特許 7555740 スプール位置推定装置、航空機用油圧アクチュエータ装置、スプール位置推定方法、スプール位置推定プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-13

(45)【発行日】2024-09-25

(54)【発明の名称】スプール位置推定装置、航空機用油圧アクチュエータ装置、スプール位置推定方法、スプール位置推定プログラム

(51)【国際特許分類】

   F16K 31/06 20060101AFI20240917BHJP

   B64C 13/40 20060101ALI20240917BHJP

   F16K 37/00 20060101ALI20240917BHJP

【ＦＩ】

F16K31/06 320A

B64C13/40

F16K37/00 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020116649

(22)【出願日】2020-07-06

(65)【公開番号】P2022014364

(43)【公開日】2022-01-19

【審査請求日】2023-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】安井 努

【審査官】藤森 一真

(56)【参考文献】

【文献】特開平０５－０４５３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６５０２５５４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０２０－０１６３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０１４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１２１０８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０３－１８２６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１３１４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３７０７５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－１７４５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１５６５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３１／０６ － ３１／１１

Ｆ１６Ｋ ３７／００

Ｇ０１Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給する供給部と、
前記高周波信号が供給された状態における前記ソレノイドに関する電気的情報を取得する取得部と、
前記取得部で取得された前記電気的情報と前記供給部から供給された前記高周波信号との差分に基づいて前記スプールの位置を推定する推定部と
を備える電磁弁のスプール位置推定装置。

【請求項2】

予め取得したスプールの位置と当該位置に対応するソレノイドに関する電気的情報との対応関係情報を記憶する記憶部を備え、
前記推定部は前記対応関係情報を用いて前記スプールの位置を推定する
請求項１に記載のスプール位置推定装置。

【請求項3】

予め取得したスプールの位置と当該位置に対応するソレノイドに関する電気的情報とをもとに機械学習により生成されたスプール位置推定モデルを記憶する記憶部を備え、
前記推定部は前記スプール位置推定モデルを用いて前記スプールの位置を推定する
請求項１または２に記載のスプール位置推定装置。

【請求項4】

前記推定部は前記電気的情報からデジタルフィルタによって抽出された前記高周波信号の周波数成分と前記高周波信号との差分に基づいて前記スプールの位置を推定する
請求項１から３のいずれかに記載のスプール位置推定装置。

【請求項5】

前記高周波信号は正弦波または矩形波である
請求項１から４のいずれかに記載のスプール位置推定装置。

【請求項6】

前記ソレノイドに関する電気的情報は前記ソレノイドの逆起電力を含む
請求項１から５のいずれかに記載のスプール位置推定装置。

【請求項7】

航空機の被駆動体を駆動する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータを制御する電磁弁と、
前記電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給する供給部と、
前記高周波信号が供給された状態における前記ソレノイドに関する電気的情報を取得する取得部と、
前記取得部で取得された前記電気的情報と前記供給部から供給された前記高周波信号との差分に基づいて前記スプールの位置を推定する推定部と
を備える航空機用油圧アクチュエータ装置。

【請求項8】

電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給するステップと、
前記高周波信号が供給された状態における前記ソレノイドに関する電気的情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記電気的情報と供給された前記高周波信号との差分に基づいて前記スプールの位置を推定する推定ステップと
を含む電磁弁のスプール位置推定方法。

【請求項9】

電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給するステップと、
前記高周波信号が供給された状態における前記ソレノイドに関する電気的情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記電気的情報と供給された前記高周波信号との差分に基づいて前記スプールの位置を推定する推定ステップと
を含む処理をコンピュータに実行させるための電磁弁のスプール位置推定プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スプール位置推定装置、航空機用油圧アクチュエータ装置、スプール位置推定方法、スプール位置推定プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、油圧システムに用いられる電磁切換弁が記載されている。この電磁切換弁は、ソレノイドのコイルを通電励磁して可動鉄心を固定鉄心に吸着移動させることによって、該可動鉄心に連動する弁スプールの位置が軸方向に変位してポート接続が切換えられ、油圧回路の流路を切り換えるものである。この電磁切換弁は、弁スプールの一方の端部側にソレノイドを備えており、ソレノイドの通電状態に応じて可動鉄心とともに弁スプールが所定位置に移動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第６５０２５５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

油圧アクチュエータのモード切替にはソレノイドによって駆動される電磁弁による切替機構が使用される。この電磁弁では、スプールに加わる外力などにより、スプール位置が目標位置からずれ、モード切替が不完全になる場合がある。このため、スプール位置を検知する位置センサを取り付けることも考えられるが、この場合は部品点数が増えて小型軽量化の観点で不利である。

【0005】

特許文献１に記載の電磁切換弁は、多数の構成要素を組み合わせて構成されており、構成が複雑であるため、小型軽量化に十分に対応できるとはいえない。

【0006】

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で電磁弁のスプール位置を推定可能なスプール位置推定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の電磁弁のスプール位置推定装置は、電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給する供給部と、高周波信号が供給された状態におけるソレノイドに関する電気的情報を取得する取得部と、取得部で取得された電気的情報と供給部から供給された高周波信号との比較結果に基づいてスプールの位置を推定する推定部とを備える。

【0008】

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡易な構成で電磁弁のスプール位置を推定可能なスプール位置推定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係る位置推定装置を備えたアクチュエータ装置を概略的に示す図である。

【図2】図１のアクチュエータ装置を示すブロック図である。

【図3】図２の推定部を示すブロック図である。

【図4】図２の供給部を示すブロック図である。

【図5】高周波信号および駆動電圧の一例を示す波形図である。

【図6】図３の対応関係テーブルのデータを模式的に示す図である。

【図7】推定部の別例を示すブロック図である。

【図8】図７の位置推定モデルのデータセットを模式的に示す図である。

【図9】図７の位置推定モデルを模式的に示す図である。

【図10】図１のアクチュエータ装置の位置制御システムの一例を示すブロック図である。

【図11】電磁弁のスプール位置推定方法の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本開示の概要を説明する。例えば、油圧アクチュエータのモード切替にソレノイドを有する電磁弁による切替機構を用いることが考えられる。しかし、ソレノイドの可動子（例えば可動鉄心）の位置を検知しない構成では、実際に油圧アクチュエータのモードが切り替わったか否かは、アクチュエータの挙動から推測することになる。この場合、確実にモードが切り替わっているか否かは、実際に作動するまで確認できないため、レイテント（潜在的）な故障モードを誘発する可能性も考えられる。

【0012】

電磁弁のスプール位置を検知するために、位置センサーを用いることが考えられる。例えば、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：(線形可変差動変圧器）やリニアポテンショメータ等の位置センサーをソレノイドに付加してスプール位置を測定し、油圧アクチュエータのモード切替が確実に行われていたか確認することが考えられる。この場合、スプール位置を検知する為にＬＶＤＴ等の位置センサーおよびその周辺電子回路を付加するため、構造が複雑になり、重量が増え、大型化するなどの懸念がある。また、部品点数が増えることにより、作動油の漏洩、信頼性およびコストパフォーマンスの悪化などの懸念もある。

【0013】

本発明者は、部品点数を削減してコスト及び故障率を改善し、また信頼性を向上する観点から、ＬＶＤＴ等の位置センサーを用いることなく、電磁弁のスプール位置を検知する技術を案出した。この技術では、まず、電磁弁のスプールを駆動するソレノイドに高周波信号を供給する。高周波信号が供給された状態のソレノイドに関する電気的情報を取得する。取得した電気的情報と供給部から供給された高周波信号との比較結果に基づいてスプールの位置を推定する。スプールは可動子と連動するので、可動子の位置からスプール位置を推定できる。この場合、簡易な構成で電磁弁のスプール位置を推定できる。

【0014】

高周波信号は、ソレノイドの駆動電圧に重畳できる。ソレノイドに関する電気的情報は、ソレノイドの駆動電圧および駆動電流、ソレノイドに発生する逆起電力等であってもよい。これらの電気的情報は、ソレノイドのコイルと可動子の相対位置によって変化するため、逆起電力と電流の振幅や位相を元の高周波信号と比較することでスプール位置を推定できる。また、逆起電力はスプールの移動速度に略比例するため、逆起電力の変化から電磁弁の劣化状態を把握できる。また、この技術によれば、可動子の移動速度も推定できるため、被駆動体の質量や負荷を推定できる。
以下、本開示の構成について実施形態を参照して詳述する。

【0015】

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0016】

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

【0017】

［第１実施形態］
図１、図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る位置推定装置１００を説明する。図１は、位置推定装置１００を備えるアクチュエータ装置１０を概略的に示す図である。アクチュエータ装置１０の用途に限定はなく、油圧や空圧により駆動力を生成する各種の動力源として使用できる。図１の例では、アクチュエータ装置１０は、航空機１の尾翼の舵面、主翼の可動翼および滑走用の車輪を支持する脚の少なくとも１つの被駆動体２に駆動力を付与する装置として使用される。主翼の可動翼としては、主翼のエルロン２ａ、フラップ２ｂが挙げられる。尾翼の舵面としては、尾翼の方向舵２ｃ、昇降舵２ｄなどが挙げられる。滑走用の車輪を支持する着陸脚としては、主翼に設けられる主脚２ｆと、胴体に設けられる胴体脚２ｇなどが挙げられる。

【0018】

図２は、アクチュエータ装置１０を示すブロック図である。アクチュエータ装置１０は、位置推定装置１００と、バルブユニット５０とを含む。バルブユニット５０は、駆動部４０と、電磁弁５２と、油圧アクチュエータ５６とを含む。電磁弁５２は、ソレノイド４４とスプール５４とを含み、ソレノイドバルブと称されることがある。油圧アクチュエータ５６は、ピストン５８を含む。

【0019】

駆動部４０は、上位制御システムから供給される制御信号ＣＮＴに基づいて電磁弁５２のソレノイド４４を駆動するために駆動電圧Ｄ０を出力する駆動回路として機能する。駆動電圧Ｄ０は、制御信号ＣＮＴに基づいて振幅が変化する交流または直流であってもよい。本実施形態の駆動電圧Ｄ０は制御信号ＣＮＴに基づいてデューティ比が変化するＰＷＭ電圧である。駆動電圧Ｄ０には、後述する高周波信号Ｓｈが重畳されて駆動電圧Ｄ１となる。

【0020】

ソレノイド４４は、コイル４６と可動子４８とを含む。スプール５４は、シャフト４８ｓを介して可動子４８に接続されており、可動子４８の移動に連動して移動する。駆動電圧Ｄ１が供給されると、ソレノイド４４のコイル４６には駆動電圧Ｄ１に応じて駆動電流が流れる。駆動電流がコイル４６に流れることによりコイル４６の内部に磁界が発生する。可動子４８は、コイル４６が磁界を発生させるとシャフト４８ｓを介してスプール５４を押し出す方向（図中で下向き）に移動し、磁界がなくなるとスプリング（不図示）の付勢力により反対方向（図中で上向き）に移動する。つまり、スプール５４の位置（以下、「スプール位置」という）は、可動子４８位置に連動して、駆動電圧Ｄ１に応じて変化する。電磁弁５２は、スプール位置が変化することにより油圧の供給経路を切り替えて油圧アクチュエータ５６を制御する。油圧アクチュエータ５６は、電磁弁５２の制御に基づいてピストン５８に油圧を加え、ピストン５８に接続された被駆動体２を駆動する。

【0021】

位置推定装置１００は、電磁弁５２のスプールの位置を推定する。上位制御システムは、位置推定装置１００の推定結果Ｅｓに応じて、制御信号ＣＮＴを変化させる。例えば、上位制御システムは、スプール位置の変化量が不足している場合、ソレノイド４４の駆動力を増加させるように駆動部４０を制御する。

【0022】

図２に示すように、位置推定装置１００は、供給部２０と、取得部２４と、推定部３０とを備える。供給部２０は、電磁弁５２のスプール５４を駆動するソレノイド４４に高周波信号Ｓｈを供給する。取得部２４は、高周波信号Ｓｈが供給された状態におけるソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅを取得する。推定部３０は、取得部２４で取得された電気的情報Ｊｅと供給部２０から供給された高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置を推定する。電気的情報Ｊｅと高周波信号Ｓｈとの比較結果は、後述する振幅差Ｃｐによって例示される。

【0023】

図３は、推定部３０を示すブロック図である。図３を含む各図に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0024】

図４は、供給部２０を示すブロック図である。供給部２０は、信号発生部２０ｇと、信号注入部２０ｊとを含む。信号発生部２０ｇは、高周波信号Ｓｈの元となる源信号Ｇｓを発生する。信号注入部２０ｊは、源信号Ｇｓを増幅して駆動電圧Ｄ０に重畳する。高周波信号Ｓｈは、正弦波、矩形波または３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波など各種の波形を有し得る。本実施形態の高周波信号Ｓｈは、正弦波または矩形波である。ここで、正弦波は、厳密な正弦波に限定されず、三角波または台形波と称される波形を含む。

【0025】

図５は、駆動電圧Ｄ０、高周波信号Ｓｈ、駆動電圧Ｄ１および電流波形Ｉｃの一例を示す波形図である。電流波形Ｉｃは、駆動電圧Ｄ１によってコイル４６に流れる駆動電流の電流波形であり、駆動電圧Ｄ１によって生じる。この例では、駆動電圧Ｄ０は、ハイレベルとローレベルを有するＰＷＭ波形であり、高周波信号Ｓｈは正弦波である。ハイレベルは駆動部４０のオン期間であり、ローレベルは駆動部４０のオフ期間である。駆動電圧Ｄ１は、駆動電圧Ｄ０のハイレベルとローレベルの少なくとも一方に重畳されている。高周波信号Ｓｈの振幅は、駆動電圧Ｄ０よりも小さく設定される。高周波信号Ｓｈの周波数は、ソレノイド４４が応答できない高さに設定される。

【0026】

電流波形Ｉｃにおいて、高周波信号Ｓｈによって生じる高周波成分は、コイル４６のインダクタンスの大きさによって変化する。例えば、可動子４８がコイル４６から離れており、コイル４６のインダクタンスが小さいときは電流波形Ｉｃの高周波成分の振幅は大きくなる（図５のＡで示す領域）。可動子４８がコイル４６に接近しており、コイル４６のインダクタンスが大きくなれば電流波形Ｉｃの高周波成分の振幅は小さくなる（図５のＢで示す領域）。したがって、駆動電流Ｉｃの電流波形高周波成分の振幅の大きさによってコイル４６に対する可動子４８の位置（すなわちスプール位置）を推定できる。

【0027】

図５の例で示すように、ＰＷＭ波形の繰り返し周期は、高周波信号Ｓｈの繰り返し周期より長いことが望ましい。一例として、ＰＷＭ波形の周波数が６ｋＨｚ～８ｋＨｚである場合に、高周波信号Ｓｈの周波数は１０ｋＨｚ以上であってもよい。高周波信号Ｓｈの周波数は、ＰＷＭ波形の周波数の２倍以上が好ましく、４倍以上はより好ましく、１０倍以上は一層好ましい。高周波信号Ｓｈの周波数が過度に高いと、推定部３０の動作が追いつかず誤動作することが考えられる。このため、高周波信号Ｓｈの周波数は１００ｋＨｚ以下であってもよい。

【0028】

この例の取得部２４は、電気的情報Ｊｅとして駆動電圧Ｄ１とコイル４６に流れる駆動電流Ｉｃとを取得する。駆動電流Ｉｃのセンサとしては、ＤＣＣＴ（直流カレントトランス）や電流センス抵抗など、種々の電流センサを採用できる。本実施形態では、ホール効果を利用して駆動電流Ｉｃの周りに生じる磁界を電圧に変換するホール素子方式電流センサである。この場合、直流から高周波まで電流に比例した出力が得られる点で有利である。

【0029】

図３に示すように、推定部３０は、第１受信部３０ａと、第２受信部３０ｂと、第３受信部３０ｃと、高周波成分抽出部３０ｅと、逆起電力抽出部３０ｆと、振幅比較部３０ｇと、位置推定部３０ｊとを有する。第１受信部３０ａは、供給部２０から高周波信号Ｓｈを受信する。第２受信部３０ｂは、取得部２４で取得された電気的情報Ｊｅのうち駆動電流Ｉｃを受信する。第３受信部３０ｃは、取得部２４で取得された電気的情報Ｊｅのうち駆動電圧Ｄ１を受信する。高周波成分抽出部３０ｅは、駆動電流Ｉｃから高周波信号Ｓｈの周波数成分Ｉｈを抽出するデジタルフィルタである。一例として、周波数成分Ｉｈはフーリエ変換を用いて抽出できる。

【0030】

逆起電力抽出部３０ｆは、駆動電流Ｉｃと駆動電圧Ｄ１とから逆起電力Ｅｂを抽出する。一例として、逆起電力Ｅｂは、コイル４６の抵抗値に駆動電流Ｉｃを乗じた結果（電圧降下）と駆動電圧Ｄ１との差分を得る演算により抽出できる。振幅比較部３０ｇは、高周波信号Ｓｈの振幅と周波数成分Ｉｈの振幅とを比較し、これらの振幅差Ｃｐを特定する。振幅比較部３０ｇは、公知の振幅比較器を用いて構成できる。位置推定部３０ｊは、振幅差Ｃｐに基づいて、対応関係テーブル３２ｄを用いて、スプール位置の推定結果Ｅｓを特定する。

【0031】

記憶部３２は、予め取得したスプール５４の位置Ｐｓと当該位置Ｐｓに対応するソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅとの対応関係情報として対応関係テーブル３２ｄを記憶している。位置Ｐｓおよび電気的情報Ｊｅは、実験、シミュレーションまたはこれらの組合せによって予め取得することができる。記憶部３２は、推定部３０に含まれてもよいし、推定部３０とは別に設けられて公知の情報伝達機構により接続されてもよい。記憶部３２は、１つの位置推定装置１００に対応して１つ設けられてもよいし、複数の位置推定装置１００に対応して１つ設けられてもよい。

【0032】

図６を参照して、対応関係テーブル３２ｄを説明する。図６は、対応関係テーブル３２ｄのデータを模式的に示す図である。発明者の検討により、コイル４６と可動子４８の相対位置によってコイル４６のインダクタンスが変化し、駆動電圧Ｄ１に対する駆動電流Ｉｃの振幅が変化するため、振幅差Ｃｐと可動子４８の位置（スプール位置）との間には一定の相関があることが判明している。

【0033】

本実施形態の対応関係テーブル３２ｄは、予め実測されたスプール位置（Ｐｓ（０）、Ｐｓ（１）・・・）に対応する振幅差（Ｃｐ（０）、Ｃｐ（１）・・・）と逆起電力（Ｅｂ（０）、Ｅｂ（１）・・・）の対応関係を示す図である。対応関係テーブル３２ｄは、予め実験により実測された測定値に基づいて生成できる。例えば、電磁弁５２にスプール５４の位置を検知するためのセンサを取り付け、電磁弁５２を作動させ、スプール位置Ｐｓを変化させながら対応する振幅差Ｃｐと逆起電力Ｅｂとを計測してもよい。

【0034】

位置推定部３０ｊは、振幅差Ｃｐをキーにして対応関係テーブル３２ｄを用いて、スプール位置Ｐｓを特定する。またこの例では、位置推定部３０ｊは、逆起電力Ｅｂをキーにして対応関係テーブル３２ｄを用いて、スプール位置Ｐｓを特定している。位置推定部３０ｊは、振幅差Ｃｐから特定したスプール位置Ｐｓと、逆起電力Ｅｂから特定したスプール位置Ｐｓとの一方を推定結果Ｅｓとして出力してもよいし、両方を推定結果Ｅｓとして出力してもよい。本実施形態では、位置推定部３０ｊは、振幅差Ｃｐから特定したスプール位置Ｐｓと、逆起電力Ｅｂから特定したスプール位置Ｐｓの平均を推定結果Ｅｓとして出力する。複数の電気的情報に基づいてスプール位置Ｐｓを推定するため、推定精度が高い。また、逆起電力Ｅｂは可動子４８の移動速度に略比例するため、逆起電力Ｅｂの変化から電磁弁５２の劣化状態、負荷状態等を把握できる。

【0035】

図７、図８、図９を参照して、位置推定モデル３２ｍを用いてスプール位置Ｐｓを推定する推定部３０の別例を説明する。図７は、推定部３０の別例を示すブロック図であり、図３に対応する。図８は、位置推定モデル３２ｍのデータセット３２ｎを模式的に示す図である。図９は、位置推定モデル３２ｍを模式的に示す図である。図７の位置推定部３０ｊは、スプール位置Ｐｓを推定するために、対応関係テーブル３２ｄに代えて位置推定モデル３２ｍを用いる点で図３の例と相違し、他の構成は同様である。

【0036】

位置推定モデル３２ｍは、スプール位置Ｐｓと、当該位置Ｐｓに対応するソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅとをもとに予め機械学習により生成される。この例では、位置推定モデル３２ｍは、図９に示すように、予め取得されたスプール位置（Ｐｓ（０）、Ｐｓ（１）・・・）と、振幅差（Ｃｐ（０）、Ｃｐ（１）・・・）と、逆起電力（Ｅｂ（０）、Ｅｂ（１）・・・）と、駆動電流（Ｉｃ（０）、Ｉｃ（１）・・・）とをデータセット３２ｎとし、このデータセット３２ｎを教師データとして機械学習（教師有り学習）により生成している。

【0037】

位置推定モデル３２ｍは、例えば、サポートベクターマシン、ニューラルネットワーク（ディープラーニングを含む）、ランダムフォレスト等、公知の機械学習手法を用いて生成できる。位置推定モデル３２ｍは、記憶部３２に格納される。位置推定モデル３２ｍは、当該電磁弁５２の実測値をもとに生成されてもよいし、他の同種のソレノイドバルブについて収集された過去の実測値をもとに生成されてもよい。

【0038】

位置推定部３０ｊは、図９に示すように、新たに取得された振幅差Ｃｐと、逆起電力と、駆動電流Ｉｃとを入力データとして位置推定モデル３２ｍに入力し、位置推定モデル３２ｍから出力データとしてスプール位置Ｐｓを得る。位置推定部３０ｊは、位置推定モデル３２ｍから得られたスプール位置Ｐｓを推定結果Ｅｓとして出力する。

【0039】

このように構成された本実施形態の位置推定装置１００の特徴を説明する。位置推定装置１００は、電磁弁５２のスプール５４を駆動するソレノイド４４に高周波信号Ｓｈを供給する供給部２０と、高周波信号Ｓｈが供給された状態におけるソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅを取得する取得部２４と、取得部２４で取得された電気的情報Ｊｅと供給部２０から供給された高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置を推定する推定部３０とを備える。

【0040】

この構成によれば、位置センサを使用せずに簡易な構成で電磁弁のスプール位置を推定できるので、小型軽量化に有利である。また、相対的な比較結果に基づいて推定するため、高周波信号の変化による影響が打ち消され、推定精度の低下を防止できる。また、油圧アクチュエータのモードが切り替わったか否かを高精度に推定できるので、潜在的な故障モードの見落としを防止できる。

【0041】

位置推定装置１００は、予め取得したスプール５４の位置Ｐｓと、当該位置Ｐｓに対応するソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅとの対応関係情報を記憶する記憶部３２を備える。推定部３０は、対応関係情報を用いてスプール５４の位置Ｐｓを推定する。この場合、予め記憶された対応関係情報を用いて推定するので、高い推定精度を得られる。

【0042】

位置推定装置１００は、予め取得したスプール５４の位置Ｐｓと、当該位置Ｐｓに対応するソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅとをもとに機械学習により生成された位置推定モデル３２ｍを記憶する記憶部３２を備える。推定部３０は、位置推定モデル３２ｍを用いてスプール５４の位置Ｐｓを推定する。この場合、機械学習により予め生成された位置推定モデルを用いて推定するので、データ処理の高速化に有利であり、高い推定精度を得られる。

【0043】

本実施形態では、推定部３０は、電気的情報Ｊｅからデジタルフィルタによって抽出された高周波信号Ｓｈの周波数成分Ｃｈと高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置Ｐｓを推定する。この場合、周波数成分Ｃｈと高周波信号Ｓｈとの振幅差に基づいて推定できるので、波形の歪み、温度変化、経時変化等の環境変化の影響による推定精度の低下を抑制できる。

【0044】

本実施形態では、高周波信号Ｓｈは、正弦波または矩形波である。この場合、外部からのランダムなノイズの影響を受けにくく、外部ノイズによる推定精度の低下を抑制できる。

【0045】

本実施形態では、ソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅは、ソレノイド４４の逆起電力Ｅｂを含む。この場合、逆起電力Ｅｂから可動子４８の移動速度に関する情報を抽出できるので、移動速度の変化から電磁弁５２の劣化状態を把握できる。

【0046】

次に、本実施形態の位置推定装置１００を備えるアクチュエータ装置１０の位置制御システム９０を説明する。図１０は、アクチュエータ装置１０の位置制御システム９０を示すブロック図である。図１０に示す位置制御システム９０は、第１フィードバックループ７０と、第２フィードバックループ８０とを有する。第１フィードバックループ７０は、アクチュエータ装置１０の油圧アクチュエータ５６のピストン５８の位置Ｐｑをフィードバックする。第２フィードバックループ８０は、電磁弁５２のスプール位置Ｐｓの推定結果Ｅｓをフィードバックする。

【0047】

第１フィードバックループ７０は、油圧アクチュエータ５６と、ＬＶＤＴ６２と、第１誤差増幅器７２とを含む。ＬＶＤＴ６２は、ピストン５８の位置Ｐｑを検知する。第１誤差増幅器７２は、位置指令信号Ａｃｍｄとピストン５８の位置Ｐｑとの差（ピストン位置の誤差）を増幅してスプール位置の指令信号Ｐｃｍｄを駆動部４０に供給する。アクチュエータの位置指令信号Ａｃｍｄは、上位制御システムから供給される。第１フィードバックループ７０は、ピストン５８の位置Ｐｑが位置指令信号Ａｃｍｄに追従するように制御を行う。

【0048】

第２フィードバックループ８０は、位置制御システム９０は、位置推定装置１００と、駆動部４０と、電磁弁５２と、第２誤差増幅器８４とを含む。第２誤差増幅器８４は、スプール位置の指令信号Ｐｃｍｄと推定結果Ｅｓとの差（スプール位置の誤差）を増幅して制御信号ＣＮＴを駆動部４０に供給する。駆動部４０は、制御信号ＣＮＴに基づいて電磁弁５２を駆動する。電磁弁５２は、駆動部４０の駆動に応じて油圧アクチュエータ５６を駆動する。第２フィードバックループ８０は、推定結果Ｅｓが指令信号Ｐｃｍｄに追従するように制御を行う。

【0049】

以下、本発明の第２～第４実施形態を説明する。第２～第４実施形態の図面および説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

【0050】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態は、航空機用油圧アクチュエータ装置１０である。アクチュエータ装置１０は、航空機１の被駆動体２を駆動する油圧アクチュエータ５６と、油圧アクチュエータ５６を制御する電磁弁５２と、電磁弁５２のスプール５４を駆動するソレノイド４４に高周波信号Ｓｈを供給する供給部２０と、高周波信号Ｓｈが供給された状態におけるソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅを取得する取得部２４と、取得部２４で取得された電気的情報Ｊｅと供給部２０から供給された高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置を推定する推定部３０とを備える。アクチュエータ装置１０は、システムであってもよい。

【0051】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。加えて、位置センサが不要で部品点数が少ないため、信頼性を向上可能な航空機用油圧アクチュエータ装置を提供できる。

【0052】

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態は、電磁弁５２のスプール位置推定方法Ｓ１１０である。図１１は、位置推定方法Ｓ１１０の一例を示すフローチャートである。スプール位置推定方法Ｓ１１０は、電磁弁５２のスプール５４を駆動するソレノイド４４に高周波信号Ｓｈを供給するステップＳ１１２と、高周波信号Ｓｈが供給された状態におけるソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅを取得する取得ステップＳ１１４と、取得ステップＳ１１４で取得された電気的情報Ｊｅと供給された高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置を推定する推定ステップＳ１１６とを含む。

【0053】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

【0054】

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態は、電磁弁のスプール位置推定プログラム（コンピュータプログラム）である。本実施形態の位置推定プログラムは、電磁弁５２のスプール５４を駆動するソレノイド４４に高周波信号Ｓｈを供給するステップＳ１１２と、高周波信号Ｓｈが供給された状態におけるソレノイド４４に関する電気的情報Ｊｅを取得する取得ステップＳ１１４と、取得ステップＳ１１４で取得された電気的情報Ｊｅと供給された高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール５４の位置を推定する推定ステップＳ１１６とを含む処理をコンピュータに実行させる。

【0055】

本実施形態の位置推定プログラムの機能は、位置推定装置１００の機能ブロックに対応する複数のモジュールが実装されたアプリケーションプログラムとして位置推定装置１００のストレージ（不図示）にインストールされてもよい。この位置推定プログラムは、位置推定装置１００の推定部３０を構成するコンピュータのプロセッサ（例えばＣＰＵ）のメインメモリに読み出しされて実行されてもよい。

【0056】

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

【0057】

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。

【0058】

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

【0059】

実施形態の説明では、バルブユニット５０が、電磁弁５２と、油圧アクチュエータ５６とを含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。電磁弁５２は公知の様々な構成のソレノイドバルブであってもよい。例えば、バルブユニット５０は、油圧アクチュエータを有せず、電磁弁５２は、４ポート単動電磁弁、５ポート単動電磁弁等の単純なソレノイドバルブであってもよい。

【0060】

実施形態の説明では、対応関係テーブル３２ｄまたは位置推定モデル３２ｍを用いてスプール位置を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、所定の閾値を設定し、振幅差Ｃｐなどの比較結果が閾値を超えるか否かによってスプール位置を推定してもよい。

【0061】

実施形態の説明では、対応関係テーブル３２ｄは３以上のスプール位置に対応するデータを含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、対応関係テーブル３２ｄは２以下のスプール位置に対応するデータであってもよい。

【0062】

実施形態の説明では、対応関係テーブル３２ｄが、スプール位置に対応する振幅差Ｃｐおよび逆起電力Ｅｂのデータを含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、対応関係テーブルは、振幅差または逆起電力のデータを含まないものであってもよい。

【0063】

実施形態の説明では、位置推定モデル３２ｍは、振幅差Ｃｐ、逆起電力Ｅｂおよび駆動電流Ｉｃの３つの入力データに基づいて推定を行う例を示したが、本発明はこれに限定されない。入力データに限定はなく、位置推定モデルは２以下または４以上の入力データに基づいて推定を行うものであってもよい。

【0064】

実施形態の説明では、バルブユニット５０が、電磁弁５２と、油圧アクチュエータ５６とを含む例を示したが、本発明はこれに限定されない。油圧アクチュエータを含むことは必須ではない。

【0065】

実施形態の説明では、推定部３０が駆動電流Ｉｃの周波数成分Ｉｈと高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール位置を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、推定部３０は、逆起電力Ｅｂと高周波信号Ｓｈとの比較結果に基づいてスプール位置を推定するものであってもよい。

【0066】

実施形態の説明では、推定部３０が駆動電流Ｉｃの周波数成分Ｉｈと高周波信号Ｓｈとの振幅の比較結果に基づいてスプール位置を推定する例を示したが、本発明はこれに限定されない。推定部は、周波数成分Ｉｈと高周波信号Ｓｈとの位相の比較結果（位相差）に基づいてスプール位置を推定するものであってもよい。

【0067】

実施形態の説明では、コイル４６は、駆動部４０に電圧駆動される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電流フォロワーアンプ等を用いてコイルを電流駆動し、コイルに一定の電流が流れるように制御してもよい。この場合、コイルのインダクタンスの変化に応じてコイル電圧が変化するので、コイル電圧の変化に基づいてスプール位置を推定できる。

【0068】

上述の変形例は、第１実施形態と同様の作用および効果を奏する。

【0069】

上述した各実施形態および変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

【符号の説明】

【0070】

１０ アクチュエータ装置、 ２０ 供給部、 ２４ 取得部、 ３０ 推定部、 ３２ 記憶部、 ３２ｄ 対応関係テーブル、 ３２ｍ 位置推定モデル、 ４０ 駆動部、 ４４ ソレノイド、 ４６ コイル、 ４８ 可動子、 ５０ バルブユニット、 ５２ 電磁弁、 ５４ スプール、 ５６ 油圧アクチュエータ、 １００ 位置推定装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】