JPH03304A - 電気的油圧作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電気的油圧作動装置に関するものである。

〔従来の技術〕

幾つかの分野では長い間、純粋に機械的な又は電磁機械
的な作動装置よりも油圧的な作動装置の方が望ましい、
と考えられてきた。その理由の１つは、迅速な応答と共
に高い信頼性並びに大きい力及び速度能力が要求される
分野では、油圧的装置がより実用的であることが分かっ
てきたからである。例えは、商業的及び軍事的航空機は
今日、主要な飛行制御面に対して油圧作動装置を使用し
ている。しかし、油圧サーボ作動装置に制約があり、そ
の最も大きいものは油圧供給源が必要なことである。油
圧を遠くに離れたサーボ作動装置］こ運ぶために、油圧
ポンプ、これを駆動する原動機、タンク、蓄圧器及び配
管が必要となる。パイプからの漏洩、ポンプにおける相
当なエネルギ損失、望ましくない雑音などに対する潜在
的保守問題及び航空機に据付けるハードウェアの大きな
重量及び容積のために、コスト及び据付は費が大きくな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

これまで、油圧サーボ作動装置を電磁機械的サーボ作動
装置に取替えて油圧源をなくそうと、多くの試みが行わ
れてきた。これらの試みは、希土類永久磁石を用いるサ
ーボモータやかようなモータに必要な電子制御ハードウ
ェアにおける最近の進歩により、−段と加速されている
。しかし、かかる進歩した電気モータと荷重の間に必要
なギヤ装置く及びクラッチ）が弱点として持上がり、多
くの分野で油圧サーボ作動装置に置換しうる程その改良
は行われていない。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電気的油圧作動装置は、次の構成要素より
成る。

ａ）なかに作動棒及びこれに取付けたピストンをもつシ
リンダ室を有する作動シリンダ、ｂ）油圧油をシリンダ
室に送込み、油圧で作動棒を動かす油圧ポンプ、 Ｃ）油圧ポンプに機械的に連結され、油圧油を送込むた
めに油圧ポンプを駆動する電気モータ、ｄ）電気モータ
、油圧ポンプ及びこれらのモータとポンプを浸した油圧
油タンクを収容する油圧タンク室と、作動棒を動かすた
め油圧ポンプを油圧タンク室及びシリンダ室に連結する
油圧路とを有するハウジング。

すなわち、本発明は、油圧供給源の代わりに電気モータ
を駆動源として使用し、機械的伝達装置の代わりに自己
充足（内蔵）型油圧伝達装置を使用する。こうすると、
これまで機械的クラッチやギヤで解決できなかった多く
の問題を回避することができる。例えば、本発明によれ
ば、ギヤを全く用いることなく、モータと荷重の間で２
，０００：１又はそれ以上の実効的ギヤ比を与えること
ができる。また、電気機械的サーボ作動装置に見られた
ギヤの歯の疲労の問題がなくなる。本発明では、１つの
サーボ作動装置が故障しても他の並行サーボ作動装置に
よって補うことができる。

本発明の作動装置では、従来構造にある多くの潜在的漏
洩点の代わりに可能性のある１つの漏洩点のみを考えて
設計すればよいので、漏洩をほぼ防ぐことができ、保守
費を大幅に低減できる。

従来の油圧油の濾過は、油圧油（以下、単に「油」とい
うことがある。）の流れが単方向でないと不可能である
。しかし、流れを反転させると、ポンプの摩損により生
じる汚染粒子を掃除できる。

本発明の作動装置では、ピストンによりシリンダ室を前
室となる「引込み」室と、後室となる「伸び」室とに仕
切るのがよい。そして、油圧路は、ポンプを「引込み」
室の間で油を運ぶ「引込み」油圧路と、ポンプと「伸び
」室の間で油を運ぶ「伸び」油圧路とを含む。

「引込み」油圧路は、次の構成要素より成る一方向フィ
ルタを有する。

ａ）フィルタと、油が第１の方向に「引込み」油圧路を
通るときのみ油をフィルタに通す逆止め弁とをもつ第１
「引込みＪフィルタ通路、ｂ）「引込み」油圧路内の油
に第１「引込み」フィルタ通路を迂回させるように連結
して、第１方向と反対の方向にのみ油を通し、「引込み
」油圧路内の油が第１方向に動くときのみ濾過されるよ
うにする逆止め弁をもつ第２「引込み」フィルタ通路。

「伸び」油圧路は、次の構成要素より成る一方向フィル
タを有する。

ａ）フィルタと、油が第１の方向に「伸び」油圧路を通
るときのみ油をフィルタに通す逆止め弁とをもつ第１「
伸び」フィルタ通路、 ｂ）第１「伸び」フィルタ通路を迂回させるように連結
して第１方向と反対の方向にのみ油を通し、「伸び」油
圧路内の油が第１方向に動くときのみ濾過されるように
する逆止め弁をもつ第２「伸び」フィルタ通路。

電気モータは、必要な圧力と流量のみを発生する需要本
位に油圧ポンプを駆動するのがよい。こうすると、産業
上大切なエネルギの節約、消費電力の低減、雑音発生の
減少につながる。本作動装置は、保守費を低減させる故
障検出能力を内蔵する。

ポンプは、油圧油を押出して作業棒を動かす一定変位（
ストローク〉の可逆く両方向）油圧ポンプがよい。モー
タは、これと一体にフィードバック・タコメータとモー
タ巻線温度センサが連結され、ポンプとモータを浸した
油圧油のタンクとを収容するハウジングをもつ油圧ポン
プを駆動する可逆的な無刷子直流モータがよい。このハ
ウジングはまた、作動棒を動かすのに必要なピストン、
ポンプと油圧油タンクに連結する油圧路及びシリンダ室
を含む作動シリンダを有する。

作動シリンダの前室すなわち引込み室が後室と異なる容
積をもつ場合は、ピストンの運動が油圧油の不均衡を招
くので、ポンプに対して非対称の円弧状の出入口をもつ
板（出入板）を設け、これを補正するのがよい。この板
の第１の出入口は第２の出入口と異なる円弧長をもち、
両者は大きさくサイズ）が異なる。これらのサイズは、
ポンプの回転時に出入口が開通する室の棒運動対容積の
比に合せる。もう１つの出入口を設けて、ポンプにより
容積差に相当する油圧油を可変容積室に送込む。

ポンプ及びモータは、モータに対する電気信号によって
両方向に作動棒を速度を変えて動かせるように、可逆且
つ可変速度のものがよい。また、油圧タンク室に隣接し
て可変位ガス・タンク室を設け、両室を可動膜で仕切る
のがよい。この可動膜により、油圧油の熱勾配による容
積変化が可能となる。

上記ガス・タンク室と油圧タンク室における温度変化を
測るため、これらの室にそれぞれ温度センサを設けるこ
とができる。温度測定の外に、これらのセンサが示す温
度変化の率により、油圧油内のガスの存在やガス室内の
油の存在を検出できる。

また、油圧シリンダのピストンによって駆動される作動
棒に、位置センサを連結するのがよい。

更に、油圧回路に、作動装置が発生する力を設定値以下
に制限する荷重制限用安全弁を設けることもできる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の具体例を示す部分的断面図である。

第２図は、第１図装置の平面図である。

第３図は、第１図装置の一部の断面図である。

第４図は、第１図装置の動作を示す説明図である。

第５図は、本発明の他の具体例の動作説明図である。

第１及び第２図に示す電気的油圧作動装置（１１）は、
航空機にあける飛行表面を制御するために使用するもの
である。

この作動装置（１１）は特に航空機用に作ったものであ
るが、当業者には、この電気的油圧作動装置が多くの他
の分野で使用しろるものであることば容易に分かるであ
ろう。本作動装置（１１）は、ハウジング（１３）の一
端にトラニオン（１２）が設けられ、本作動装置（１１
）を航空機の構造物に取付けるようになっている。作動
棒（１５）の棒端（１６）は、本作動装置り１１）によ
って動かす飛行表面に取付けることができる。

ハウジング（１３）は、油圧油タンク（１７）からピス
トン（２０）がなかで動くシリンダ室（１９）まで伸び
る一体構造の物である。ピストン（２０）は、作動棒（
１５）に固着され、シリンダ室（１９）を前室（２２）
と後室（２４）とに区切る。

油圧ポンプ（２３）は、電気モータ（２５）で駆動し、
油圧油タンク（１７）に満たした油圧油の中に浸す。

電気モータ（２５）は、上記ポンプ（２３）を駆動して
前室（２２）と後室（２４）の間で油圧油を動かして、
作動棒（１５）を伸ばしたり、引込めたりする。油圧路
（２７）をハウジング（１３）内に形成し、これにより
油圧油を上記ポンプ（２３）と上記の室（２２）、　（
２４）　　の間に流通させる。

油圧ポンプ（２３）と電気モータ（２５）は、正逆両方
向の回転が可能で、油圧油が上記室（２２）、　（２４
）　　の一方に供給されると油圧油が上記室（２２）、
　（２４）　　の他方から引出されるように動作する。

このようにして、上記室（２２＞、　（２４）　　の両
方における油圧油の圧力により、作動棒（１５）は確実
に駆動されて伸びたり、引込んだりする。油圧ポンプ（
２３）は、ノ１ウジング（１３）にボルトで固定し、シ
ャツ）　（３７）により電気モータ（２５）に結合する
。ピン（３３）は、該モータ（２５）をハウジング（１
３）に対して固定保持するための指標となる。

油圧ポンプ（２３）の周囲と電気モータ＜２５）の内部
には、油圧油タンクク１７）の圧力が加わる。したがっ
て、油圧油は、該ポンプから漏洩しても本装置から漏洩
することはない。漏洩した油は簡単にそのタンクに戻り
、そこで核油は再使用される。同様に、上記ポンプ（２
３）と上記モータ（２５）の内部との間の圧力密封が不
要で、これにより従来設計のものに見られた摩耗や故障
の原因がなくなる。

油圧油タンク（１７）の電気モータ（２５）の周りに伸
びる部分には、熱交換用フィン（ひれ）　（３５）を設
ける。上記タンク（１７）には油圧油が満たされるので
、上記モータ（２５）からの熱は、急速に７’％ウジン
グ（１３）に伝達されフィン（３５）によって消散する
。

この利点は、上記モータ（２５）を油圧油に浸すことに
よって得られるものである。

このような配置による他の利点は、作動装置を動作させ
るに必要な油圧油の重さが比較的小さくて済むことであ
る。前室り２２）と後室（２４）を満たすのに必要な量
のほかは、大した量の油圧油は必要ではない。

第３図に、油圧ポンプ（２３）の詳細を示す。このポン
プは、ピストン型のものである。ポンプのシャフトク３
７）は、ベヤリング（４３）により支持され、ポンプ・
ハウジング（４５）内で回転する。ピストンは、ピスト
ン（４９）及び（５１）を有し、シャフト（３７）の周
りに並べられ、これと−緒に回転するように連結される
。ピストン（４９）及び（５１）は、摺動板（４７）に
より回転しながら往復運動をする。摺動板（４７）は、
ピストン（４９）、　　（５１）により所望量の油圧油
を移動させるため、シャツ）　（３７）への垂線から十
分な角度をなすよう設計されている。

ピストン（４９）及び（５１）は、ピストン・マニホル
ド（多岐管）　（４８）内で往復運動をする。ピストン
（４９）、　（５１）　　の往復運動に従い、上記マニ
ホルド（４８）の孔（５０）、　（５２）　　を経て油
圧油が上記ポンプ（２３）に出入する。上記ポンプ（２
３）下端のポンプ出入板（５３）は、孔（５０）、　（
５２）　　に隣接した出入口（５５）（５７）、　（５
９）　（第５図参照）を有し、これらは、ピストンの回
転につれて油圧油を油圧路（２９）及びり３１）に出入
させる。

シャフト（３７）の回転に応じて、油圧油は油圧路（２
９）、　（３１）　　に対し出入するよう駆動される。

電気モータ及びシャフトの回転を逆にすると、核油の流
れが逆になる。油圧油の速度は、ポンプのシャツ）　（
３７）の回転速度に正比例する。

（２３）で示したタイプのポンプは、当業者に周知のも
のである。このようなポンプは本発明による作動装置に
は特に好都合であるが、他の可逆油圧ポンプを使用する
こともできる。

電気モータ（２５）及び油圧ポンプ（２３）の動作に伴
い、熱が発生する。したがって、油圧油の温度を監視す
ることが望ましく、この目的で温度センサ（６１）を油
圧油タンク（１７）の上端に取付ける。温度センサ（６
１）はまた、熱による温度変化が脈動（パルス）式加熱
装置から測定できるように脈動させつる抵抗加熱装置を
有する。該加熱装置の脈動による温度変化の減衰特性が
遅すぎる場合、これは、油圧油の中にガスが存在し作動
装置の点検が必要であることを示す。

油圧油タンクク１７）内の油圧油の量の変化を考慮して
、ガスを充填した金属ベローズ（６０）を該タンクの上
部に密封連結する。該ベローズ（６０）は、これに窒素
のような不活性ガスを充填し、該タンク（１７）内の油
圧油の量に応じて膨張したり、収縮したりできるように
する。該ベローズ充填のだ必、ハウジング（１３）に充
填口（６２）を設ける。充填ガスの温度を測るため、ハ
ウジング（１３）のベローズ（１３）の上端部分に温度
センサ（６３）を取付ける。温度センサ（６１）と同様
に、温度センサ（６３）に熱電対を設け、ガスの温度減
衰特性を監視できるようにする。これにより、上Ｊ己ベ
ローズ内における液体の存在を検出しろる。

油圧油を種々の補助部品に運び、且つ本装置を保護する
ため、油の通路及び穴（６７）をハウジング（１３）に
設ける。この通路及び穴（６７）は、油圧油が作動棒（
１５）の端部に渋滞するのを防ぐため、例えば、鉄棒（
１５）の密封体を経てハウジング（１３）の閉塞端（ｂ
ｌｉｎｄ　ｅｎｄ）まで伸ばす。作動装置に油圧油を充
填するため、上記通路及び穴（６７）を取外し容易の部
品（６６）に連結する。

該通路及び穴（６７）はまた、油圧油（１７）から圧変
換器（トランスジユーサ）　（７０）へと伸びている。

この圧変換器（７０）により、該タンク（１７）内の静
圧を電気的に遠隔監視することが可能である。上記タン
ク（１７）内の圧力変化は、油圧油の熱により膨張もし
くは収縮又は機械的、構造的もしくは密封の不良により
生じる核油の減少によって起こる。

圧変換器り７０）で油圧の電気的遠隔監視を行うことに
より、故障の前に保守の予定を立てることができ、また
、故障を検出することができる。

上記通路及び穴（６７）はまた、油圧油タンク（１７）
を荷重制限用安全弁（６８）に連結する。この安全弁（
６８）は、油圧路（２９）、　（３１）　　に連結され
、前室（２２）及び後室（２４）における油圧油の荷重
を制限する。

これら２つの室の一方の油圧が荷重制限用安全弁（６８
）に予め設定されたレベル値を越えると、油は上方の通
路（６７）を通って上記タンク（１７）の方に逃がされ
る。上記安全弁（６８）の設定レベルは、抜弁（６８）
の弁ピストンの上にあるスプリングによって調整できる
。前室（２２）及び後室（２４）はどちらも安全弁（６
８）に連結されているが、２つの室相互間の流通を防止
するため逆止め弁を設ける。

作動棒（１５）に隣接して、ハウジング（１３）に回転
位置エンコーダ（符号化器）　（８３）を取付ける。該
位置エンコーダ（８３）は、その一部をなすラック及び
ビニオン機構によって読取り運動を行う。該エンコーダ
のラック部分は、作動棒（１５）と並行に配設され、作
動棒と共に動く。ビニオンの回転は電気的に検出され電
気的に遠隔読取りされ、したがって作動棒（１５）の位
置が測定される。換言すると、上記エンコーダ（８３）
は、作動棒（１５）の伸び又は引込みの量を示す電気信
号を発生する。これにより電気モータ（２５）に与えら
れる伸び又は引込み命令を確認できる。また、作動棒（
１５）の位置の読取り範囲が増す。

ポンプ８人板（５３）での出入は、第５図に示す種類の
作動棒をバランスが取れるように補正する。

第５図に示すように、作動棒（１５）がピストン（２０
）を通って反対側に伸びていないので、前室（２２）の
容積／棒運動の比が後室（２４）とは異なる。従来の回
転ピストン・ポンプでは出入口（５５）、　（５７）　
　が対称であるので、各出入口を介して等量の油が駆動
されている。第５図に示すような非平衡ピストンに対し
ては、油の一部を余分の油を溜（た）める可変容積室に
送る必要がある。

ポンプ出入板（５３）のもう１つの出入口（５９）は、
可変容積室（６９）に油を出入させて油の流量を平衡さ
せるためのものである。該出入口（５９）の大きさを調
整することにより、可変容積室（６９）に出入する流量
を制御して前室（２２）及び後室（２４）に対する流量
をバランスさせることができる。よって、可変容積室（
６９）に対し精確な量の油を移動（出入）させることに
より、油の運動効率を上げることができる。該室（６９
）に対する流量の僅かな差をも補正するため、逆止め弁
（７１）、　（７３）　　を設けてもよい。

第４図にふいては、作動装置の「伸び」及び「引込み」
室（後室及び前室’）　（２４）及び（２２）に８人す
る油の濾過を行っている。「引込み」油圧路（３１）は
、第１通路（８２）をもつ一方向フィルタ（８０）を有
する。第１通路（８２）は、フィルタ（８４）と、油を
上記ポンプ（２３）から「引込み」室（２２）の方向に
のみフィルタ（８４）を介して通過させる逆止め弁（７
９）とを有する。逆止め弁（８１）をもつ迂回路（８５
）は、油を逆止め弁り７９）が通す方向と反対の方向に
のみ流す。

同様に、「伸び」油圧路（２９）には、第１通路（７２
）をもつ一方向フィルタフ７０）がある。第１通路（７
２）は、フィルタ（７８）と、油を上記ポンプ（２３）
赤ら「伸び」室＜２４）の方向にのみ流す逆止め弁（７
７）とを有する。「伸び」室（２４）から上記ポンプ（
２３）への油は、逆止め弁（７５）をもつ迂回路（７４
）を通りフィルタ（７８）を回って流れる。

〔発明の効果〕

各請求項の発明の効果については、課題を解決するため
の手段及び作用の項において各発明の順に記載したので
、重複記載を省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の具体例を示す部分的断面図、第２図は
第１図装置の平面図、第３図は第１図装置の一部の断面
図、第４図は第１図装置の動作説明図、第５図は本発明
の他の具体例あ動作説明図である。 なお、図面の符号については、特許請求の範囲において
図示の実施例に対応する構成要素に付記して示したので
、重複記載を省略する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ａ）なかに作動棒（１５）及びこれに取付けたピス
   トン（２０）をもつシリンダ室（１９）を有する作動シ
   リンダと、 ｂ）油圧油を上記シリンダ室（１９）に送込み、油圧で
   上記作動棒（１５）を動かす油圧ポンプ（２３）と、ｃ
   ）該油圧ポンプ（２３）に機械的に連結され、油圧油を
   送込むために上記油圧ポンプ（２３）を駆動する電気モ
   ータ（２５）と、 ｄ）該モータ（２５）、上記ポンプ（２３）及びこれら
   のモータとポンプを浸した油圧油タンク（１７）を収容
   する油圧タンク室と、上記作動棒（１５）を動かすため
   上記ポンプ（２３）を上記油圧タンク室及び上記シリン
   ダ室（１９）に連結する油圧路（２７、２９、３１）と
   を有するハウジング（１３）と を具えた電気的油圧作動装置。 ２、上記シリンダ室（１９）が上記ピストン（２０）に
   より該シリンダ室（１９）の前端の「引込み」室（２２
   ）と上記シリンダ室（１９）の後端の「伸び」室とに分
   割され、 上記油圧路は、上記油圧を上記ポンプ（２３）及び上記
   「引込み」室（２２）間で運ぶ「引込み」油圧路（３１
   ）と、上記油圧油を上記ポンプ（２３）及び上記「伸び
   」室（２４）間で運ぶ「伸び」油圧路（２９）とを有す
   る請求項１記載の装置。 ３、上記「引込み」油圧路（３１）に一方向フィルタ（
   ２０）があり、該フィルタは、 ａ）なかにフィルタ（８４）と、上記油が上記「引込み
   」油圧路（３１）内を第１の方向に動くときのみ、該油
   を該フィルタ（８４）を介して通過させる逆止め弁（７
   ９）とを有する第１の「引込み」フィルタ通路（８２）
   と、 ｂ）上記「引込み」油圧路（３１）内の油に上記第１「
   引込み」フィルタ通路（８２）を迂回させるように連結
   され、上記油が上記第１方向と反対方向に動くときのみ
   該油を通過させる逆止め弁（８１）を有し、上記「引込
   み」油圧路（３１）内の油を上記第１方向に動くときの
   み濾過する第２の「引込み」フィルタ通路（８５）と を具えた請求項２記載の装置。 ４、上記「伸び」油圧路（２９）に一方向フィルタ（７
   ０）があり、該フィルタは、 ａ）なかにフィルタ（７８）と、上記油が上記「伸び」
   油圧路（２９）内を第１の方向に動くときのみ、該油を
   該フィルタ（７８）を介して通過させる逆止め弁（７７
   ）とを有する第１の「伸び」フィルタ通過（７２）と、 ｂ）上記第１「伸び」フィルタ通路（７２）を迂回する
   ように連結され、上記油が上記第１方向と反対方向に動
   くときのみ該油を通過させる逆止め弁（７５）を有し、
   上記「伸び」油圧路（２９）内の油を上記第１方向に動
   くときのみ濾過する第２の「伸び」フィルタ通路（７４
   ）と を具えた請求項２又は３記載の装置。 ５、上記「引込み」室（２２）が上記後室（２４）に対
   し異なる容積／棒運動の比をもち、上記ポンプ（２３）
   がポンプ出入板（５３）をもつ回転ピストン型ポンプで
   あり、該ポンプ出入板（５３）は、上記引込み室への通
   路（３１）及び上記伸び室への通路（２９）にそれぞれ
   連結された第１及び第２の出入口（５５、５７）を有し
   、これらの第１及び第２出入口（５５、５７）は、それ
   ぞれ対応する室の容積／棒運動の比に比例する容積の油
   が出入するようなサイズ比を有する請求項２記載の装置
   。 ６、上記ポンプを出入板（５３）が可変容積室（６９）
   に連結された別の出入口（５９）を含み、上記前室（２
   ２）及び後室（２４）の容積／棒運動の比が異なるため
   これらの室（２２、２４）に入れられない油圧油を受入
   れるようにした請求項５記載の装置。 ７、上記ハウジング（１３）内に油圧路（２７、２９、
   ３１）が作られた請求項１〜６のいずれか１項に記載の
   装置。 ８、上記油圧タンク室（１７）に隣接して設けられ、上
   記油圧油の容積の変化を補正するベローズ・ピストン（
   ６０）によって該タンク室から仕切られた可変位ガス・
   タンク室と、 温度変化を測り上記ベローズ・ピストン（６０）の構造
   状態を監視するため、上記ガス・タンク室側に取付けた
   温度センサ（６３）と、 温度変化を測るため上記油圧タンク室側に取付けた温度
   センサ（６１）と を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。 ９、上記モータ（２５）が一体化されたフィードバック
   ・タコメータとモータ巻線温度センサをもつ直流無刷子
   電気モータである請求項１〜８のいずれか１項に記載の
   装置。 １０、上記油圧油の圧力を監視する圧変換器（７０）を
   有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。 １１、上記油圧ポンプ（２３）が一定変位の可逆ポンプ
   である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。 １２、作動装置へ所定値を越える構造的荷重がかかるの
   を防ぐための荷重制限用安全弁（６８）を有する請求項
   １〜１１のいずれか１項に記載の装置。 １３、上記作動棒（１５）の伸びた又は引込んだ位置を
   検出する位置センサ（８３）を有する請求項１〜１２の
   いずれか１項に記載の装置。