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特表2023-515622フォールト・トレラントな複数回転アクチュエータ組立体
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-04-13
(54)【発明の名称】フォールト・トレラントな複数回転アクチュエータ組立体
(51)【国際特許分類】
H02K 7/116 20060101AFI20230406BHJP
H02K 7/20 20060101ALI20230406BHJP
【ＦＩ】
H02K7/116
H02K7/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022552214
(86)(22)【出願日】2021-02-26
(85)【翻訳文提出日】2022-10-19
(86)【国際出願番号】 US2021020022
(87)【国際公開番号】W WO2021174080
(87)【国際公開日】2021-09-02
(31)【優先権主張番号】62/983,054
(32)【優先日】2020-02-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501188177
【氏名又は名称】ムーグ インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ステルティング、ポール、エイ．
【テーマコード（参考）】
5H607
【Ｆターム（参考）】
5H607AA12
5H607BB01
5H607BB09
5H607BB14
5H607CC03
5H607DD03
5H607EE31
5H607FF33
5H607HH01
5H607HH09
(57)【要約】
構造体に対して中心軸を中心として回転可能な出力部材と、構造体に固定されている第１のステータ及び第１のステータに対して中心軸を中心として回転可能な第１のロータとを有する、第１のアクチュエータと、第２のステータが中心軸を中心とした第１のロータの回転を伴って第１のステータに対して中心軸を中心として回転するように第１のロータに結合されている第２のステータを有し、且つ、出力部材に回転式に結合されている第２のロータを有する、第２のアクチュエータと、不具合モードにおいて、第１の副アクチュエータ又は第２の副アクチュエータの一方を、中心軸を中心とした出力部材の回転を選択的に制御するように駆動するよう構成されており、このとき第１の副アクチュエータ又は第２の副アクチュエータの他方が動作不良となっている、制御装置と、を備える、アクチュエータ組立体。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造体に対して回転出力軸を中心として選択的に回転するように構成されており且つ被駆動体に運動を付与するように構成されている、出力部材と、第１のステータ及び第１のロータを有する第１の副アクチュエータであって、
前記第１のステータは前記構造体に固定されており、前記第１のロータは前記第１のステータに対して第１の副回転軸を中心として選択的に回転するように構成されている、第１の副アクチュエータと、
第２のステータ及び第２のロータを有する第２の副アクチュエータであって、
前記第２のロータは前記第２のステータに対して第２の副回転軸を中心として選択的に回転するように構成されており、
前記第２のステータは、前記第２のステータが、前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第１のロータの回転を伴って前記第１のステータに対して前記第１の副回転軸を中心として回転するように、前記第１のロータに接続されており、
前記第２のロータは前記出力部材に接続されている、第２の副アクチュエータと、
前記第１の副アクチュエータ及び前記第２の副アクチュエータを、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の回転を前記回転出力軸を中心とした回転運動の出力角度範囲内で選択的に制御するように駆動するよう構成されている、少なくとも１つの制御装置であって、
前記制御装置は通常モードにおいて、前記第１の副アクチュエータ及び前記第２の副アクチュエータを、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転を、前記回転運動の出力角度範囲内で、前記構造体に対する前記第１の副回転軸及び前記第２の副回転軸をそれぞれ中心とした前記第１のロータ及び前記第２のロータの回転量の合計の関数として選択的に制御するように駆動するよう構成されており、
前記制御装置は不具合モードにおいて、前記第１の副アクチュエータ又は前記第２の副アクチュエータの一方を、前記回転運動の出力角度範囲内で、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転を選択的に制御するように駆動するよう構成されており、このとき前記第１の副アクチュエータ又は前記第２の副アクチュエータのうちの他方が動作不良となっている、制御装置と、
を備える、回転アクチュエータ組立体。
【請求項2】
第３のステータ及び第３のロータを有する第３の副アクチュエータであって、前記第３のロータは前記第３のステータに対して第３の副回転軸を中心として選択的に回転するように構成されており、
前記第３のステータは、前記第３のステータが、前記第２のステータに対する前記第２の副回転軸を中心とした前記第２のロータの回転を伴って前記第２のステータに対して前記第２の副回転軸を中心として回転するように、前記第２のロータに接続されており、
前記第３のロータは前記第２のロータと前記出力部材の間で前記出力部材に接続されている、第３の副アクチュエータ、を備え
前記制御装置は前記通常モードにおいて、前記第１の副アクチュエータ、前記第２の副アクチュエータ、及び前記第３の副アクチュエータを、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転を、前記回転運動の出力角度範囲内で、前記構造体に対する前記第１の副回転軸、前記第２の副回転軸、及び前記第３の副回転軸をそれぞれ中心とした前記第１のロータ、前記第２のロータ、及び前記第３のロータの回転量の合計の関数として選択的に制御するように駆動するよう構成されており、
前記制御装置は前記不具合モードにおいて、前記第１の副アクチュエータ、前記第２の副アクチュエータ、又は前記第３の副アクチュエータのうちの少なくとも１つを、前記回転運動の出力角度範囲内で、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転を選択的に制御するように駆動するよう構成されており、このとき前記第１の副アクチュエータ、前記第２の副アクチュエータ、又は前記第３の副アクチュエータのうちの前記以外の１つが動作不良となっている、
請求項１に記載の回転アクチュエータ組立体。
【請求項3】
前記第１の副回転軸及び前記第２の副回転軸は同じであり、前記第１のロータ及び前記第２のロータは同軸である、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項4】
前記第１の副回転軸、第２の副回転軸、及び前記第３の副回転軸は同じであり、前記第１のロータ、前記第２のロータ、及び前記第３のロータは同軸である、請求項２に記載のアクチュエータ・システム。
【請求項5】
前記第１の副回転軸、前記第２の副回転軸、及び前記回転出力軸は同じである、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項6】
前記第１の副アクチュエータは、前記第１のロータが前記第１の副アクチュエータの動作不良によって前記第１のステータに対して前記第１の副回転軸を中心として逆駆動の回転方向に回転するのを選択的に抑制するように構成されている、ノー・バック・ブレーキを備え、前記第２の副アクチュエータは、前記第２のロータが前記第２の副アクチュエータの動作不良によって前記第２のステータに対して前記第２の副回転軸を中心として逆駆動の回転方向に回転するのを選択的に抑制するように構成されている、ノー・バック・ブレーキを備える、
請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項7】
前記制御装置は、前記第１の副アクチュエータの動作不良を感知するように、及び応答して前記第１の副アクチュエータの駆動を停止するように構成されており、前記制御装置は、前記第２の副アクチュエータの動作不良を感知するように、及び応答して前記第２の副アクチュエータの駆動を停止するように構成されている、請求項６に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項8】
第１の副アクチュエータは、前記制御装置に接続されており且つ前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第１のロータの角度位置を感知するように構成されている、第１の位置センサを備え、前記第２の副アクチュエータは、前記制御装置に接続されており且つ前記第２のステータに対する前記第２の副回転軸を中心とした前記第２のロータの角度位置を感知するように構成されている、第２の位置センサを備える、
請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項9】
前記出力部材は、前記制御装置に接続されており且つ前記構造体に対する前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の角度位置を感知するように構成されている、出力位置センサを備える、請求項８に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項10】
前記第１のロータと前記第２のステータの間に第１のギア機構を、及び前記第２のロータと前記出力部材の間に第２のギア機構を備える、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項11】
前記第１のギア機構及び前記第２のギア機構は１よりも大きい入力対出力比を各々備える、請求項１０に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項12】
前記第１のギア機構及び前記第２のギア機構は遊星歯車を各々備える、請求項１０に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項13】
前記第１のロータと前記第２のステータの間にギア機構を備え、前記第１のロータは前記ギア機構への入力部を備え、前記第２のステータは前記ギア機構からの出力部を備える、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項14】
前記第２のステータは、前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第１のロータの回転を伴って、前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第１のロータの回転速度とは異なる回転速度で、前記第１のステータに対して前記第１の副回転軸を中心として回転する、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項15】
前記第２のステータと前記第１のロータの間の結合比の関数として、前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第２のステータの前記回転速度は、前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第１のロータの前記回転速度とは異なる、請求項１４に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項16】
前記回転運動の出力角度範囲は前記回転出力軸を中心として３６０度未満である、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項17】
前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第２のステータの回転を３６０度以下である第２のステータの角度限度値に限定する、第１の機械的停止部を備える、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項18】
前記第１の機械的停止部の前記第２のステータの角度限度値は、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転運動の出力角度範囲の少なくとも２倍である、請求項１７に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項19】
前記出力部材を、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転運動の出力角度範囲に限定する機械的停止部を備える、請求項１８に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項20】
前記第１のステータに対する前記第１の副回転軸を中心とした前記第２のステータの回転を３６０度未満である第２のステータの角度限度値に限定する、第１の機械的停止部と、前記第１のステータに対する前記第２の副回転軸を中心とした前記第３のステータの回転を３６０度未満である第３のステータの角度限度値に限定する、第２の機械的停止部と、
を備える、請求項２に記載の回転アクチュエータ・システム
【請求項21】
前記第１の機械的停止部の前記第２のステータの角度限度値は、前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転運動の出力角度範囲の少なくとも２倍であり、前記第２の機械的停止部の前記第３のステータの角度限度値は、前記第１の機械的停止部の前記第２のステータの角度限度値の少なくとも２倍である、
請求項２０に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項22】
前記出力部材を前記回転出力軸を中心とした前記出力部材の前記回転運動の出力角度範囲に限定する機械的停止部を備える、請求項２１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項23】
前記第１の副アクチュエータは、前記第１のロータを前記第１のステータに対して前記第１の副回転軸を中心として駆動するように構成されているブラシレスＤＣ永久磁石モータを備え、前記第２の副アクチュエータは、前記第２のロータを前記第２のステータに対して前記第２の副回転軸を中心として駆動するように構成されているブラシレスＤＣ永久磁石モータを備える、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項24】
前記被駆動体は、航空機の飛行制御機構及び航空機の飛行制御表面から成る群から選択される、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項25】
前記被駆動体は前記航空機の飛行制御表面を備え、前記航空機の飛行制御表面は、エレベーター、ラダー、エルロン、フラップ、スラット、スタビライザー、及びスポイラーから成る群から選択される、請求項２４に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項26】
前記被駆動体は前記航空機の飛行制御表面を備え、前記出力部材はトルク・チューブを介して前記飛行制御表面に接続されている、請求項２４に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項27】
前記被駆動体は前記航空機の飛行制御機構を備え、前記航空機の飛行制御機構は、ヘリコプタの主回転翼、ヘリコプタの尾部回転翼、ヘリコプタの主回転翼斜板、及びヘリコプタの尾部回転翼斜板から成る群から選択される、請求項２４に記載の回転アクチュエータ・システム。
【請求項28】
前記動作不良は機械的ジャム、電動モータの不具合、又は動力の喪失を含む、請求項１に記載の回転アクチュエータ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般に冗長飛行制御アクチュエータ・システムの分野に関し、より詳細には電気機械的冗長アクチュエータ・システムに関する。
【背景技術】
【0002】
冗長アクチュエータ・システムが一般に知られている。２０１２年３月２０日発行の「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｕａｔｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国特許第８，１３６，４１８号は、複数のフォールト・トレラント・モードで動作可能な組立体を対象としている。
【0003】
２０１２年３月２０日発行の「Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ａｃｔｕａｔｉｎｇ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題する米国特許第８，１３６，４１８号は、複数のフォールト・トレラント・モードで動作可能な組立体を対象としている。
【0004】
２０１６年１０月１７日発行の「Ｆａｕｌｔ－Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｒｏｔａｒｙ Ａｃｔｕａｔｏｒ」と題する米国特許第７，１２２，９２６号は、２つのアクチュエータ・サブシステムを収容したアクチュエータ・モジュールを対象としている。
【0005】
２００７年３月２９日公開の「Ｆａｉｌｕｒｅ－Ｔｏｌｅｒａｎｔ Ｒｅｄｕｎｄａｎｔ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ」と題する米国特許出願公開第２００７／００６８２９１号は、いかなる単一箇所の不具合にも耐性のあるアクチュエータ・システムを対象としている。
【0006】
２０１５年３月１９日公開の「Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ」と題する米国特許出願公開第２０１５／００８１１０２号は、制御される要素を回転させるための、複数のアクチュエータと共有リンクを含むリンク機構とを有するアクチュエータ・システムを対象としている。
【0007】
２０１５年７月２１日発行の「Ｒｏｔａｒｙ Ａｃｔｕａｔｏｒ」と題する米国特許第９，０８６，１２５号は、複数のアクチュエータと独立した自由度を有する複数のリンク機構とを有するアクチュエータ・システムを対象としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】米国特許第８，１３６，４１８号
【特許文献2】米国特許第７，１２２，９２６号
【特許文献3】米国特許出願公開第２００７／００６８２９１号
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１５／００８１１０２号
【特許文献5】米国特許第９，０８６，１２５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0009】
限定としてではなく単に説明の目的で、開示される実施例の対応する部品、部分、又は表面を補足的に参照すると、本開示は、構造体（１９）に対して回転出力軸（１８）を中心として選択的に回転するように構成されており且つ被駆動体（２０）に運動を付与するように構成されている、出力部材（１６）と、第１のステータ（３１）及び第１のロータを（３２）有する第１の副アクチュエータ（３０）であって、第１のステータ（３１）は構造体に（１９）固定されており、第１のロータ（３２）は第１のステータ（３１）に対して第１の副回転軸（３３）を中心として選択的に回転するように構成されている、第１の副アクチュエータ（３０）と、第２のステータ（５１）及び第２のロータ（５２）を有する第２の副アクチュエータ（５０）であって、第２のロータ（５２）は第２のステータ（５１）に対して第２の副回転軸（５３）を中心として選択的に回転するように構成されており、第２のステータ（５１）は、第２のステータ（５１）が、第１のステータ（３１）に対する第１の副回転軸（３３）を中心とした第１のロータ（３２）の回転を伴って第１のステータ（３１）に対して第１の副回転軸（３３）を中心として回転するように、第１のロータ（３２）に接続されており、第２のロータ（５３）は出力部材に回転式に結合されている、第２の副アクチュエータ（５０）と、第１の副アクチュエータ及び第２の副アクチュエータを、回転出力軸を中心とした出力部材の回転を回転出力軸を中心とした回転運動の出力角度範囲内で選択的に制御するように駆動するよう構成されている、少なくとも１つの制御装置（９０、９１Ａ、９１Ｂ）であって、制御装置は通常モードにおいて、第１の副アクチュエータ及び第２の副アクチュエータを、回転出力軸を中心とした出力部材の回転を、回転運動の出力角度範囲内で、構造体に対する第１の副回転軸及び第２の副回転軸をそれぞれ中心とした第１のロータ及び第２のロータの回転量の合計の関数として選択的に制御するように駆動するよう構成されており、制御装置は不具合モードにおいて、第１の副アクチュエータ又は第２の副アクチュエータの一方を、回転運動の出力角度範囲内で、回転出力軸を中心とした出力部材の回転を選択的に制御するように駆動するよう構成されており、このとき第１の副アクチュエータ又は第２の副アクチュエータの他方が動作不良となっている、制御装置（９０、９１Ａ、９１Ｂ）と、を備える、回転アクチュエータ組立体（１５）を提供する。
【0010】
回転アクチュエータ組立体は、第３のステータ（７１）と第３のロータ（７２）とを有する第３の副アクチュエータ（７０）であって、第３のロータ（７２）は第３のステータ（７１）に対して第３の副回転軸（７３）を中心として選択的に回転するように構成されており、第３のステータ（７１）は、第３のステータ（７１）が、第２のステータ（５１）に対する第２の副回転軸（５３）を中心とした第２のロータ（５２）の回転を伴って第２のステータ（５１）に対して第２の副回転軸（５３）を中心として回転するように、第２のロータ（５２）に回転式に結合されており、第３のロータ（７２）は第２のロータ（５２）と出力部材（１６）の間で出力部材（１６）に回転式に結合されている、第３の副アクチュエータ（７０）、を備え得、制御装置（９０、９１Ａ、９１Ｂ、９１Ｃ）は通常モードにおいて、第１の副アクチュエータ、第２の副アクチュエータ、及び第３の副アクチュエータを、回転出力軸を中心とした出力部材の回転を、回転運動の出力角度範囲内で、構造体に対する第１の副回転軸、第２の副回転軸、及び第３の副回転軸をそれぞれ中心とした第１のロータ、第２のロータ、及び第３のロータの回転量の合計の関数として選択的に制御するように駆動するよう構成されており、制御装置は不具合モードにおいて、第１の副アクチュエータ、第２の副アクチュエータ、又は第３の副アクチュエータのうちの少なくとも１つを、回転運動の出力角度範囲内で、回転出力軸を中心とした出力部材の回転を選択的に制御するように駆動するよう構成されており、このとき第１の副アクチュエータ、第２の副アクチュエータ、又は第３の副アクチュエータのうちのそれ以外の１つが動作不良となっている。
【0011】
第１の副回転軸（３３）及び第２の副回転軸（５２）は同じであってもよく、第１のロータ（３２）及び第２のロータ（５２）は同軸であってもよい。第１の副回転軸（３３）、第２の副回転軸（５３）、及び第３の副回転軸（７３）は同じであってもよく、第１のロータ（３２）、第２のロータ（５２）、及び第３のロータ（７２）は同軸であってもよい。第１の副回転軸（３３）、第２の副回転軸（５３）、及び回転出力軸（１８）は同じであってもよい。
【0012】
第１の副アクチュエータは、第１のステータ（３１）を収容しており且つ構造体に対して固定されている第１の副アクチュエータ・ハウジング（３４）を備え得、第２の副アクチュエータは、第２のステータ（５１）を収容しており、且つ、第１の副アクチュエータ・ハウジングに対する第１の副回転軸（３３）を中心とした第１のロータ（３２）の回転を伴って、第１の副アクチュエータ・ハウジングに対して第１の副回転軸（３３）を中心として回転するように構成されている、第２の副アクチュエータ・ハウジング（５４）を備え得る。第３の副アクチュエータは、第３のステータ（７１）を収容しており、且つ、第２の副アクチュエータ・ハウジングに対する第２の副回転軸（５３）を中心とした第２のロータ（５２）の回転を伴って、第２の副アクチュエータ・ハウジングに対して第２の副回転軸（５３）を中心として回転するように構成されている、第３の副アクチュエータ・ハウジング（７４）を備え得る。
【0013】
第１の副アクチュエータは、第１のロータが第１の副アクチュエータの動作不良によって第１のステータに対して第１の副回転軸を中心として逆駆動の回転方向に回転するのを選択的に抑制するように構成されている、ノー・バック・ブレーキ（１００、１００Ａ）を備え得、第２の副アクチュエータは、第２のロータが第２の副アクチュエータの動作不良によって第２のステータに対して第２の副回転軸を中心として逆駆動の回転方向に回転するのを選択的に抑制するように構成されている、ノー・バック・ブレーキ（１００、１００Ｂ）を備え得る。制御装置は、第１の副アクチュエータの動作不良を感知するように、及び応答して第１の副アクチュエータの駆動を停止するように構成され得、制御装置は、第２の副アクチュエータの動作不良を感知するように、及び応答して第２の副アクチュエータの駆動を停止するように構成され得る。
【0014】
第１の副アクチュエータは、制御装置に接続されており且つ第１のステータに対する第１の副回転軸を中心とした第１のロータの角度位置を感知するように構成されている、第１の位置センサ（３５）を備え得、第２の副アクチュエータは、制御装置に接続されており且つ第２のステータに対する第２の副回転軸を中心とした第２のロータの角度位置を感知するように構成されている、第２の位置センサ（５５）を備え得る。出力部材は、制御装置に接続されており且つ構造体に対する回転出力軸を中心とした出力部材の角度位置を感知するように構成されている、出力位置センサ（２２）を備え得る。
【0015】
回転アクチュエータ・システムは、第１のロータと第２のステータの間の第１のギア機構（３８）と、第２のロータと出力部材の間の第２のギア機構（５８）とを備え得る。第１のギア機構及び第２のギア機構は、１よりも大きい入力対出力比を各々備え得る。第１のギア機構及び第２のギア機構は、遊星歯車を各々備え得る。回転アクチュエータ・システムは第１のロータと第２のステータの間にギア機構（３８）を備え得、第１のロータはギア機構への入力部を備え得、第２のステータはギア機構からの出力部を備え得る。第２のステータ（５１）は、第１のステータ（３１）に対する第１の副回転軸（３３）を中心とした第１のロータ（３２）の回転を伴って、第１のステータ（３１）に対する第１の副回転軸（３３）を中心とした第１のロータ（３２）の回転速度とは異なる回転速度で、第１のステータ（３１）に対して第１の副回転軸（３３）を中心として回転し得る。第２のステータと第１のロータの間の結合比の関数として、第１のステータに対する第１の副回転軸を中心とした第２のステータの回転速度は、第１のステータに対する第１の副回転軸を中心とした第１のロータの回転速度とは異なり得る。
【0016】
回転運動の出力角度範囲（２１）は、回転出力軸を中心として３６０度未満であり得る。回転アクチュエータ・システムは、第１のステータに対する第１の副回転軸を中心とした第２のステータの回転を３６０度以下である第２のステータの角度限度値に限定する、第１の機械的停止部（６０）を備え得る。第１の機械的停止部の第２のステータの角度限度値は、回転出力軸を中心とした出力部材の回転運動の出力角度範囲（２１）の少なくとも２倍であり得る。回転アクチュエータ・システムは、出力部材を回転出力軸を中心とした出力部材の回転運動の出力角度範囲に限定する、機械的停止部（２３）を備え得る。回転アクチュエータ・システムは、第１のステータに対する第１の副回転軸を中心とした第２のステータの回転を３６０度未満である第２のステータの角度限度値に限定する、第１の機械的停止部（６０）と、第１のステータに対する第２の副回転軸を中心とした第３のステータの回転を３６０度未満である第３のステータの角度限度値に限定する、第２の機械的停止部（８０）と、を備え得る。第１の機械的停止部（６０）の第２のステータの角度限度値は、回転出力軸を中心とした出力部材の回転運動の出力角度範囲（２１）の少なくとも２倍であり得、第２の機械的停止部（８０）の第３のステータの角度限度値は、第１の機械的停止部の第２のステータの角度限度値の少なくとも２倍であり得、回転アクチュエータ・システムは、出力部材を回転出力軸を中心とした出力部材の回転運動の出力角度範囲に限定する、機械的停止部（２３）を備え得る。
【0017】
第１の副アクチュエータは、第１のロータを第１のステータに対して第１の副回転軸を中心として駆動するように構成されているブラシレスＤＣ永久磁石モータを備え得、第２の副アクチュエータは、第２のロータを第２のステータに対して第２の副回転軸を中心として駆動するように構成されているブラシレスＤＣ永久磁石モータを備え得る。
【0018】
被駆動体は、航空機の飛行制御機構及び航空機の飛行制御表面から成る群から選択され得る。被駆動体は航空機の飛行制御表面を備え得、航空機の飛行制御表面は、エレベーター、ラダー、エルロン、フラップ、スラット、スタビライザー、及びスポイラーから成る群から選択され得る。被駆動体は航空機飛行制御表面を備え得、出力部材はトルク・チューブを介して飛行制御表面に接続され得る。被駆動体は航空機の飛行制御機構を備え得、航空機の飛行制御機構は、ヘリコプタの主回転翼、ヘリコプタの尾部回転翼、ヘリコプタの主回転翼斜板、及びヘリコプタの尾部回転翼斜板から成る群から選択され得る。
【0019】
動作不良は機械的ジャム、電気的なモータの不具合、又は動力の喪失を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
最初に、図面のいくつかの図を通して同様の参照符号は一貫して同じ構造的要素、部分、又は表面を特定することを意図しており、その理由は、そのような要素、部分、又は表面が、この詳細な説明がその一部として組み込まれている書面としての本明細書全体によって、更に記載又は説明される場合があるためであることが、明確に理解されるべきである。そうではないと示されていない限りは、図面は明細書と一緒に読まれること（例えば、クロス・ハッチング、部品の配置構成、割合、度数、等）、及び書面としての本発明の明細書全体の一部と見なされることを意図している。以下の説明で使用する場合、用語「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」、及び「下」、並びにこれらの形容詞的及び副詞的な派生語（例えば、「水平に」、「右方向に」、「上方向に」、等）は、特定の図面が読者に対面しているときの、図示されている構造の向きを指しているに過ぎない。同様に、用語「内向きに」及び「外向きに」は一般に、ある表面のその延伸軸又は回転軸に対する向きを適宜に指す。
【0022】
ここで図面を、より具体的には図１、図２、及び図１２を参照すると、改善されたアクチュエータ・システムが提供されているが、その第１の２モータ実施例が全体に１５で示されており、その第２の３モータ実施例が全体に１１５で示されている。図２及び図３に示すように、２モータシステム１５は一般に、アクチュエータ３０と、ノー・バック・デバイス１００Ａ及びギア変速装置３８を介してアクチュエータ３０に回転式に結合されているアクチュエータ５０と、ノー・バック・デバイス１００Ｂ及びギアボックス７８を介してアクチュエータ５０に回転式に結合されている出力ホーン１６と、を含む。
【0023】
アクチュエータ３０はハウジング３４内に支持され、ステータ３１とロータ３２とを含む。ハウジング３４及びステータ３１は航空機の航空機フレーム１９に固定されており、ロータ３２は、ハウジング３４及びステータ３１に対して中心軸１８を中心として回転するように駆動される。この実施例では、アクチュエータ３０は、動力供給されないノー・バック・デバイス１００Ａと遊星歯車ユニット３８とを有する、ブラシレスＤＣ永久磁石電動モータである。回転モータ３０は、コイル巻線を有する外側非回転ステータ３１と、永久磁石３６を有する内側ロータ３２と、を含む。ステータ３１は、ステータ３１がハウジング３４に対して回転しないようにモータ・ハウジング３４に固定されている。リード４２及び駆動ユニット９１Ｂを介してステータ３１のコイルに電流が適切に流されると、磁界が誘導される。ステータ３１とロータ３２の間の磁界の相互作用によって、シャフト１０１Ａを回転させ得るトルクが生成される。駆動電子部品９１Ａは、リゾルバ３５の角度位置フィードバックに基づいてステータ磁界を生成し、モータ３０の速さ及び方向を変えるようにそれを整流する。これに応じて、モータ３０は、ロータ３２に軸１８を中心にしたいずれかの方向に様々な速さで選択的にトルクを加えることになる。このことによってロータ３２が駆動されて、ステータ３１及びハウジング３４に対して回転軸３３を中心として選択的に回転される。
【0024】
ロータ３２は、ノー・バック・デバイス１００Ａのノー・バック入力シャフト１０１Ａに回転式に結合される。図４～図６に示すように、ノー・バック・デバイス１００Ａは、上側ベアリング・プレート１０３と下側ロック・プレート１０４の間で作用するばね１０５と、２傾斜斜面ノッチ１０９及び入力シャフト・カム１１０と、プレート１０４にあるロック・ピン１０６及びハウジング１１２にあるロック・スロット１０８と、を含む。図８に示すように、入力シャフト１０１からシャフト・カム１１０にトルクが加えられていないとき、ロック・プレート１０４はばね１０５によって下げられた位置に付勢され、このときロック・ピン１０６は対応するハウジング・スロット１０８内に据えられるが、これによってハウジング１１２に対する中心軸１８を中心とした出力シャフト１０２Ａの回転が許容されなくなる。これがロック位置である。図７に示すように、トルクが加えられシャフト３２が軸１８を中心にしたいずれかの方向に回転すると、そのような回転によって、シャフト・カム１１０は対応する傾斜ノッチ１０９の傾斜表面の一方（回転の方向による）に当接させ、対応するノッチ１０９から乗り出すことになり、このことによって今度はロック・プレート１０４が上向きに押しやられ、ばね１０５が圧縮され、ハウジング１１２にある対応するロック・スロット１０８の外にピン１０６が移動する。このことによって、ハウジング１１２に対する中心軸１８を中心とした出力シャフト１０２Ａの回転が可能になり、ばね１０５が圧縮されて、これによって出力シャフト１０２Ａが入力シャフト１０１Ａの回転と共に回転する。これがロック解除位置である。このため、モータ３０及びロータ３２からの入力シャフト１０１Ａに対する駆動トルクがないときに、プレート１０４及びロック・ピン１０６を介して出力シャフト１０２Ａを固定された構造体１１２に事実上アースするばね１０５によって、出力シャフト１０２Ａの回転が防止される。ロータ３２から入力シャフト１０１Ａにトルクが加えられると、ばね１０５が圧縮され、ピン１０６が固定された構造体１１２から解放され、出力シャフト１０２Ａが係合されて、入力シャフト１０１Ａから出力シャフト１０２Ａへと動力の伝達が行われる。
【0025】
ノー・バック・デバイス１００Ａの出力シャフト１０２Ａは次に、ギア変速装置３８に回転式に結合される。この実施例では、ギア変速装置３８は、ノー・バック・デバイス１００Ａの出力シャフト１０２Ａに回転式に結合されている入力ギア・シャフトと、ハウジング５４に接続されている出力ギア・シャフト３９と、入力ギア・シャフトと出力ギア・シャフト３９の間の遊星歯車トレインと、を含む。この実施例では、ギア・ボックス３８の入力対出力比は１よりも大きく、好ましくは１２０対１である。
【0026】
ステッパ・モータ、ブラシ・モータ、誘導モータ、回転液圧アクチュエータ、又は類似のものなどの、他の回転モータ又はアクチュエータが、代替として使用され得る。また、動力供給されるノー・バック・デバイスを含むがこれに限定されない他のノー・バック・デバイスが、代替として使用され得る。更に、所望のギア比又は速さ比を実現するために、他のギア変速装置、又はベルト継手若しくは他の類似の継手などの回転継手が使用され得るか、或いは別法として、ギアを使用しなくてもよい。
【0027】
ギア機構３８の出力ギア・シャフト３９は次に、モータ５０のハウジング５４に強固に接続される。ハウジング５４は、モータ３０のロータ３２に回転式に結合されているギア機構３８の出力シャフト３９の回転を伴って、ハウジング５４が軸１８を中心として回転することになるように、航空機フレーム１９によって回転式に支持される。モータ３０のロータ３２がフレーム１９に対して回転していない、及び／又は、ノー・バック・デバイス１００Ａがロック位置にある場合、ハウジング５４はフレーム１９及びモータ・ハウジング３４に対して回転しない。ノー・バック・デバイス１００Ａがロック解除位置にある場合、ハウジング５４は、航空機フレーム１９及びモータ・ハウジング３４に対するロータ３２の回転を伴って、ロータ３２とギア機構３８の出力ギア・シャフト３９の間の結合比の関数として、航空機フレーム１９及びモータ・ハウジング３４に対して軸１８を中心として回転することになる。
【0028】
アクチュエータ５０はハウジング５４内に支持され、ステータ５１とロータ５２とを含む。ステータ５１はハウジング５４に固定されており、ロータ５２は、ハウジング５４及びステータ５１に対して中心軸１８を中心として回転するように駆動される。この実施例では、アクチュエータ５０は、動力供給されないノー・バック・デバイス１００Ｂと遊星歯車ユニット５８とを有する、ブラシレスＤＣ永久磁石電動モータである。回転モータ５０は、コイル巻線を有する外側非回転ステータ５１と、永久磁石５６を有する内側ロータ５２と、を含む。ステータ５１は、ステータ５１がハウジング５４に対して回転しないようにモータ・ハウジング５４に固定されている。リード６２及び駆動ユニット９１Ｂを介してステータ５１のコイルに電流が適切に流されると、磁界が誘導される。ステータ５１とロータ５２の間の磁界の相互作用によって、シャフト１０１Ｂを回転させ得るトルクが生成される。駆動電子部品９１Ｂは、リゾルバ５５の角度位置フィードバックに基づいてステータ磁界を生成し、モータ５０の速さ及び方向を変えるようにそれを整流する。これに応じて、モータ５０は、ロータ５２に軸１８を中心にしたいずれかの方向に様々な速さで選択的にトルクを加えることになる。このことによってロータ５２が駆動されて、ステータ５１及びハウジング５４に対して回転軸５３を中心として選択的に回転される。
【0029】
ロータ５２は、ノー・バック・デバイス１００Ｂのノー・バック入力シャフト１０１Ｂに回転式に結合される。ノー・バック・デバイス１００Ｂはノー・バック・デバイス１００Ａと実質的に同じ構成である。このため、モータ５０及び入力シャフト５２からの入力シャフト１０１Ｂに対する駆動トルクがないときに、プレート１０４及びロック・ピン１０６を介して出力シャフト１０２Ｂをハウジング５４に事実上アースするばね１０５によって、出力シャフト１０２Ｂの回転が防止される。ロータ５２から入力シャフト１０１Ｂにトルクが加えられると、ばね１０５が圧縮され、ピン１０６がハウジング５４から解放され、出力シャフト１０２Ｂが係合されて、入力シャフト１０１Ｂから出力シャフト１０２Ｂへと動力の伝達が行われる。
【0030】
ノー・バック・デバイス１００Ｂの出力シャフト１０２Ｂは次に、ギア変速装置５８に回転式に結合される。ギア変速装置５８はギア変速装置３８と実質的に同じ構成である。この実施例では、ギア・ボックス５８の入力対出力比は１よりも大きく、好ましくは１２０対１である。
【0031】
ステッパ・モータ、ブラシ・モータ、誘導モータ、回転液圧アクチュエータ、又は類似のものなどの、他の回転モータ又はアクチュエータが、代替として使用され得る。また、動力供給されるノー・バック・デバイスを含むがこれに限定されない他のノー・バック・デバイスが、代替として使用され得る。更に、所望のギア比又は速さ比を実現するために、他のギア変速装置、又はベルト継手若しくは他の類似の継手などの回転継手が使用され得るか、或いは別法として、ギアを使用しなくてもよい。
【0032】
ギア機構５８の出力ギア・シャフト５９は次に、出力ホーン１６に強固に接続される。出力ホーン１６は、モータ５０のロータ５２に回転式に結合されているギア機構５８の出力シャフト５９の回転を伴って、出力ホーン１６が軸１８を中心として回転することになるように、航空機フレーム１９によって回転式に支持される。モータ５０のロータ５２がモータ・ハウジング５４に対して回転していない、及び／又は、ノー・バック・デバイス１００Ｂがロック位置にある場合、出力ホーン１６はハウジング５４に対して回転しない。ノー・バック・デバイス１００Ｂがロック解除位置にある場合、出力ホーン１６は、モータ・ハウジング５４に対するロータ５２の回転を伴って、ロータ５２とギア機構５８の出力ギア・シャフト５９の間の結合比の関数として、ハウジング５４に対して軸１８を中心として回転することになる。
【0033】
図１０及び図１１に示すように、制御装置９０はモータ駆動装置９１Ａ及び９１Ｂに接続されており、アクチュエータ３０及び５０をモニタし１２２、ステータ３１及びモータ・ハウジング３４に対するロータ３２の対応する回転並びにステータ５１及びモータ・ハウジング５４に対するロータ５２の回転を制御することによって出力ホーン１６を所望の位置に移動させるためのコマンドを、アクチュエータ３０及び５０に提供する。通常モード１２０では、アクチュエータ３０及び５０は、フレーム１９に対するロータ３２及びロータ５２の回転量の合計の関数として、出力ホーン１６を回転させ、リンク機構２５を介して飛行制御出力部２０を移動させるように制御される。しかしながら、モータ不具合モード１２１では、アクチュエータ５０に不具合があるときに、アクチュエータ３０が、フレーム１９に対するロータ３２の回転量の関数として出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるように制御され得るか、又は、アクチュエータ３０に不具合があるときに、アクチュエータ５０がフレーム１９に対するロータ５２の回転量の関数として出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるように制御され得るか、のいずれかである。したがって、アクチュエータ３０及び５０は、これらが問題となるアクチュエータの不具合の後で逆駆動不可能であるという特徴を有し、システムはアクチュエータの不具合の発生時に最大限の飛行制御性能を実現する。
【0034】
通常動作１２０中、フレーム１９に対して出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるために、アクチュエータ３０及び５０の両方が使用される。このことをアクティブ－アクティブ・スキームと呼ぶ場合があり、これは通常動作１２０における好ましい動作スキームである。しかしながら、ノー・バック機構１００Ｂに起因して、アクチュエータ５０が不具合を生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる１２４場合、出力ホーン１６はアクチュエータ３０単独によって回転され得１２５、このとき出力シャフト１０２Ｂはノー・バック機構１００Ｂを介してステータ５１及びハウジング５４に対する回転を抑制され、モータ５０はこのことにより固定継手として動作する。別法として、ノー・バック機構１００Ａに起因して、アクチュエータ３０が不具合を生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる１２３場合、出力ホーン１６はアクチュエータ５０単独によって回転され得１２５、このとき出力シャフト１０２Ａはノー・バック機構１００Ａを介してステータ３１及びハウジング３４に対する回転を抑制され、モータ３０はこのことにより固定継手として動作する。
【0035】
アクティブ－アクティブ・スキーム及び通常モード１２０では、制御装置９０は通常、制御を実行するためにアクチュエータ３０と５０の間で位置コマンドを等しく分割する。アクチュエータの不具合の後では、残りのアクチュエータへのコマンドは単に位置コマンドである。いずれかのアクチュエータが中心以外の位置で停止した場合、残りのアクチュエータへのコマンドには、不具合を生じたアクチュエータの中心以外の入力を一掃するか又は取り消すようなバイアスをかける。
【0036】
別法として、通常モード１２０では、通常動作中にフレーム１９に対して出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるために、アクチュエータ３０及び５０のうちのただ１つが使用され得るが、これはアクティブ－スタンバイ・スキームと呼ばれる。このアクティブ－スタンバイ・スキームでは、単一のアクチュエータが、これに不具合が生じ動作不能になるまで最大能力の制御を実現する。これが行われると、最大能力を維持したまま制御を再開するべくその他のアクチュエータが起動される。
【0037】
リゾルバ３５又は別のタイプの位置センサは、ハウジング３４及びステータ３１に対する、ロータ３２の位置を感知するように構成されている。制御装置９０からの入力コマンドに基づいてロータ３２の位置を調整するために、リゾルバ３５が設けられている。ハウジング５４及びステータ５１に対するロータ５２の位置を感知するために、リゾルバ５５又は別のタイプの位置センサが設けられている。制御装置９０からの入力コマンドに基づいてロータ５２の位置を調整するために、リゾルバ５５が設けられている。フレーム１９に対する出力ホーン１６の位置を感知するために、リゾルバ２２又は別のタイプの位置センサが設けられている。位置センサは、位置、又は位置の導関数、又は物体からの距離を測定するための任意の電気デバイスであってもよく、その例としては、エンコーダ、リゾルバ、ポテンショメータ、ホール効果センサ、線形可変差動変圧器、バリスタ、可変コンデンサ、レーザ距離計、超音波領域検出器、赤外線領域検出器、又は他の類似のデバイスが挙げられる。
【0038】
制御装置９０は、パイロット・インターフェース９５から入力コマンドを受信し、機械的不具合がないかリゾルバ位置とモニタ１２２を連続的に比較する。システム１５はこの結果、制御装置９０への診断フィードバックを含む。制御装置９０はデータ完全性をモニタし、センサ・デバイスの状態をモニタし、電源をモニタし、対象のパラメータが許容可能レベルから外れる場合はフォールトを設定する。制御装置９０は、センサ・データを受信及び保存するためのデータ・サンプリング及び保存機構と、動作パラメータ及びセンサ・データのログを保存するためのデータ・ストレージと、を含む。制御装置９０は、本明細書に開示するような方法ステップ、計算などの実行及び関連データの保存などの、様々なコンピュータ実装機能を実行するように構成されている。様々なセンサと通信するために、センサ・インターフェースによって、センサから送信される信号をプロセッサ９０が理解及び処理できる信号に変換できるようにする。センサは有線接続を介してセンサ・インターフェースに結合され得る。他の実施例では、これらはワイヤレス接続を介してセンサ・インターフェースに結合され得る。この実施例では、制御装置９０はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ」）である。ただし、プログラム可能論理デバイス（「ＰＬＤ：ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｄｅｖｉｃｅ」）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又は他の類似のデバイスが代替として使用され得る。制御装置はその入力ラインの論理関数である出力ラインを有する任意のデジタル・デバイスであってよく、その例としては、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、プログラム可能論理デバイス、特定用途向け集積回路、又は他の類似のデバイスが挙げられる。制御装置９０は、センサから対応する出力信号を受信するための入力部を有する。制御装置９０は、本明細書に開示する並びに図１０、図１１、図１４、及び図１５に示すように動作するようプログラムされる。
【0039】
更に、図１０及び図１４に示すように、冗長プロセッサ９０Ａ、及びモデル化を目的としたプロセッサ９０Ｂを設けてもよい。余剰の電源９６Ａ及び９６Ｂも利用してもよい。モータ駆動装置９１Ａ及び９１Ｂは、モータ３０及び５０をそれぞれ整流するための駆動電力出力電子部品を含み、それに対応してシステム及び制御モータ３０及び５０内のセンサから対応するフィードバックを受信する。
【0040】
図２、図３、及び図９にも示されているように、ハウジング３４及びフレーム１９に対するハウジング５４の軸１８を中心とした回転角度範囲を限定するための、回転停止部６０が設けられている。この実施例では、停止部６０は１２０度以下の角度限度値をもたらす。フレーム１９に対する出力ホーン２３の軸１８を中心とした回転角度範囲２１を限定するための、回転停止部２３が設けられている。この実施例では、停止部２３は６０度以下である角度範囲２１の限度値をもたらす。このことにより、単純化された制御スキームと、信号整流のためのスリップ・リングを用いないアクチュエータへの電気ケーブル配線とが可能になる。
【0041】
このように、システム１５は、最大能力の冗長フェール・セーフ動作が実現されるように回転アクチュエータ同士を組み合わせる。従来の複数アクチュエータ・システムは加算リンク機構又はギアボックスを採用してきたが、これらはより複雑であり、望ましくない特性をもたらす。加算リンク機構及びギアボックスは、より多くの部品点数及びより大きいサイズの外囲器及び重量を必要とする。そのような従来のシステムは、アクチュエータのうちの１つの不具合の後で望ましくない特性を示し、より多くの部品点数及び十分に緩和できない不具合モードの導入によって、信頼性及び安全性の低下を呈する。
【0042】
図１２は３モータ実施例１１５の概略図である。これは３重の冗長性を実現する。この実施例は、アクチュエータ３０及び５０に関連して上記したシステム１５に類似している。しかしながらこの実施例では、ロータ５２、特にギア機構５８の出力ギア・シャフト５９と、出力ホーン１６との間に、第３のアクチュエータ７０が設けられている。この実施例では、モータ５０のギア機構５８の出力ギア・シャフト５９は、モータ７０のハウジング７４に強固に接続される。ハウジング７４は、モータ５０のロータ５２に回転式に結合されているギア機構５８の出力シャフト５９の回転を伴って、ハウジング７４が軸１８を中心として回転することになるように、航空機フレーム１９によって回転式に支持される。モータ５０のロータ５２がハウジング５４に対して回転していない、及び／又は、ノー・バック・デバイス１００Ｂがロック位置にある場合、ハウジング７４はモータ・ハウジング５４に対して回転しない。ノー・バック・デバイス１００Ｂがロック解除位置にある場合、ハウジング７４は、モータ・ハウジング５４に対するロータ５２の回転を伴って、ロータ５２とギア機構５８の出力ギア・シャフト５９の間の結合比の関数として、モータ・ハウジング５４に対して軸１８を中心として回転することになる。
【0043】
アクチュエータ７０はハウジング７４内に支持され、ステータ７１とロータ７２とを含む。ステータ７１はハウジング７４に固定されており、ロータ７２は、ハウジング７４及びステータ７１に対して中心軸１８を中心として回転するように駆動される。この実施例では、アクチュエータ７０は、動力供給されないノー・バック・デバイス１００Ｃと遊星歯車ユニット７８とを有する、ブラシレスＤＣ永久磁石電動モータである。回転モータ７０は、コイル巻線を有する外側非回転ステータ７１と、永久磁石７６を有する内側ロータ７２と、を含む。ステータ７１は、ステータ７１がハウジング７４に対して回転しないようにモータ・ハウジング７４に固定されている。駆動ユニット９１Ｃを介してステータ７１のコイルに電流が適切に流されると、磁界が誘導される。ステータ７１とロータ７２の間の磁界の相互作用によって、シャフト１０１Ｃを回転させ得るトルクが生成される。駆動電子部品９１Ｃは、リゾルバ７５の角度位置フィードバックに基づいてステータ磁界を生成し、モータ７０の速さ及び方向を変えるようにこれを整流する。これに応じて、モータ７０は、ロータ７２に軸１８を中心にしたいずれかの方向に様々な速さで選択的にトルクを加えることになる。このことによってロータ７２が駆動されて、ステータ７１及びハウジング７４に対して、回転軸７３を中心として選択的に回転される。
【0044】
ロータ７２は、ノー・バック・デバイス１００Ｃのノー・バック入力シャフト１０１Ｃに回転式に結合される。ノー・バック・デバイス１００Ｃはノー・バック・デバイス１００Ａと実質的に同じ構成である。このため、モータ７０及びロータ７２からの入力シャフト１０１Ｃに対する駆動トルクがないときに、プレート１０４及びロック・ピン１０６を介して出力シャフト１０２Ｃをハウジング７４に事実上アースするばね１０５によって、出力シャフト１０２Ｃの回転が防止される。ロータ７２から入力シャフト１０１Ｃにトルクが加えられると、ばね１０５が圧縮され、ピン１０６がハウジング７４から解放され、出力シャフト１０２Ｃが係合されて、入力シャフト１０１Ｃから出力シャフト１０２Ｃへと動力の伝達が行われる。
【0045】
ノー・バック・デバイス１００Ｃの出力シャフト１０２Ｃは次に、ギア変速装置７８に回転式に結合される。ギア変速装置７８はギア変速装置３８と実質的に同じ構成である。この実施例では、ギア・ボックス７８の入力対出力比は１よりも大きく、好ましくは少なくとも１２０対１である。
【0046】
ステッパ・モータ、ブラシ・モータ、誘導モータ、回転液圧アクチュエータ、又は類似のものなどの、他の回転モータ又はアクチュエータが、代替として使用され得る。また、動力供給されるノー・バック・デバイスを含むがこれに限定されない他のノー・バック・デバイスが、代替として使用され得る。更に、所望のギア比又は速さ比を実現するために、他のギア変速装置、又はベルト継手若しくは他の類似の継手などの回転継手が使用され得るか、或いは別法として、ギアを使用しなくてもよい。
【0047】
この実施例１１５では、ギア機構７８の出力ギア・シャフト７９は次に、出力ホーン１６に強固に接続される。出力ホーン１６は、モータ７０のロータ７２に回転式に結合されているギア機構７８の出力シャフト７９の回転を伴って、出力ホーン１６が軸１８を中心として回転することになるように、航空機フレーム１９によって回転式に支持される。モータ７０のロータ７２がモータ・ハウジング７４に対して回転していない、及び／又は、ノー・バック・デバイス１００Ｃがロック位置にある場合、出力ホーン１６はハウジング７４に対して回転しない。ノー・バック・デバイス１００Ｃがロック解除位置にある場合、出力ホーン１６は、モータ・ハウジング７４に対するロータ７２の回転を伴って、ロータ７２とギア機構７８の出力ギア・シャフト７９の間の結合比の関数として、ハウジング７４に対して軸１８を中心として回転することになる。
【0048】
図１４及び図１５に示すように、制御装置９０はモータ駆動装置９１Ａ、９１Ｂ、及び９１Ｃに接続されており、アクチュエータ３０、５０、及び７０をモニタし２２２、ステータ３１及びモータ・ハウジング３４に対するロータ３２の対応する回転、ステータ５１及びモータ・ハウジング５４に対するロータ５２の回転、並びにステータ７１及びモータ・ハウジング７４に対するロータ７２の回転を制御することによって出力ホーン１６を所望の位置に移動させるためのコマンドを、アクチュエータ３０、５０、及び７０に提供する。通常モード２２０では、アクチュエータ３０、５０、及び７０は、フレーム１９に対するロータ３２、ロータ５２、及びロータ７２の回転量の合計の関数として、出力ホーン１６を回転させ、リンク機構２５を介して飛行制御出力部２０を移動させるように制御される。しかしながら、モータ不具合モード２２１では、アクチュエータ３０、５０、及び７０のうちの任意の１つ又は２つは、アクチュエータ３０、５０、又は７０のうちのその他の１つ又は２つに不具合があるときに、出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０をフレーム１９に対するロータ３２、５２、及び７２の回転の関数として回転させるように制御され得る。したがって、アクチュエータ３０、５０、及び７０は、これらが問題となるアクチュエータの不具合の後で逆駆動不可能であるという特徴を有し、システムはアクチュエータの不具合の発生時に最大限の飛行制御性能を実現する。
【0049】
通常動作２２０中、及びアクティブ－アクティブ－アクティブ・スキームでは、フレーム１９に対して出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるために、アクチュエータ３０、５０、及び７０の全てが使用される。これは通常動作１２０における好ましい動作スキームである。しかしながら、ノー・バック機構１００Ｃに起因して、アクチュエータ７０が不具合を生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる２２５場合、出力ホーン１６は２元アクチュエータ・モードで２元アクチュエータ１２０としてのアクチュエータ３０及び５０によって回転され得１２１、このとき出力シャフト１０２Ｃはノー・バック機構１００Ｃを介してステータ７１及びハウジング７４に対する回転を抑制され、モータ７０はこのことにより固定継手として動作する。別法として、ノー・バック機構１００Ｂに起因して、アクチュエータ５０が不具合を生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる２２４場合、出力ホーン１６は２元アクチュエータ・モードで２元アクチュエータ１２０としてのアクチュエータ３０及び７０によって回転され得１２１、このとき出力シャフト１０２Ｂはノー・バック機構１００Ｂを介してステータ５１及びハウジング５４に対する回転を抑制され、モータ５０はこのことにより固定継手として動作する。更に別の代替形態では、ノー・バック機構１００Ａに起因して、アクチュエータ３０が不具合を生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる２２３場合、出力ホーン１６は２元アクチュエータ・モードで２元アクチュエータ１２０としてのアクチュエータ５０及び７０によって回転され得１２１、このとき出力シャフト１０２Ａはノー・バック機構１００Ａを介してステータ３１及びハウジング３４に対する回転を抑制され、モータ３０はこのことにより固定継手として動作する。
【0050】
ノー・バック機構１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃにそれぞれ起因して、アクチュエータ３０、５０、及び７０のうちの１つに不具合が生じもはや動力供給されないか又は動作不能になり２２３、２２４、又は２２５、アクチュエータ３０、５０、及び７０のうちの第２のものに不具合が生じもはや動力供給されないか又は動作不能になる１２３、１２４場合、出力ホーン１６は残りの単一のアクチュエータ３０、５０、又は７０単独によって回転され得１２５、不具合が生じたモータはこのことにより固定継手として動作する。
【0051】
アクティブ－アクティブーアクティブ・スキーム及び通常モード１２０では、制御装置９０は通常、制御を実行するアクチュエータ３０、５０、及び７０の間で位置コマンドを等しく分割する。アクチュエータの不具合の後では、制御装置９０は通常、制御を実行する残りの２つのアクチュエータの間で位置コマンドを等しく分割する。第２のアクチュエータの不具合の後では、残りのアクチュエータへのコマンドは単に位置コマンドである。いずれかのアクチュエータが中心以外の位置で停止した場合、残りの複数又は１つのアクチュエータへのコマンドには、不具合を生じた複数の又は１つのアクチュエータの中心以外の入力を一掃するか又は取り消すようなバイアスをかける。
【0052】
別法として、通常モード１２０では、通常動作中にフレーム１９に対して出力ホーン１６及び飛行制御出力部２０を回転させるために、アクチュエータ３０、５０、及び７０のうちのただ１つが使用され得るが、これはアクティブ－スタンバイ－スタンバイ・スキームと呼ばれる。このアクティブ－スタンバイ－スタンバイ・スキームでは、アクチュエータ３０などの単一のアクチュエータが、これに不具合が生じ動作不能になるまで最大能力の制御を実現する。このことが起こると、２つの残りのアクチュエータのうちの一方だけ、例えばアクチュエータ５０が、これに不具合が生じ動作不能になるまで最大能力の制御を実現する、アクティブ－スタンバイ・モードが利用される。これが行われると、最大能力を維持したまま制御を再開するべくその他のアクチュエータ、例えばアクチュエータ７０が起動される。
【0053】
ハウジング７４及びステータ７１に対するロータ７２の位置を感知するために、リゾルバ７５が設けられている。制御装置９０からの入力コマンドに基づいてロータ７２の位置を調整するために、リゾルバ７５が設けられている。制御装置９０は、パイロット・インターフェース９５から入力コマンドを受信し、機械的不具合がないかリゾルバ位置とモニタ２２２を連続的に比較する。システム１１５はこの結果、制御装置９０への診断フィードバックを含む。モータ駆動装置９１Ａ、９１Ｂ、及び９１Cは、モータ３０、５０、及び７０をそれぞれ整流するための駆動電力出力電子部品を含み、システム及び制御モータ３０、５０、及び７０内のセンサから対応するフィードバックを受信する。
【0054】
図１２にも示されているように、ハウジング３４及びフレーム１９に対するハウジング５４の軸１８を中心とした回転角度範囲を限定するための、回転停止部６０が設けられている。この実施例では、停止部６０は１２０度以下の角度限度値をもたらす。ハウジング５４及びフレーム１９に対するハウジング７４の軸１８を中心とした回転角度範囲を限定するための、回転停止部８０が設けられている。この実施例では、停止部８０は２４０度以下の角度限度値をもたらす。フレーム１９に対する出力ホーン２３の軸１８を中心とした回転角度範囲を限定するための、回転停止部２３が設けられている。この実施例では、停止部２３は６０度以下である角度範囲２１の限度値をもたらす。このことにより、単純化された制御スキームと、信号整流のためのスリップ・リングを用いないアクチュエータへの電気ケーブル配線とが可能になる。このことによりまた、同時に１つのアクチュエータしか動作していなくても、システムが出力ホーン１６の全角度範囲の最大速度の運動を提供することが可能になる。
【0055】
フレーム１９は、モータ・ハウジング５４及び７４並びに出力ホーン１６との回転係合を提供するための、複数のベアリングを含む。この実施例では、回転モータ３０、５０、及び７０は、それらの駆動シャフトが同軸であり中心軸１８を中心として整列された状態で取り付けられている。ノー・バック機構１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、ギア変速装置３８、５８、及び７８、並びに出力ホーン１６もまた、中心軸１８を中心として整列されている。
【0056】
上記したように、アクチュエータ・システム１１５は３重の冗長性及びフォールト又はジャム耐性を実現するが、このことはこの及び他の航空用途において非常に重要である。システム１５及び１１５は内部の機械的不具合の後であっても冗長作動システムに継続的な動力及び出力運動を提供するが、このことは他のシステムであればジャム又は出力のロックを引き起こすであろう。
【0057】
開示されている実施例に対していくつかの修正を行うことができる。限定するものではないが例えば、更なる冗長性を実現するために、システムに、同じ中心軸を中心として配向されており且つ上記した機能性を有する追加のアクチュエータを追加してもよい。また、冗長性を実現する及び制御装置に有用なフィードバックを提供するために、アクチュエータ及び／又は任意の他のリンク機構に、位置センサ、リゾルバ、及び／又はエンコーダを追加してもよい。また更に、更なるフィードバックを提供するために、各アクチュエータ出力部及び／又はリンク機構システム２５における任意の他のリンク接合部に、追加のトルク・センサ、位置センサ、及び／又はタコメータを追加してもよい。
【0058】
したがって、アクチュエータ・システムの現時点で好ましい形態を示して説明し、いくつかの修正形態を検討してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な追加の変更を行い得ることを、当業者は容易に諒解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【国際調査報告】