JP4898104B2 - 電気機械式制動装置用アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、電気機械式制動装置用のアクチュエータ、当該アクチュエータを含む制動装置、当該制動装置を少なくとも一つ含む乗り物、および前記アクチュエータを利用する方法に関する。

ディスク積層体と、少なくとも一つのアクチュエータとを具備し、このアクチュエータが、押圧装置と、押圧装置をディスク積層体と整列しつつ移動させるために配置されて押圧装置をディスク積層体に対し押圧するようにする電気モータとを具備した電気機械式制動装置が公知である。

電気モータは、目標の制動強さの関数である公称圧力に等しい圧力でもって、押圧装置をディスク積層体に対し押圧するよう制御される。この公称圧力を、このようにして制動される車輪のスリップ検出に応答して調整して車輪がロックするのを防止するようにすることができる。

したがって、電気モータは、次の機能、すなわち
無視できるトルク下において押圧装置をディスク積層体に向けて急速接近させることと、
一般には低速だが高トルク下にある制御速度において、ディスク積層体に対し公称圧力を印加させることと、
短距離であるが非常に速くかつ高トルク下における変位の実行を必要とする、公称圧力の調整を行うことと、
を実行するように寸法決めされる必要がある。

第３の条件は非常に制約的なものであり、また、強力な、したがって大重量で慣性が大きいという欠点を有するモータの使用を必要とする。

例えばドイツ国特許出願公開第１９８５８７６４Ａ号公報には、圧電組体がアクチュエータの押圧装置内に配置され、圧電組体が公称圧力を調整するよう機能し、電気モータが公称圧力を印加するためにだけ使用され、したがってより低電力の電気モータを使用でき、したがって軽量で電気消費量のより少ない電気モータを使用できるようにすることが提案されている。

にもかかわらず、当該公報で提案された構造では、圧電組体は押圧装置と共に移動し、このため、圧電組体への電気接続が複雑になる。

当該技術については、米国特許出願公開第５０９０５１８Ａ号公報、米国特許出願公開第６１７９０９７Ａ号公報、または実際に欧州特許出願公開第０９８４１９０Ａ号公報にも示されている。

本発明の目的は、圧電素子への電気接続が特に簡単な圧電組体を含む電気機械式制動装置用アクチュエータを提供することである。

より詳しくは、本発明は、押圧装置と、押圧装置をディスク積層体と整列しつつ移動させるためにかつ制動圧をディスク積層体に印加するために配置された第１の駆動部材とを具備し、ディスク積層体に印加される制動圧を調整するのに適した圧電組体を具備する第２の駆動部材を含んでいる電気機械式制動装置用アクチュエータを提供し、本発明によれば、定置された端部を提供するように圧電組体がアクチュエータ内部に配置される。

したがって、圧電組体は押圧装置と共に移動せず、それにより、電気接続が圧電組体に電力を供給するためのものであるかまたは圧電組体の端子間の電圧を読み込むためのものであるかに関わらず、圧電組体への電気接続が著しく容易になる。接続されていないワイヤでもって、あるいはアクチュエータの信頼性を低減する要因である摺動接点またはスリップリングでもってさえも、接続部を設けることはもはや必要でない。

本発明の好ましい実施態様によれば、アクチュエータは、
内部を押圧装置が摺動軸線に沿って摺動するハウジングと、
摺動軸線回りに回動するようにかつ螺旋接続を介し押圧装置に接続されるように、押圧装置周りのハウジング内部に配置されたスリーブと、

前記第１の駆動部材を形成する電気モータであって、スリーブ周りのハウジング内部に配置されると共にスリーブを回転駆動するために配置される電気モータと、
管状形状をなしかつ電気モータ周りのハウジング内部に配置される圧電組体とを具備し、該圧電組体が、定置端部に加えて、スリーブのための軸線方向当接部を形成する他の端部を有し、スリーブが摺動軸線に対し平行の方向に移動されるように圧電組体が配置される。

本発明の特別な観点では、電気モータは不可逆の駆動システムを介して押圧装置に接続される。
有利には、アクチュエータは圧電組体の端子間の電圧を測定するための手段と関連付けられる。
本発明はまた、少なくとも一つのこのようなアクチュエータを含む制動装置、および少なくとも一つのこのような制動装置を含む乗り物を提供する。
本発明はさらに、少なくともアクチュエータが作動していない間に、圧電組体の端子間の電圧を感知する、本発明の電気機械式アクチュエータを利用する方法を提供する。

本発明は、添付図面を参照した以下の説明から、さらに理解されるであろう。

図１を参照すると、航空機用車輪１は、回転軸線Ｘ回りに軸２上を回転するように軸受３を介して装着される。車輪１には、ディスク積層体を具備した制動装置が取り付けられており、このディスク積層体は、軸線Ｘと一致する中心軸線を有すると共に、周縁のスプライン５により車輪１と共に回転するよう拘束されている回転子ディスク４と、回転子ディスク４と交互に配置されかつ内側スプライン８を介しトーションチューブ７と共に回転するよう拘束されている固定子ディスク６とから構成される。トーションチューブ７自体は、ねじ１０によってリング９に接続されている。リング９の軸２に対する回転がストッパ手段（ここでは図示しない）により阻止されており、それにより固定子ディスク６が回転しないようにされている。

リング９は複数の電気機械式アクチュエータ１１を担持し、図１には一つのアクチュエータのみが示されている。各アクチュエータ１１は並進移動可能な押圧装置１２を有し、この押圧装置１２は駆動部材（ここでは図示しない）により作動されて押圧板１３を介しディスク積層体を圧縮する。
電気機械式アクチュエータ１１は、リング９周りに円周方向に配置され、中心軸線Ｘ周りに分布される。

図２を参照すると、各アクチュエータ１１はハウジングを具備し、このハウジングは本実施例では円筒状本体１４と、リング９に締結するための板を形成する端壁１５と、キャップ１６とを具備する。

アクチュエータ１１がリング９に装着されたときに、押圧装置１２は、軸線Ｘに対しほぼ平行な摺動軸線Ｙに沿って摺動するようハウジング内に装着される。端壁１５に固定されかつ非円形形状（例えば六角形）をなすロッド１７は、押圧装置１２の相補的形状の空洞内に係合されて押圧装置１２がアクチュエータのハウジングに対し回転するのを防止する。

押圧装置１２周りをスリーブ１８が延びており、このスリーブ１８はハウジング内部の軸線Ｙ回りに回転するよう装着される。スリーブ１８はねじ付きの衛星ローラ１９により提供される螺旋接続を介し押圧装置１２に接続され、これらローラ１９は、押圧装置１２と共に長手方向に移動するよう拘束されると共に、スリーブの内ねじ（図示しない）と協働する。

スリーブ１８周りを電気モータ２０が延びており、この電気モータ２０はスリーブ１８と共に回転するよう拘束される回転子２０Ａと、ハウジング内部に定置された固定子２０Ｂとを具備する。

電気モータ２０に電力が供給されると、回転子２０Ａがスリーブ１８と共に回転せしめられる。したがって、スリーブ１８の回転により、軸線Ｙに沿った対応する方向の軸線方向に押圧装置１２が移動せしめられる。

座金２２を支承するローラ当接部２１によって、スリーブ１８が軸線方向に停止される。
座金２２それ自体は、圧電組体２３の一端２３Ａを支承する。この圧電組体は本実施例では、モータ２０周りに延びる中空シリンダの形の一体的な組体であり、ハウジングの円筒状本体１４内に受容される。

本発明の重要な配置によれば、圧電組体２３は、定置された端部を提供するようにアクチュエータ内に配置され、本実施例では端部２３Ｂはハウジングの定置部分、具体的には円筒状本体１４の内面を押圧する。

この配置により、圧電組体２３への電力供給の構成が非常に簡単になる。というのは、従来技術とは異なり、組体がアクチュエータ内で移動しないからである。

圧電組体２３の二つの端子間、特に組体２３の外周縁と内周縁間において圧電組体２３に電圧が印加されると、圧電組体２３は軸線Ｙに平行な方向に膨張または収縮する（逆圧電効果）。

アクチュエータは次のように作動する。
電気モータ２０に電力供給されてまず、ディスク積層体から離れた待機位置からディスク積層体に接触する位置まで押圧装置１２の接近運動が発生せしめられ、次いで、ディスク積層体に対し圧力を印加ないし適用する圧力印加変位が発生せしめられて目標制動強さの関数として決定される公称圧力に等しい制動圧が印加される。

公称圧力が印加されているときには、押圧装置１２は圧縮状態にあり、スリーブ１８は押圧装置１２が受ける力と同一の力のもとで伸長状態にある。ローラ当接部２１はこの力を、座金２２したがって圧電組体２３に伝達し、かくして圧電組体は押圧装置１２が受ける力と同一の力のもとで圧縮状態にある。

そうすると、圧電組体２３の端子間における電位差を読み取ることにより、押圧装置１２が受ける力したがって押圧装置がディスク積層体に印加する圧力を表す直接測定値が得られるということになる（順圧電効果）。

この特性から、例えば駐車制動力を印加するときのように圧電組体２３が制動を調整すべく積極的に使用されない段階において、圧電組体を力センサとして利用できるという利点が得られる。この目的のために、アクチュエータには、圧電組体２３の端子間の電圧を測定するための手段が関連付けられており、この手段は例えばアクチュエータの制御ユニットに含ませることができる。

航空機用制動装置では、車輪１がロックしないように制動圧を調整するのが一般的であり、ここでロックは車輪の回転速度が急激に低下するという特徴を有する。圧電組体が取り付けられていない公知のアクチュエータでは、制動圧の調整のために制御されるのは電気モータである。

本実施例では、制動の調整に圧電組体２３が使用され、モータ２０は押圧装置１２の接近運動および圧力印加運動を提供するためにのみ使用される。この目的のために、電圧が圧電組体２３の端子間に印加されて圧電組体２３の軸線方向長さが変化せしめられる。したがって、この変化により、スリーブ１８のしたがって押圧装置１２を、押圧装置１２がディスク積層体に作用する力を変調すなわち減少または増加させるような方向において、わずかに（ミリメートルの数百分の１のオーダ）軸線方向変位させることができる。かくして、最大静的力に対する圧電効果を低減することができ、あるいは最小静的力から開始してディスク積層体に印加される力を増加するために逆に圧電効果を利用することができる。この間、モータ２０はその角度位置に定置維持される。このようにして得られた押圧装置の変位は、ミリメートルの数百分の１のオーダであり、これは、制動装置およびディスク積層体の剛性を前提として、制動力を大きく変更させるのにかなり十分である。

制動作用を調整するための第２の駆動部材を使用することによって、複数の利点が提供される。

まず電気モータ２０について説明すると、無視できるトルクおよび高速でもって接近運動が実行されることが確認される。これは、図３のグラフに示す動作点ＰＦ１に対応する。圧力印加変位は高レベルのトルク下でしかしながら低速度で実行される。これは、同じグラフの動作点ＰＦ２に対応する。

同一の電気モータ２０を使用して制動調整を行うのであれば、モータが、グラフに破線で略示される領域Ｒであって制動圧調整の特徴である高トルク下での急速移動に対応する領域Ｒ内に位置する動作点において動作可能であることが必要であろう。この態様では、すべての目標の動作点と両立できる必要がある電力Ｐの電気モータ（特性が破線によって示されている）を選択する必要があるであろう。

しかし、制動圧の調整が圧電組体２３によって行われるときには、電気モータ２０が、制動圧の調整に対応するグラフの領域Ｒに位置するこれらの動作点を占める能力を有する必要はもはやなく、動作点ＰＦ１，ＰＦ２を占める能力のみを有することで足りる。したがって、電力Ｐを著しく下回る電力Ｐ’のモータを選択することができる（その特性が図３の実線で示されている）。
このようにして選択された電気モータ２０の重量はしたがってはるかに軽く、電力消費量も著しく減少する。

圧電組体２３について説明すると、圧電組体は制動圧調整を実行するのに特によく適合される。圧電組体２３は、かなりの慣性により不利である電気モータの応答と比較して、非常に高速な応答を提供し、したがって圧電組体が、非常に高くかつ制動圧調整に特に有利な変位速度を達成することが可能になる。にもかかわらず、圧電組体２３の限定されたストロークは、軸線方向についての制動装置の剛性が高レベルであることを前提として、制動圧の調整に必要なストロークと両立できる。

したがって、特定の作用を専門とする二つの駆動部材、具体的には電気モータ２０および圧電組体２３、を使用することによって、重量をかなり低減しつつアクチュエータの作動が最適化される。

本発明の配置の他の利点は、電気モータ２０から押圧装置１２に駆動を伝達するシステムの効率および精度についての要件をかなり緩和できるという事実にある。圧電組体のない従来の電気機械式アクチュエータでは、加熱および高い電気消費をもたらす摩擦損失を回避するために優れた効率を達成することが重要であり、また、印加される制動圧を精密に制御できるようにするために、高精度を有することが必要である。本発明のアクチュエータでは、圧電組体２３が制動圧を調整する限り、電気モータ２０によって印加される圧力についての精度を緩和することができる。したがって、効率および精度要件を緩和することにより、アクチュエータの製造コストをかなり節減することができるようになる。

電気モータ２０と押圧装置１２間の駆動システムを不可逆であるように構成することも可能である。このことは、従来の電気機械式アクチュエータで考えることは困難である。不可逆性に付随する主な欠点はジャミングないし故障の危険性である。この危険性を回避するために、従来のアクチュエータは可逆の駆動システムにより構成されている。このことは、制動力を維持するために制動中に電力を電気モータに連続的に供給しなければならないことを意味し、またこのことは、航空機が停止しかつ電気モータに電力が供給されない場合に遮断圧力が制動装置上に維持されるのを確保するために、遮断部材を設ける必要があることを意味する。

圧電組体２３によってジャミングの危険性は著しく低減される。ディスク積層体から押圧装置１２を移動するために電気モータ２０を逆方向に作動させる前に、電圧が圧電組体２３の端子間に印加されて目標量だけ組体が収縮せしめられる。この収縮によって、制動圧がかなり低減され、したがって電気モータ２０が押圧装置１２を随伴できるようになる。したがって、電気モータ２０と押圧装置１２間に不可逆の駆動システムを設けることができ、かくして目標の圧力レベルが印加されると電気モータへの電力供給を停止し、それによってかなりの電力節減を達成することのみならず、遮断部材を省略することもできるようになる。

図４は、電気モータ２０および圧電組体２３を制御する一つの方法を示している。
電気モータ２０の基準角度位置Ｃ_nomは制動計算器（図示しない）によって生成される。この基準は目標の制動強さの関数として選択される公称制動圧に対応する。この基準は一定であるか、またはゆっくり変化する。
次いで、電気モータ２０は、基準Ｃ_nomに応答して押圧装置１２を移動させ、それにより距離ｄ_eだけ押圧装置１２を移動させる。

この移動を、圧電組体２３の端子間の基準電圧Ｖ_pを印加した結果である距離ｄ_pだけ短縮してもよい。したがって、結果として得られる押圧装置１２の移動は
ｄ＝ｄ_e−ｄ_p
に等しい。

制動装置の軸線方向剛性を前提として、この移動ｄにより、対応する制動圧がディスク積層体に印加され、次いでこの圧力によって車輪１に制動トルクＣが発生される。車輪のスリップを検出するために車輪１の回転速度の低下が測定される。スリップ防止フィルタ３０は回転速度の測定値を利用して基準電圧Ｖ_p（スリップがないときにはゼロである）を生成する。

本発明は、上述した本発明の特定の特徴に限定されるものではなく、しかしながら特許請求の範囲の記載により画定される本発明の範囲内に含まれることとなるあらゆる変更例を包含する。

特に、圧電組体それ自体がすべての制動圧調整を行うことが上述されているが、本発明の範囲内に留まりつつ、圧電組体がこの調整の一部のみを行うように電気モータ２０を制御することも可能である。このことは、圧電組体のストロークによって制動圧をほぼ完全に解放することができない場合に特に適用できる。この制動圧のほぼ完全な解放はたとえば車輪が氷の板の上にあると必要となり得る。このような状況下において、電気モータは制動圧を解放するよう制御され、それにより圧電組体を補助する。したがって、大部分の制動状態下において、制動圧のすべての調整は圧電組体によって行われる。圧電組体が電気モータによって補助されるのは、例外的な状況下においてのみである。このような状況下では、圧電組体は制動圧調整の一部分のみを行う。

一体的な圧電組体が示されているが、直列配置された複数の一体要素から構成される組体を用意してもよい。
圧電組体は管状構造であるとして示されているが、他の構成、例えば管状面周りに互いに平行に配置される複数の圧電バーを利用することもできる。この場合、圧電バーは平行に作動する。
他の構成では、一端がなお定置されたものでありつつ、押圧装置の軸線に沿ってすなわち押圧装置内に延びる単一の圧電バーを用意することもできる。

本発明の航空機の電気機械式制動装置の断面図である。 図１に示す制動装置に取り付けられた電気機械式アクチュエータの断面図である。 図２に示すアクチュエータの電気モータがどのようにして選択されるかを示すトルク（Ｃ）対速度（Ｖ）線図である。 図２のアクチュエータを制御するための回路のブロック線図である。

符号の説明

１ 車輪
１１ アクチュエータ
１２ 押圧装置
２０ 電気モータ
２３ 圧電組体
２３Ｂ 定置端部

Claims (6)

1. 電気機械式制動装置用アクチュエータであって、
   ハウジング（１４，１５，１６）と、
   該ハウジングに対し摺動可能な押圧装置（１２）と、
   該押圧装置（１２）の摺動軸線回りに回動するように押圧装置（１２）周りに延びるスリーブ（１８）であって、螺旋接続を介し押圧装置（１２）に係合するスリーブ（１８）と、
   制動圧をディスク積層体に印加するために該押圧装置（１２）を該ディスク積層体と整列しつつ移動させるように該スリーブ（１８）を回転駆動する電気モータ（２０）を具備する第１の駆動部材と、
   該ディスク積層体に印加された制動圧を調節するための圧電組体（２３）を具備する第２の駆動部材と、
   を具備するアクチュエータにおいて、
   圧電組体（２３）が、管状をなすと共に、電気モータ（２０）周りのハウジング内部に延び、
   圧電組体（２３）が、ハウジング内部の定置された端部（２３Ｂ）と、スリーブ（１８）のための軸線方向当接部を形成する他の端部（２３Ａ）とを有する、
   ことを特徴とするアクチュエータ。
2. 電気モータ（２０）が不可逆の駆動システムを介して押圧装置（１２）に接続されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 圧電組体（２３）の端子間の電圧を測定するための手段と関連付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
4. 請求項１から３までのいずれか１項に記載のアクチュエータを少なくとも一つ含む電気機械式制動装置。
5. 請求項４に記載の制動装置を少なくとも一つ含む乗り物。
6. 請求項１から３までのいずれか１項に記載の電気機械式制動装置用アクチュエータを利用する方法において、少なくとも前記アクチュエータが作動していない間に、電圧を圧電組体（２３）の端子間から取り込むことを特徴とする方法。

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