection result of the position detector, wherein the piston receives a load in the main flight direction of the aircraft from the control surface of the pair of cylinder chambers. The cylinder chamber in the direction has a larger pressure receiving area of the piston than the other cylinder chamber. With this configuration, the actuator device for controlling the surface of the drive of the present invention provides a cylinder having a higher internal fluid pressure when the control surface of the pair of cylinder chambers receives a constant load in the main flight direction of the aircraft. The chamber has a larger piston receiving pressure area than the lower cylinder chamber, so if a load is applied to the cylinder from the control surface during flight of the aircraft, it will respond to the load applied to the cylinder with a smaller pressure than in the past can do. Therefore, the actuator device for driving a control surface of the present invention can reduce the maximum output capability of the electric motor as compared with the related art, and can reduce the weight and shape of the electric motor.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0012]
First, the configuration of the actuator device for driving a control surface according to the present embodiment will be described.
[0013]
In FIG. 1, an EHA 100 as a control surface drive actuator device has a piston 111 for driving a control surface 501 of an aircraft 500 (see FIG. 2) and a cylinder main body 112 for housing the piston 111. A hydraulic cylinder (cylinder) 110 forming a pair of cylinder chambers 110a, 110b partitioned by 111 and an oil (fluid) are supplied to the cylinder chamber 110a via an oil passage 101a, and the cylinder chamber is supplied via an oil passage 101b. A hydraulic pump (pump) 120 for supplying oil to 110b, an electric motor 130 for discharging oil from the hydraulic pump 120 according to rotation, a position detector 140 for detecting the position of the piston 111 with respect to the cylinder body 112, and a position detector 140 based on the detection result input via the signal line 102a. And a controller 150 as a control means for controlling the rotation of the motive 130.
[0014]
Here, a rod 113 and a rod 114 having a larger diameter than the rod 113 are attached to the piston 111, and the rod 113 is attached to the aircraft 500 via a rotation fulcrum 401, an arm 402 and a rotation fulcrum 403. The control surface 501 is connected. Further, the position detector 140 is configured by a linear variable differential transformer (LVDT) that detects the amount of movement of the rod 114.
[0015]
The control surface 501 rotates in the direction of arrow 501a when the rod 113 moves in the direction of arrow 100a, and rotates in the direction of arrow 501b when the rod 113 moves in the direction of arrow 100b. I have.
[0016]
Further, since the diameter of the rod 113 is smaller than that of the rod 114, of the cylinder chamber 110a and the cylinder chamber 110b, the cylinder chamber 110b in the direction of the arrow 100b receives the pressure of the piston 111 from the other cylinder chamber 110a. The area is increasing.
[0017]
The EHA 100 also detects a pressure difference between the oil flowing through the oil passage 101a and the oil passage 101b, and outputs a detection result to the controller 150 via a signal line 102b, and a signal line 102c from the controller 150. Based on a control signal input through the oil passage 101a, the oil passage 101a and the oil passage 101b are communicated with each other, or the bypass valve 220 that shuts off the communication between the oil passage 101a and the oil passage 101b, and the pressure of the oil flowing through the oil passage 101a. Valve 231 for preventing the pressure from becoming equal to or higher than the set pressure, a relief valve 232 for preventing the pressure of oil flowing through the oil passage 101b from becoming equal to or higher than the set pressure, and oil passing through the relief valve 231 or the relief valve 232. And a reservoir 240 when the flow rate of the oil flowing through the oil passage 101a is insufficient. An anti-cavitation valve 251 supplies et oil, and a anti-cavitation valve 252 supplies the oil from the reservoir 240 when the flow rate of the oil flowing through the oil passage 101b is insufficient.
[0018]
As described above, the EHA 100 is connected to the control surface 501 as an EHA for normal operation used for operation in the normal state. However, in addition to the EHA 100, another EHA for normal operation or an EHA for normal operation is used. An auxiliary EHA used for operation in the event of a failure of the EHA or the like is also connected.
[0019]
Here, the EHA 100 shuts off the communication between the oil passages 101a and 101b by the bypass valve 220 when the operation of the control surface 501 is performed, and when the operation of the control surface 501 is not executed, 220 connects the oil passage 101a and the oil passage 101b. Further, when performing the operation of the control surface 501, the EHA 100 compares the output of the differential pressure detector 210 with the output of the differential pressure detector of another EHA performing the operation of the control surface 501 to determine the control surface. The same operation as the other EHA executing the operation 501 is performed.
[0020]
Further, as shown in FIG. 2, since the aircraft 500 mainly flies in the direction of arrow 502, the control surface 501 receives a load due to air resistance mainly in the direction of arrow 502, that is, in the direction of arrow 503. It has become. In the present specification, the main flight direction means a direction in which an aircraft mainly flies, and in this embodiment, a direction indicated by an arrow 502.
[0021]
Here, as shown in FIG. 1, when the control surface 501 receives a load due to air resistance in the direction of arrow 503 (see FIG. 2), the control surface 501 is rotated in the direction of arrow 501b, and the rod 113 and the piston 111 When the control surface 501 receives a load due to air resistance in the direction of arrow 504 (see FIG. 2), the control surface 501 is rotated in the direction of arrow 501a and the rod 113 The piston 111 receives a load in the direction of the arrow 100a.
[0022]
Therefore, the control surface 501 receives a load mainly in the direction of the arrow 501b, the piston 111 receives a load mainly in the direction of the arrow 100b, and also receives the maximum load in the direction of the arrow 100b.
[0023]
Next, the operation of the control surface drive actuator device according to the present embodiment will be described.
[0024]
When the EHA 100 executes the operation of the control surface 501, the controller 150 inputs a control signal to the bypass valve 220 via the signal line 102c to cut off the communication between the oil passage 101a and the oil passage 101b. The communication between the oil passages 101a and 101b is interrupted in accordance with the input control signal.
[0025]
Hereinafter, as a specific example of the case where the EHA 100 executes the operation of the control surface 501, a signal indicating the inclination angle of the control surface 501 is input from the outside to the controller 150, and the EHA 100 specifies the control surface 501 from the outside. The case where the tilt angle is maintained will be described.
[0026]
As described above, the control surface 501 of the aircraft 500 receives a load mainly in the direction of the arrow 501b. Although the control surface 501 of the aircraft 500 also receives a load in the direction of the arrow 501a, the EHA 100 operates similarly to the case where the control surface 501 receives a load in the direction of the arrow 501a. A description of the case of receiving a load in the direction of arrow 501a will be omitted.
[0027]
When a load in the direction of arrow 501b is applied to the control surface 501, a load in the direction of arrow 100b is also applied to the rod 113 connected to the control surface 501 via the rotation fulcrum 401, the arm 402, and the rotation fulcrum 403. When a load is applied to the rod 113 in the direction of the arrow 100b, the piston 111 to which the rod 113 is attached increases the oil pressure in the cylinder chamber 110b and decreases the oil pressure in the cylinder chamber 110a. Here, changes in the oil pressure in the cylinder chamber 110a and the oil pressure in the cylinder chamber 110b depend on the oil in the oil passage 101a communicating with the cylinder chamber 110a and the oil in the oil passage 101b communicating with the cylinder chamber 110b. Is detected by the differential pressure detector 210 and is always output to the controller 150 via the signal line 102b.
[0028]
Therefore, when a load in the direction of arrow 501b is applied to the control surface 501, the controller 150 determines the oil pressure in the cylinder chamber 110a and the oil pressure in the cylinder chamber 110b based on the detection result output by the differential pressure detector 210. Get the change.
[0029]
Further, the movement amount of the piston 111, that is, the movement amount of the rod 114 attached to the piston 111 is detected by the position detector 140 and is always output to the controller 150 via the signal line 102a. When the load in the direction of arrow 501b is applied to the piston 111 and the piston 111 to which the rod 113 is attached moves in the direction of arrow 100b, the controller 150 determines the position of the piston 111 based on the detection result output by the position detector 140. Get change.
[0030]
When the controller 150 obtains a change in the oil pressure in the cylinder chamber 110a and the oil pressure in the cylinder chamber 110b, and a change in the position of the piston 111, the controller 150 is instructed from the outside to control the control surface 501 based on the obtained information. Since the rotation of the electric motor 130 is controlled so as to maintain the inclined angle, the control surface 501 rotates as follows, for example.
[0031]
The hydraulic pump 120 supplies oil to the cylinder chamber 110b via the oil passage 101b according to the rotation of the electric motor 130 controlled by the controller 150. When oil is supplied to the cylinder chamber 110b by the hydraulic pump 120, the pressure of the oil in the cylinder chamber 110b increases, and the piston 111 moves in the direction of the arrow 100a. Then, with the movement of the piston 111, the rod 113 attached to the piston 111 moves in the direction of the arrow 100a, and the control surface 501 connected to the rod 113 via the rotation fulcrum 401, the arm 402, and the rotation fulcrum 403 has an arrow. It rotates in the direction of 501a.
[0032]
When the pressure of the oil flowing through the oil passage 101a or 101b becomes equal to or higher than the set pressure due to the operation of the hydraulic pump 120 or the piston 111, the relief valve 231 or the relief valve 232 connects the oil passage 101a or the oil passage 101b. After passing the oil flowing through the oil passage 101, the oil is stored in the reservoir 240, thereby preventing the pressure of the oil flowing through the oil passage 101a or 101b from becoming equal to or higher than the set pressure. When the flow rate of the oil flowing through the oil passage 101a or 101b becomes insufficient due to the operation of the hydraulic pump 120 or the piston 111, the anti-cavitation valve 251 or the anti-cavitation valve 252 is connected to the reservoir 101 to the oil passage 101a or the oil passage 101b. The oil is supplied from 240.
[0033]
The EHA 100 always performs the above operation, that is, the controller 150 obtains a change in the oil pressure in the cylinder chamber 110a and a change in the oil pressure in the cylinder chamber 110b and a change in the position of the piston 111, and obtains the control surface 501. The rotation of the electric motor 130 is controlled so as to maintain the inclination angle instructed from the outside, and the piston 111 that moves in accordance with the rotation of the electric motor 130 performs the operation of driving the control surface 501. While the signal indicating the inclination angle of the surface 501 is input to the controller 150, the control surface 501 can be maintained at the inclination angle specified from the outside.
[0034]
The case where the control surface 501 is maintained at a fixed position while receiving a load in the direction of arrow 501b includes, for example, a case where the aircraft 500 is cruising at high speed in the direction of arrow 502.
[0035]
In addition, when the EHA 100 does not execute the operation of the control surface 501 due to a failure or the like, the controller 150 inputs a control signal for communicating the oil passage 101a and the oil passage 101b to the bypass valve 220 via the signal line 102c. 220 makes the oil passage 101a and the oil passage 101b communicate with each other according to the input control signal. When the oil passage 101a and the oil passage 101b communicate with each other via the bypass valve 220, the oil pressure in the cylinder chamber 110a communicating with the oil passage 101a is equal to the oil pressure in the cylinder chamber 110a communicating with the oil passage 101b. As a result, the oil does not apply a load to the piston 111 and the rod 113 in the directions of the arrows 100a and 100b.
[0036]
Therefore, the EHA 100 does not apply a load to the control surface 501, and the control surface 501 is operated by an EHA other than the connected EHA 100.
[0037]
Next, a description will be given of an effect of the control surface drive actuator device according to the present embodiment.
[0038]
As described above, since the EHA 100 is used for operating the control surface 501 of the aircraft 500, the piston 111 receives the maximum load in the direction of the arrow 100b. The cylinder chamber 110b, in which the pressure receiving area of the piston 111 is larger than that of the cylinder chamber 110a, becomes a cylinder chamber against the load in the direction of the arrow 100b received by the piston 111 by increasing the pressure of the internal oil by the hydraulic pump 120. I have. Therefore, the EHA 100 can reduce the maximum pressure of the oil supplied from the hydraulic pump 120 to the cylinder chamber 110b via the oil passage 101b, and suppress the maximum output capability of the electric motor 130, as compared with the conventional EHA 900. Therefore, the weight and shape of the electric motor 130 can be reduced.
[0039]
A preferred example of the value of the pressure receiving area of the piston 111 on the cylinder chamber 110b side with respect to the pressure receiving area of the piston 111 on the cylinder chamber 110a side is about 1.5 to 2.
[0040]
In the present embodiment, the EHA 100 includes the differential pressure detector 210 that detects changes in the oil pressure in the cylinder chamber 110a and the oil pressure in the cylinder chamber 110b. In other words, before the position change of the piston 111 is detected by the position detector 140, the rotation of the electric motor 130 can be controlled by the controller 150, and the control of the inclination angle of the control surface 501 is performed before the piston 111 moves. However, according to the present invention, a configuration without the differential pressure detector 210 may be employed.
[0041]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the maximum output capability of an electric motor can be suppressed low compared with the prior art, and the actuator device for control surface drive which can reduce the weight and shape of an electric motor can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a hydraulic circuit diagram of a control surface drive actuator device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of an aircraft including the control surface drive actuator device shown in FIG.
FIG. 3 is a hydraulic circuit diagram of a conventional control device for driving a control surface .
[Explanation of symbols]
500 Aircraft 501 Control surface 111 Piston 112 Cylinder body 110a Cylinder chamber 110b Cylinder chamber 110 Hydraulic cylinder (cylinder)
120 Hydraulic pump (pump)
130 motor 140 position detector 150 controller (control means)
100 EHA (control surface drive actuator device)

Claims

A cylinder that has a piston that drives a control surface of an aircraft and a cylinder body that houses the piston, and forms a pair of cylinder chambers partitioned by the piston in the cylinder body.
A pump for supplying a fluid to the cylinder chamber,
An electric motor that discharges the fluid from the pump in accordance with rotation,
A position detector for detecting a position of the piston with respect to the cylinder body;
Control means for controlling the rotation of the electric motor based on the detection result of the position detector,
Of the pair of cylinder chambers, the cylinder chamber in which the piston receives a load in the main flight direction of the aircraft from the control surface has a larger pressure receiving area of the piston than the other cylinder chamber. Control surface drive actuator device .