JP7412934B2 - リニアアクチュエータ、ロッド位置算出方法、位置算出プログラム、及び位置算出装置 - Google Patents

リニアアクチュエータ、ロッド位置算出方法、位置算出プログラム、及び位置算出装置 Download PDF

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Description

本発明は、リニアアクチュエータ、ロッド位置算出方法、位置算出プログラム、及び位置算出装置に関する。
特許文献１のリニアアクチュエータは、円筒形状のハウジングを備えている。ハウジングの両端部は、閉塞壁で覆われており、ハウジングの内部に空間が区画されている。ハウジングの内部には、円板形状のピストンが配置されている。ピストンは、ハウジングの内部空間に導入される流体の圧力によって当該ハウジングの軸線方向に移動する。ピストンには、ロッドの一端部が固定されている。ロッドの他端部は、上記の閉塞壁を貫通して、ハウジングの外部にまで至っている。また、特許文献１のリニアアクチュエータは、ロッドの他端部の位置を検出するための位置センサを備えている。この位置センサは、基準位置に対するロッドの相対位置に応じた電圧を出力する。
特開２００７－０６４４８１号公報
特許文献１のリニアアクチュエータにおいては、ロッドのストローク範囲が大きくなるほど、検出範囲が大きい位置センサを用いる必要がある。このように位置センサの検出範囲が大きくなると、基準位置に対するロッドの相対位置に応じた電圧を出力するものであるので基準となる電圧が一定の場合、検出範囲が小さいものに比べて、当該位置センサの検出精度が低下する傾向がある。したがって、特許文献１のようなリニアアクチュエータにおいては、ロッドのストローク範囲が大きくても、そのロッドの位置を精度よく検出できる技術が求められる。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロッドの位置を精度よく算出することにある。
上記課題を解決するためのリニアアクチュエータは、軸線方向に移動可能なロッドと、前記ロッドを移動させるモータと、所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、前記モータの回転角を検出する回転センサと、前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部とを備えている。
上記課題を解決するためのロッド位置算出方法は、位置センサが、軸線方向に移動可能なロッドの位置を所定の基準位置に対する相対位置として検出する相対位置検出工程と、回転センサが、前記ロッドを移動させるモータの回転角を検出する回転角検出工程と、前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値を取得した位置算出装置が、前記位置検出値及び前記回転角検出値に基づいてリニアアクチュエータのロッドの位置を算出する位置算出工程とを有する。
上記課題を解決するための位置算出プログラムは、コンピュータに、軸線方向に移動可能なロッドの位置を所定の基準位置に対する相対位置として検出する位置センサの検出値を取得させる相対位置取得処理と、前記ロッドを移動させるモータの回転角を検出する回転センサの検出値を取得させる回転角取得処理と、前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいてリニアアクチュエータのロッドの位置を算出させる位置算出処理とを実行させる。
上記課題を解決するための位置算出装置は、軸線方向に移動可能なロッドと、前記ロッドを移動させるモータと、所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、前記モータの回転角を検出する回転センサと、を備えたリニアアクチュエータに適用され、前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部を備える。
上記課題を解決するためのリニアアクチュエータは、ハウジングの内部空間に導入される流体圧に応じて直線運動するピストンと、前記ピストンに固定されて当該ピストンと共に直線運動するロッドと、前記ロッドの直線運動を回転運動に変換する変換機構と、所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、前記変換機構によって変換された回転運動の回転角を検出する回転センサと、前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部とを備える。
上記構成によれば、位置センサによって、所定の基準位置に対するロッドの相対位置をある程度の精度で検出できる。そして、位置センサによって検出されたロッドの相対位置に対して、回転センサによって検出されるモータの回転角を加味することで、位置センサのみでは検出が難しい高い精度でロッドの相対位置を算出できる。
上記リニアアクチュエータにおいて、前記位置検出値及び前記回転角検出値を記憶する記憶部と、前記ロッドが前記基準位置にあるときの前記位置検出値及び前記回転角検出値を初期値として前記記憶部に記憶させる設定部とを備え、前記位置算出部は、前記初期値に対する前記位置検出値及び前記初期値に対する前記回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出してもよい。
上記リニアアクチュエータにおいて、複数の前記位置センサと、複数の前記回転センサとを備えていてもよい。
上記リニアアクチュエータにおいて、複数の前記位置センサと、１つの前記回転センサとを備えていてもよい。
本発明によれば、リニアアクチュエータのロッドの位置を精度よく算出できる。
第１実施形態にかかるリニアアクチュエータの断面図。 制御装置が行う設定処理を示すフローチャート。 制御装置が行う位置算出処理を示すフローチャート。 （ａ）は、位置算出処理における概略値を算出する処理を示す説明図。（ｂ）は、位置算出処理における詳細値を算出する処理を示す説明図。（ｃ）は、位置算出処理における基準位置に対するロッドの位置を算出する処理を示す説明図。 第２実施形態にかかるリニアアクチュエータの断面図。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態を図１～図４にしたがって説明する。なお、以下のリニアアクチュエータ１００は、例えば、航空機の動翼を動作させる駆動源として利用される。
先ず、リニアアクチュエータ１００について説明する。リニアアクチュエータ１００は、電動式のモータ５０を備えている。モータ５０の本体部５１は、略円柱形状になっている。本体部５１の軸線方向Ａ側（図１における右側）からは、略円柱形状の出力軸５２が突出している。出力軸５２は、本体部５１が通電制御されることで当該本体部５１に対して回転する。なお、図１では、モータ５０における本体部５１の内部構造を省略して図示している。
モータ５０における本体部５１の軸線方向Ａ側には、中空で略円柱形状のギアハウジング４０が固定されている。ギアハウジング４０の内部空間は、略円柱形状になっている。ギアハウジング４０の内部空間には、当該ギアハウジング４０の軸線方向Ｂ側（図１における左側）の壁部を貫通してモータ５０の出力軸５２の一部が至っている。また、ギアハウジング４０の内部空間には、モータ５０の出力軸５２に連結するギア機構４１が収容されている。ギア機構４１は、複数のギアで構成されており、出力軸５２の回転を減速させて駆動力を伝達する。なお、図１では、ギア機構４１の図示を簡略化している。
ギアハウジング４０の軸線方向Ａ側には、中空で略円柱形状のハウジング１０が固定されている。ハウジング１０の内部空間は、略円柱形状になっている。ハウジング１０における軸線方向Ａ側の端壁部１２には、厚み方向に貫通孔１２Ａが貫通している。貫通孔１２Ａは、平面視円形状であり、端壁部１２の中央に位置している。また、ハウジング１０における軸線方向Ｂ側の端壁部１３には、厚み方向に貫通孔１３Ａが貫通している。貫通孔１３Ａは、平面視円形状であり、端壁部１３の中央に位置している。
ハウジング１０の内部には、略円柱形状のボールねじ３０が収容されている。ボールねじ３０の外周面には、螺旋状にねじ溝３３が切られている。ねじ溝３３は、ボールねじ３０の軸線方向Ａ側に設けられている。ボールねじ３０の軸線方向Ｂ側は、ハウジング１０の貫通孔１３Ａに挿通されていて、ボールねじ３０の軸線方向Ｂ側の端部がギアハウジング４０の内部空間に至っている。ボールねじ３０の軸線方向Ｂ側の端部は、ギア機構４１を介してモータ５０の出力軸５２に連結されている。ボールねじ３０の中心軸線は、ハウジング１０の中心軸線と同軸になっている。
ボールねじ３０の外周面とハウジング１０の内周面との間には、ベアリング３６が配置されている。ベアリング３６は、ボールねじ３０におけるねじ溝３３が設けられていない部分に配置されている。ベアリング３６は、ボールねじ３０をハウジング１０に対して相対回転可能に支持している。
また、ハウジング１０の内部には、全体として棒状のロッド２０が収容されている。ロッド２０は、軸線方向Ｂ側に位置するナット２１と、軸線方向Ａ側に位置するロッド本体２２とを備えている。ナット２１は、円筒形状になっており、ナット２１の内周面には、螺旋状の螺旋溝２１Ｂが切られている。螺旋溝２１Ｂの一端は、図示しない接続経路を介して螺旋溝２１Ｂの他端に接続されている。螺旋溝２１Ｂには、複数のボール２１Ａが収容されている。ナット２１の軸線方向Ａ側の端面からは、中空で円柱状のロッド本体２２が延びている。ロッド本体２２の軸線方向Ａ側の端部は、ハウジング１０の貫通孔１２Ａに挿通されていて、ハウジング１０の外部に突出している。ロッド本体２２の軸線方向Ｂ側は開口しており、ロッド本体２２の内部空間とナット２１の内部空間とが連通している。ロッド本体２２の軸線方向Ａ側の端面からは、略円環形状の固定部２３が突出している。図示は省略するが、固定部２３には、リニアアクチュエータ１００によって動作される機器、例えば航空機の動翼が固定される。
ロッド２０におけるナット２１及びロッド本体２２には、ボールねじ３０が挿通されている。また、ロッド２０におけるナット２１の螺旋溝２１Ｂとボールねじ３０のねじ溝３３の間には、上述した複数のボール２１Ａが介在されている。ボールねじ３０が回転すると、ボール２１Ａがボールねじ３０のねじ溝３３内を進行する。それに伴い、ロッド２０がボールねじ３０に対して軸線方向に相対移動する。
ハウジング１０の内部には、ロッド２０の位置を検出するための位置センサ６０が配置されている。位置センサ６０は、ナット２１が最も軸線方向Ｂ側に位置するときのロッド２０の位置を基準として、軸線方向におけるロッド２０の相対位置を検出する。したがって、ナット２１が最も軸線方向Ｂ側に位置するときのロッド２０の位置が所定の基準位置である。また、位置センサ６０は、軸線方向におけるロッド２０のストローク範囲の全域を検出可能になっている。位置センサ６０としては、例えば、ロッド２０の位置に応じて出力電圧を変化させるＬＶＤＴ（差動変圧器）である。なお、相対位置検出工程が位置センサ６０によって実現される。
また、ギアハウジング４０の内部には、モータ５０の回転角を検出するための回転センサ７０が配置されている。回転センサ７０は、モータ５０の出力軸５２の回転角を検出する。回転センサ７０としては、例えば、出力軸５２の回転角に応じて出力電圧を変化させるレゾルバを用いることができる。なお、回転角検出工程が回転センサ７０によって実現される。
モータ５０の本体部５１における軸線方向Ｂ側の端部には、全体として円柱形状の外観の制御ハウジング８０Ａが固定されている。制御ハウジング８０Ａの内部には、各種の処理を行う制御装置８０が収容されている。制御装置８０は、マイクロコンピュータで構成されている。なお、制御装置８０の行う各処理は、制御装置８０に記憶されたプログラムを、コンピュータとしての制御装置８０が実行することにより実現される。
制御装置８０には、位置センサ６０が検出した位置検出値を示す信号が入力される。さらに、制御装置８０には、回転センサ７０が検出した回転角検出値を示す信号が入力される。すなわち、制御装置８０は、位置検出値及び回転角検出値を取得する。
制御装置８０は、モータ５０を制御する制御部８１を備えている。制御部８１は、モータ５０の本体部５１に対して制御信号を出力する。そして、出力軸５２が周方向に回転することでボールねじ３０が回転する。このようにボールねじ３０が回転すると、ボールねじ３０に対してロッド２０が軸線方向に移動する。
制御装置８０は、位置センサ６０の位置検出値及び回転センサ７０の回転角検出値に基づいて、ロッド２０の基準位置に対する当該ロッド２０の位置を算出する位置算出部８２を備えている。なお、位置算出工程が位置算出部８２によって実現される。また、制御装置８０は、位置センサ６０の位置検出値及び回転センサ７０の回転角検出値を記憶する記憶部８３を備えている。制御装置８０は、ロッド２０が基準位置にあるときの位置センサ６０の位置検出値及び回転センサ７０の回転角検出値を初期値として記憶部８３に記憶させる設定部８４を備えている。なお、図１では、制御装置８０の構成を機能的に分類して概略的に図示している。
制御装置８０には、複数のリニアアクチュエータ１００を制御する統括制御装置１１０が電気的に接続されている。統括制御装置１１０は、航空機の操縦者の操作に応じて航空機の動翼を駆動させるために、複数のリニアアクチュエータ１００を統括制御する。統括制御装置１１０は、複数のリニアアクチュエータ１００における各リニアアクチュエータ１００の制御装置８０に制御信号を出力する。統括制御装置１１０としては、例えば、フライトコントローラである。
次に、制御装置８０が行う位置検出値及び回転角検出値の初期値を設定する一連の設定処理について説明する。制御装置８０は、記憶部８３に初期値が正常に記憶されていないと判定したときに一連の設定処理を実行する。具体的には、一連の設定処理は、当該制御装置８０が統括制御装置１１０に対して初めて電気的に接続されたときや、記憶部８３に記憶されていた初期値が消去されたことに伴ってリニアアクチュエータ１００のメンテナンス作業を行うときに実行される。
図２に示すように、ステップＳ１１において、制御装置８０における制御部８１は、ロッド２０がボールねじ３０におけるねじ溝３３の軸線方向Ｂ側に移動するように所定時間、モータ５０を通電制御する。ここで、所定時間は、ナット２１が、最も軸線方向Ａ側の位置から最も軸線方向Ｂ側の位置に移動するまでに必要な時間よりも長い時間として予め定められている。したがって、ステップＳ１１の処理によって、ナット２１は、ねじ溝３３における最も軸線方向Ｂ側に位置する。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１２に進める。
ステップＳ１２において、制御装置８０における設定部８４は、ステップＳ１１が終了した時点での位置センサ６０の位置検出値を、当該位置検出値の初期値として記憶部８３に記憶させる。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ１３に進める。
ステップＳ１３において、制御装置８０における設定部８４は、ステップＳ１１が終了した時点での回転センサ７０の回転角検出値を、当該回転角検出値の初期値として記憶部８３に記憶させる。その後、制御装置８０は、一連の設定処理を終了する。なお、この設定処理が終了した後は、新たに設定された位置センサ６０の位置検出値の初期値、及び回転センサ７０の回転角検出値の初期値を基準として、ロッド２０の位置を算出する。
次に、制御装置８０が行うロッド２０の位置を算出する一連の位置算出処理及びその処理の作用について説明する。制御装置８０は、当該制御装置８０が起動してから当該制御装置８０の動作が終了するまで一連の位置算出処理を繰り返し実行する。
図３に示すように、ステップＳ２１において、制御装置８０における位置算出部８２は、位置検出値の初期値及びステップＳ２１の処理時点の位置検出値に基づいて概略値を算出する。具体的には、位置算出部８２は、位置検出値の初期値とステップＳ２１の処理時点の位置検出値との差に基づいて、所定の基準位置に対する現在のロッド２０の位置を算出する。そして、位置算出部８２は、算出した所定の基準位置に対する現在のロッド２０の位置における小数点以下の数値を切り捨てて、整数の部分を概略値とする。例えば、図４（ａ）に示すように、位置センサ６０の位置検出値が「１０３」以上であって「１０４」未満であるときには、破線で示す小数点以下の数値を切り捨てて概略値が「１０３」と算出される。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ２２に進める。
図３に示すように、ステップＳ２２において、位置算出部８２は、回転角検出値の初期値及びステップＳ２１の処理時点の回転角検出値に基づいて詳細値を算出する。具体的には、位置算出部８２は、回転角検出値の初期値とステップＳ２１の処理時点の回転角検出値との差に基づいて、ロッド２０が基準位置にあるときのモータ５０の出力軸５２の回転位置を「０度」として、現在のモータ５０の出力軸５２の回転位置を、回転角として算出する。そして、位置算出部８２は、現在の出力軸５２の回転角をロッド２０の軸線方向の移動量に変換して、その変換後の値を詳細値として算出する。なお、出力軸５２の回転角をロッド２０の軸線方向の移動量に変換するにあたっては、ギア機構４１の減速比等が考慮される。
ここで、例えば、モータ５０の出力軸５２が１８０度回転する毎にロッド２０が軸線方向に「１」ずつ移動するものとする。この場合、ロッド２０の軸線方向の移動量は、出力軸５２の回転角が０度から１８０度に近づくに連れて、「０」から「１」に近づいていき、出力軸５２の回転角が１８０度になったときに再び「０」になる。そして、出力軸５２の回転角が１８０度から３６０度に近づくに連れて、「０」から「１」に近づいていく。すなわち、ロッド２０の軸線方向の移動量は、０度以上３６０度未満で変化する出力軸５２の角度に応じて、１８０度周期で「０」以上「１」未満の範囲で算出される。具体的には、図４（ｂ）に示すように、モータ５０の出力軸の回転角が２５２度と算出されたときには、ロッド２０の軸線方向の移動量の詳細値が「０．４０」と算出される。その後、制御装置８０は、処理をステップＳ２３に進める。
図３に示すように、ステップＳ２３において、位置算出部８２は、今回のステップＳ２１で算出した概略値に今回のステップＳ２２で算出した詳細値を加算してロッド２０の位置を算出する。例えば、図４（ｃ）に示すように、今回のステップＳ２１で算出した概略値が「１０３」であり、今回のステップＳ２２で算出した詳細値が「０．４０」であるときには、両者を足し合わせた「１０３．４０」を、基準位置に対するロッド２０の相対値として算出する。その後、制御装置８０は、今回の一連の位置算出処理を終了する。
本実施形態の効果について説明する。
（１）位置センサ６０は、軸線方向におけるロッド２０の相対位置を連続的に検出するため、軸線方向における検出誤差が積み重なる。そのため、位置センサ６０は、軸線方向におけるロッド２０のストローク範囲が大きくなるほど、位置センサ６０の位置の検出精度が低下する傾向がある。その一方、回転センサ７０は、モータ５０の出力軸５２が１回転する際の角度を検出するため、軸線方向におけるロッド２０のストローク範囲が大きくなることでモータ５０の出力軸５２の回転数が増加したとしても、位置センサ６０のように検出誤差が積み重なりにくい。そのため、回転センサ７０では、軸線方向におけるロッド２０のストローク範囲が大きくても、回転角検出値の検出精度が低下しにくい。そこで、制御装置８０における位置算出部８２は、ロッド２０のストローク範囲の全域の位置を検出可能な位置センサ６０が検出した位置検出値に基づいて、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置の概略値を算出する。また、制御装置８０における位置算出部８２は、回転センサ７０が検出した回転角検出値に基づいて、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置の詳細値を算出する。そして、制御装置８０における位置算出部８２は、位置センサ６０の位置検出値から算出した概略値に、回転センサ７０の回転角検出値から算出した詳細値を加算することで、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置を算出する。このように、制御装置８０における位置算出部８２は、位置センサ６０の位置検出値に基づいて、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置をある程度の精度で算出する。そして、回転センサ７０の回転角検出値を加味することで、最終的には所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置を高い精度で算出できる。さらに、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置を高い精度で算出できるため、航空機の動翼における動作精度の向上に寄与できる。その結果、複数のリニアアクチュエータ１００を用いて同じ動翼を駆動する構成であっても、各リニアアクチュエータ１００におけるロッド２０の駆動位置のずれに起因して動翼が歪むことを抑制できる。
（２）リニアアクチュエータ１００の製造上の誤差や製造後の経年劣化によって、ロッド２０が基準位置にあるにも拘らず、位置センサ６０の位置検出値や回転センサ７０の回転角検出値が初期値からずれることがある。この場合、制御装置８０における位置算出部８２は、所定の基準位置に対するロッド２０の相対位置を誤って算出する。これに対して、制御装置８０における設定部８４は、ナット２１が最も軸線方向Ｂ側に位置するときの位置センサ６０の位置検出値を、当該位置検出値の初期値として記憶部８３に記憶させる。また、制御装置８０における設定部８４は、ナット２１が最も軸線方向Ｂ側に位置するときの回転センサ７０の回転角検出値を、当該回転角検出値の初期値として記憶部８３に記憶させる。このように、制御装置８０における設定部８４は、ロッド２０が同一の基準位置にあるときの位置検出値及び回転角検出値を、位置検出値の初期値及び回転角検出値の初期値として記憶部８３に記憶させることができる。これにより、リニアアクチュエータ１００において製造上の誤差が生じたり、製造後の経年劣化が生じたりしても、ロッド２０の位置に応じて改めて初期値を設定できる。
（３）位置センサ６０としてＬＶＤＴを採用している。一般的に、ＬＶＤＴは、ロッド２０の位置に応じて出力電圧を出力するため、出力電圧の経時的な変化等の情報に依らずに、直接的にロッド２０の位置を検出できる。また、ＬＶＤＴは、比較的に広い範囲に亘ってロッド２０の位置を検出できる。その一方で、ＬＶＤＴは、基準位置に対するロッド２０の相対位置に応じた電圧を出力するものであるので基準となる電圧が一定の場合、検出される電圧の分解能にも限界があるため、精度という点では十分でないこともある。これに対して、回転センサ７０として、レゾルバを採用している。一般的に、レゾルバは、所定の回転角毎に出力されるパルスの数に応じて回転角を検出するため、比較的に高い精度が期待できる。その一方で、レゾルバは、３６０度以上の回転角を検出しようとする場合には、出力軸５２が初期位置からの回転数をカウントして記憶する必要があり、仮に記憶しているカウント値が失われれば、回転角を検出することができなくなる。すなわち、レゾルバは、瞬間的な停電等に弱いといえる。回転センサ７０を用いてロッド２０の移動量を検出しているので、ロッド２０の移動量を高精度に検出できる。そして、回転センサ７０を用いているものの、回転センサ７０は、ロッド２０の移動量の詳細値を算出する目的に限っている。そのため、瞬間的な停電等によって回転センサ７０による出力軸５２の回転角の検出が不可能になっても、位置センサ６０によってロッド２０の移動量を相応の精度で検出できる。したがって、瞬間的な停電等によって、ロッド２０の移動量が全く検出できなくなるといった事態は生じにくい。
（第２実施形態）
以下、第２実施形態を図５にしたがって説明する。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、具体的な説明を省略又は簡略化する。
先ず、リニアアクチュエータ２００について説明する。リニアアクチュエータ２００は、中空で略円柱形状のハウジング２１０を備えている。ハウジング２１０の内部空間は、略円柱形状になっている。ハウジング２１０における外周壁２１１においては、径方向に第１連通孔２１１Ａが貫通している。第１連通孔２１１Ａは、外周壁２１１における軸線方向Ａ側（図５における右側）の端部に位置している。また、外周壁２１１においては、径方向に第２連通孔２１１Ｂが貫通している。第２連通孔２１１Ｂは、外周壁２１１における軸線方向Ｂ側（図５における左側）の端部に位置している。ハウジング２１０における軸線方向Ａ側の端壁部２１２には、厚み方向に貫通孔２１２Ａが貫通している。貫通孔２１２Ａは、平面視円形状であり、端壁部２１２の中央に位置している。また、ハウジング２１０における軸線方向Ｂ側の端壁部２１３からは、軸線方向Ａ側に向かってストッパ２１６が延びている。
ハウジング２１０の内部には、略円板形状のピストン２３０が収容されている。ピストン２３０の外径は、ハウジング２１０の内径と略同じになっている。ピストン２３０の中心軸線は、ハウジング２１０の中心軸線と同軸になっている。ピストン２３０は、ハウジング２１０の内部に導入される油圧に応じて、当該ハウジング２１０に対して軸線方向に移動可能になっている。すなわち、ピストン２３０は、ハウジング２１０の軸線方向に沿うように直線運動可能になっている。
ピストン２３０における軸線方向Ａ側の端面からは、全体として棒状のロッド２２０が延びている。ロッド２２０におけるロッド本体２２２は、ピストン２３０の中央部から延びている。ロッド本体２２２の軸線方向Ａ側の端部は、ハウジング２１０の貫通孔２１２Ａに挿通されていて、ハウジング２１０の外部に突出している。ロッド本体２２２の軸線方向Ａ側の端面からは、略円環形状の固定部２２３が突出している。図示は省略するが、固定部２２３には、リニアアクチュエータ２００によって動作される機器、例えば、航空機の動翼が固定される。ロッド２２０は、ピストン２３０に固定されていることで、ピストン２３０と共にハウジング２１０の軸線方向に沿うように直線運動可能になっている。ロッド２２０及びピストン２３０が一体的に構成されている。
ハウジング２１０における端壁部２１２の軸線方向Ａ側の端面には、ロッド２２０の直線運動を回転運動に変換する変換機構２４０が固定されている。変換機構２４０における支持部２４１は、端壁部２１２の端面から軸線方向Ａ側に向かって延びている。支持部２４１の軸線方向Ａ側の端部には、全体として円板形状の回転部２４２が支持されている。回転部２４２は、支持部２４１に対して回転可能になっている。回転部２４２の外周面は、ロッド２２０におけるロッド本体２２２の外壁部に接触している。回転部２４２は、ロッド２２０が軸線方向に移動することで支持部２４１に対して回転する。回転部２４２としては、例えば、ギアやローラなどである。
また、ハウジング２１０における端壁部２１２の軸線方向Ａ側の端面には、変換機構２４０によって変換された回転運動の回転角を検出する回転センサ２７０が固定されている。回転センサ２７０は、支持部２４１に対する回転部２４２の回転角を検出する。回転センサ２７０としては、例えば、回転部２４２の回転角に応じて出力電圧を変化させるレゾルバを用いることができる。なお、回転角検出工程が回転センサ２７０によって実現される。
ハウジング２１０の内部には、ロッド２２０の位置を検出するための位置センサ２６０が配置されている。位置センサ２６０は、図５に示すように、ピストン２３０とストッパ２１６とが当接しているときのロッド２２０の位置を基準として、軸線方向におけるロッド２２０の相対位置を検出する。したがって、ピストン２３０とストッパ２１６とが当接しているときのロッド２２０の位置が所定の基準位置である。また、位置センサ２６０は、軸線方向におけるロッド２２０のストローク範囲の全域を検出可能になっている。位置センサ２６０としては、例えば、ロッド２０の位置に応じて出力電圧を変化させるＬＶＤＴ（差動変圧器）である。なお、相対位置検出工程が位置センサ２６０によって実現される。
リニアアクチュエータ２００におけるハウジング２１０には、油圧回路２９０が接続されている。油圧回路２９０は、オイルを供給するための油圧源２９１を備えている。油圧源２９１には、オイルが流通する供給通路２９３の一端が接続されている。供給通路２９３の他端には、オイルの流れを制御するための流路切替機構２９５が接続されている。流路切替機構２９５には、供給通路２９３を介して油圧源２９１からオイルが供給される。
また、流路切替機構２９５には、オイルが流通する排出通路２９４の一端が接続されている。排出通路２９４の他端には、オイルが貯留されるリザーバ２９２が接続されている。リザーバ２９２には、排出通路２９４を介して流路切替機構２９５側からのオイルが排出される。
流路切替機構２９５には、オイルが流通する第１通路２９６の一端が接続されている。第１通路２９６の他端には、ハウジング２１０の第１連通孔２１１Ａが接続されている。また、流路切替機構２９５には、オイルが流通する第２通路２９７の一端が接続されている。第２通路２９７の他端には、ハウジング２１０の第２連通孔２１１Ｂが接続されている。
ハウジング２１０における端壁部２１３の軸線方向Ｂ側の端面には、全体として円柱形状の外観の制御ハウジング２８０Ａが固定されている。制御ハウジング２８０Ａの内部には、各処理を行う制御装置２８０が収容されている。制御装置２８０は、マイクロコンピュータで構成されている。なお、制御装置２８０の行う各処理は、制御装置２８０に記憶されたプログラムを、コンピュータとしての制御装置２８０が実行することにより実現される。
制御装置２８０には、位置センサ２６０が検出した位置検出値を示す信号が入力される。さらに、制御装置２８０には、回転センサ２７０が検出した回転角検出値を示す信号が入力される。すなわち、制御装置２８０は、位置検出値及び回転角検出値を取得する。
制御装置２８０は、流路切替機構２９５を制御する制御部２８１を備えている。制御部２８１は、流路切替機構２９５に対して制御信号を出力する。この制御信号に応じて流路切替機構２９５が制御されると、例えば、供給通路２９３及び第２通路２９７が接続されて排出通路２９４及び第１通路２９６が接続される。このように接続されると、ハウジング２１０におけるピストン２３０よりも軸線方向Ｂ側にはオイルが供給される一方、ハウジング２１０におけるピストン２３０よりも軸線方向Ａ側からはオイルが排出される。すると、ピストン２３０は、ハウジング２１０に対して軸線方向Ａ側に移動する。そして、ロッド２２０は、ピストン２３０と共にハウジング２１０に対して軸線方向Ａ側に移動する。また、この制御信号に応じて流路切替機構２９５が制御されると、例えば、供給通路２９３及び第１通路２９６が接続されて排出通路２９４及び第２通路２９７が接続される。このように接続されると、ハウジング２１０におけるピストン２３０よりも軸線方向Ａ側にはオイルが供給される一方、ハウジング２１０におけるピストン２３０よりも軸線方向Ｂ側からはオイルが排出される。すると、ピストン２３０は、ハウジング２１０に対して軸線方向Ｂ側に移動する。そして、ロッド２２０は、ピストン２３０と共にハウジング２１０に対して軸線方向Ｂ側に移動する。
制御装置２８０は、位置センサ２６０の位置検出値及び回転センサ２７０の回転角検出値に基づいて、ロッド２２０の基準位置に対する当該ロッド２２０の位置を算出する位置算出部２８２を備えている。なお、位置算出工程が位置算出部２８２によって実現される。また、制御装置８０は、位置センサ２６０の位置検出値及び回転センサ２７０の回転角検出値を記憶する記憶部２８３を備えている。制御装置２８０は、ロッド２２０が基準位置にあるときの位置センサ２６０の位置検出値及び回転センサ２７０の回転角検出値を初期値として記憶部２８３に記憶させる設定部２８４を備えている。なお、図５では、制御装置２８０の構成を機能的に分類して概略的に図示している。また、制御装置２８０には、複数のリニアアクチュエータ２００を制御する統括制御装置１１０が電気的に接続されている。
この第２実施形態においても、制御装置２８０は、第１実施形態と同様の一連の設定処理を、記憶部２８３に初期値が正常に記憶されていないと判定したときに実行する。また、制御装置２８０は、第１実施形態と同様の一連の位置算出処理を、制御装置２８０が起動してから当該制御装置２８０の動作が終了するまで繰り返し実行する。したがって、この第２実施形態では、第１実施形態における上記（１）～（３）と同様の効果を得られる。
上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。また、以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で第１実施形態及び第２実施形態に適用できる。
・上記の第１実施形態において、位置センサ６０及び回転センサ７０は、それぞれ１つ以上の範囲でそれらの数を変更できる。例えば、位置センサ６０及び回転センサ７０を２つずつ備えていてもよい。この構成においては、位置センサ６０や回転センサ７０の一部のセンサが故障しても、故障していない他の位置センサ６０及び回転センサ７０が少なくとも１つ以上あれば、故障していない他の位置センサ６０の位置検出値及び回転センサ７０の回転角検出値に基づいてロッド２０の位置を算出できる。
・また、例えば、位置センサ６０を２つ備え、回転センサ７０を１つ備えていてもよい。上記の構成では、位置センサ６０を２つ備えているため、２つの位置センサ６０のうちの１つが故障しても、故障していない位置センサ６０の位置検出値に応じてロッド２０の移動量の概略値を算出できる。その一方、１つの回転センサ７０が故障してしまえば、ロッド２０の移動量の詳細値は算出できなくなる。この場合でも、位置センサ６０が正常であれば、ロッド２０の移動量をある程度の精度で検出できる。そして、回転センサ７０が１つのみであれば回転センサ７０が２つ以上である場合に比べて回転センサ７０の数の増加に伴うコスト等の上昇は抑制できる。また、仮に、回転センサ７０を２つ備えている場合には、２つの回転センサ７０のいずれかに不調や故障が生じたときにリニアアクチュエータ１００のメンテナンス作業が必要になる。この点、上記の構成では、回転センサ７０については１つのみ備えているため、回転センサ７０のメンテナンス作業等の頻度を抑制できる。
・上記の第１実施形態において、制御装置８０は、リニアアクチュエータ１００とは別の独立した部品として構成されていてもよい。この場合、制御装置８０は、リニアアクチュエータ１００に適用された位置算出装置として機能する。
・上記の第１実施形態において、制御装置８０の構成は変更できる。例えば、制御装置８０における設定部８４は省略してもよい。この場合、リニアアクチュエータ１００の製造時において、位置検出値の初期値と回転角検出値の初期値とを一致させておけばよい。
・また、例えば、リニアアクチュエータ１００とは一体に構成されず、別に構成された制御装置が位置算出部を備えていてもよい。この場合、位置算出部を備えた制御装置は、リニアアクチュエータ１００に適用された位置算出装置として機能する。
・上記の第１実施形態において、位置センサ６０として採用するセンサは変更できる。例えば、位置センサ６０としては、磁歪式センサを採用してもよい。
・上記の第１実施形態において、回転センサ７０として採用するセンサは変更できる。例えば、回転センサ７０としては、光学式や磁気式のエンコーダを採用してもよい。また、例えば、回転センサ７０としては、モータ５０がブラシレスモータである場合はモータ５０の内部に設けられるホール素子を活用したセンサを採用してもよい。
・上記の第１実施形態において、回転センサ７０が直接検出する検出対象は、出力軸５２に限らない。例えば、回転センサ７０は、ボールねじ３０の回転角やギア機構４１のギアの回転角を検出してもよい。この場合にも、回転センサ７０は、間接的にモータ５０の回転角を検出できる。
・上記の第１実施形態において、回転センサ７０の取り付け位置は任意の位置に変更できる。例えば、回転センサ７０は、モータ５０の本体部５１の内部に取り付けられていたり、ハウジング１０の内部に取り付けられていたりしてもよい。
・上記の第２実施形態において、位置センサ２６０が直接検出する検出対象は、ロッド２２０に限らない。例えば、位置センサ２６０は、ピストン２３０の相対位置を検出してもよい。この場合にも、位置センサ２６０は、間接的にロッド２２０の相対位置を検出できる。
・上記の第２実施形態において、リニアアクチュエータ２００のハウジング２１０に供給する流体はオイルに限らない。例えば、ハウジング２１０に供給する流体は、オイルに代えて空気でもよい。
・上記の第１実施形態において、ロッド２０の所定の基準位置は変更できる。例えば、ナット２１が最も軸線方向Ａ側に位置するときのロッド２０の位置が所定の基準位置でもよい。
・上記の第１実施形態において、ハウジング１０の内部に収容されるねじ機構は、ボールねじ３０に限らず、変更してもよい。例えば、直動機構に用いるねじ等を使用してもよい。
・上記の第１実施形態において、モータ５０の形式は特に限定する必要は無く、ブラシ付モータやブラシレスＤＣモータやＡＣモータなどを使用することができる。
・上記の第１実施形態において、リニアアクチュエータ１００は航空機の動翼を動作させる駆動源として利用するものを例示したが、これに限らない。例えば、リニアアクチュエータ１００は、鉄道用ブレーキや鉄道用ドアや自動車用ブレーキや建設機械のアームや建物用自動ドア等の駆動源として利用することもできる。
１０…ハウジング、１２…端壁部、１２Ａ…貫通孔、１３…端壁部、１３Ａ…貫通孔、２０…ロッド、２１…ナット、２１Ａ…ボール、２１Ｂ…螺旋溝、２２…ロッド本体、２３…固定部、３０…ボールねじ、３３…ねじ溝、３６…ベアリング、４０…ギアハウジング、４１…ギア機構、５０…モータ、５１…本体部、５２…出力軸、６０…位置センサ、７０…回転センサ、８０…制御装置、８０Ａ…制御ハウジング、８１…制御部、８２…位置算出部、８３…記憶部、８４…設定部、１００…リニアアクチュエータ、１１０…統括制御装置、２００…リニアアクチュエータ、２１０…ハウジング、２１１…外周壁、２１１Ａ…第１連通孔、２１１Ｂ…第２連通孔、２１２…端壁部、２１２Ａ…貫通孔、２１３…端壁部、２１６…ストッパ、２２０…ロッド、２２２…ロッド本体、２２３…固定部、２３０…ピストン、２４０…変換機構、２４１…支持部、２４２…回転部、２６０…位置センサ、２７０…回転センサ、２８０…制御装置、２８０Ａ…制御ハウジング、２８２…位置算出部、２８３…記憶部、２８４…設定部、２９０…油圧回路、２９１…油圧源、２９２…リザーバ、２９３…供給通路、２９４…排出通路、２９５…流路切替機構、２９６…第１通路、２９７…第２通路。

Claims (8)

  1. 軸線方向に移動可能なロッドと、
    前記ロッドを移動させるモータと、
    所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、
    前記モータの回転角を検出する回転センサと、
    前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部とを備え、
    前記位置算出部は、
    前記位置検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、所定の位以下を切り捨てた数値の部分を、概略値として算出し、
    前記回転角検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、前記所定の位以下の数値の部分を、詳細値として算出し、
    前記概略値に前記詳細値を加算した値を、前記ロッドの位置として算出する
    リニアアクチュエータ。
  2. ハウジングの内部空間に導入される流体圧に応じて直線運動するピストンと、
    前記ピストンに固定されて当該ピストンと共に直線運動するロッドと、
    前記ロッドの直線運動を回転運動に変換する変換機構と、
    所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、
    前記変換機構によって変換された回転運動の回転角を検出する回転センサと、
    前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部とを備え、
    前記位置算出部は、
    前記位置検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、所定の位以下を切り捨てた数値の部分を、概略値として算出し、
    前記回転角検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、前記所定の位以下の数値の部分を、詳細値として算出し、
    前記概略値に前記詳細値を加算した値を、前記ロッドの位置として算出する
    リニアアクチュエータ。
  3. 前記位置検出値及び前記回転角検出値を記憶する記憶部と、
    前記ロッドが前記基準位置にあるときの前記位置検出値及び前記回転角検出値を初期値として前記記憶部に記憶させる設定部とを備え、
    前記位置算出部は、前記初期値に対する前記位置検出値及び前記初期値に対する前記回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する
    請求項１又は請求項２に記載のリニアアクチュエータ。
  4. 複数の前記位置センサと、複数の前記回転センサとを備えている
    請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
  5. 複数の前記位置センサと、１つの前記回転センサとを備えている
    請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
  6. 位置センサが、軸線方向に移動可能なロッドの位置を所定の基準位置に対する相対位置として検出する相対位置検出工程と、
    回転センサが、前記ロッドを移動させるモータの回転角を検出する回転角検出工程と、
    前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値を取得した位置算出装置が、前記位置検出値及び前記回転角検出値に基づいてリニアアクチュエータのロッドの位置を算出する位置算出工程とを有し、
    前記位置算出工程では、
    前記位置検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、所定の位以下を切り捨てた数値の部分を、概略値として算出し、
    前記回転角検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、前記所定の位以下の数値の部分を、詳細値として算出し、
    前記概略値に前記詳細値を加算した値を、前記ロッドの位置として算出する
    ロッド位置算出方法。
  7. コンピュータに、
    軸線方向に移動可能なロッドの位置を所定の基準位置に対する相対位置として検出する位置センサの検出値を取得させる相対位置取得処理と、
    前記ロッドを移動させるモータの回転角を検出する回転センサの検出値を取得させる回転角取得処理と、
    前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいてリニアアクチュエータのロッドの位置を算出させる位置算出処理とを実行させ、
    前記位置算出処理では、
    前記位置検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、所定の位以下を切り捨てた数値の部分を、概略値として算出させ、
    前記回転角検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、前記所定の位以下の数値の部分を、詳細値として算出させ、
    前記概略値に前記詳細値を加算した値を、前記ロッドの位置として算出させる
    位置算出プログラム。
  8. 軸線方向に移動可能なロッドと、前記ロッドを移動させるモータと、所定の基準位置に対する前記ロッドの相対位置を検出する位置センサと、前記モータの回転角を検出する回転センサと、を備えたリニアアクチュエータに適用され、
    前記位置センサの位置検出値及び前記回転センサの回転角検出値に基づいて前記ロッドの位置を算出する位置算出部を備え、
    前記位置算出部は、
    前記位置検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、所定の位以下を切り捨てた数値の部分を、概略値として算出し、
    前記回転角検出値に基づいて、前記ロッドの位置を示す数値のうち、前記所定の位以下の数値の部分を、詳細値として算出し、
    前記概略値に前記詳細値を加算した値を、前記ロッドの位置として算出する
    位置算出装置。
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