JPH10271852A - Tortion actuator and flap driver - Google Patents
Tortion actuator and flap driverInfo
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- JPH10271852A JPH10271852A JP9070213A JP7021397A JPH10271852A JP H10271852 A JPH10271852 A JP H10271852A JP 9070213 A JP9070213 A JP 9070213A JP 7021397 A JP7021397 A JP 7021397A JP H10271852 A JPH10271852 A JP H10271852A
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- torsion
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号に応じて
捩りモーメントや捩り角を出力する捩りアクチュエー
タ、およびこれを用いたフラップ駆動装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a torsional actuator for outputting a torsional moment and a torsional angle in response to an electric signal, and a flap driving device using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、市街地のヘリポートに離発着する
コミュータヘリコプタの要望が高まっており、実現のた
めに騒音の低減化が要求されている。その騒音対策とし
て有効な手段の１つは、主ロータの回転速度を低くする
ことである。しかし、主ロータの回転速度を低くする
と、肝腎のリフト力も激減してしまうため、その対策も
検討事項となる。中でも、ヘリコプタブレードにフラッ
プを取付けて、フラップ角をきめ細かく制御することに
よって、ロータブレードの空力特性を改善する手法が有
力と考えられている。2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing demand for commuter helicopters that take off and land at helipads in urban areas, and a reduction in noise is required for realization. One of the effective measures against noise is to reduce the rotation speed of the main rotor. However, when the rotation speed of the main rotor is reduced, the lift force of the liver and kidney is drastically reduced. Above all, a technique for improving the aerodynamic characteristics of a rotor blade by attaching a flap to a helicopter blade and finely controlling the flap angle is considered to be effective.
【０００３】フラップ角制御は、ブレードピッチ角の制
御と比べて、駆動対象が小型軽量になるため、高速で効
率的な制御を期待できる。一方、ブレードにフラップの
支持機構や駆動機構が別途必要となるため、こうした機
構をブレード内部の狭い空間に収納することは極めて困
難である。In the flap angle control, since the driven object is smaller and lighter than the blade pitch angle control, high-speed and efficient control can be expected. On the other hand, since a flap supporting mechanism and a driving mechanism are separately required for the blade, it is extremely difficult to store such a mechanism in a narrow space inside the blade.
【０００４】そこで、小型で強力なアクチュエータとし
て電歪素子や磁歪素子などの応用が考えられるが、単純
なピエゾ素子では変位量が小さく（たとえばμｍオーダ
ー）であり、変位量の拡大が重要な研究課題となってい
る。Therefore, application of an electrostrictive element or a magnetostrictive element as a small and powerful actuator can be considered. However, a simple piezo element has a small displacement (for example, on the order of μm). It has become a challenge.
【０００５】図４は従来の捩りアクチュエータの一例を
示し、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の
説明図、図４（ｄ）は動きの説明図である。金属や複合
材などから成る平板状の基板１の両面に短冊状のピエゾ
素子２、３が複数貼着されている。ピエゾ素子２、３
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極が形成されたものであり、電極間に印
加される電圧の方向に応じて長手方向に伸びたり縮んだ
りする。FIG. 4 shows an example of a conventional torsional actuator. FIG. 4 (a) is a plan view, FIGS. 4 (b) and 4 (c) are illustrations of the principle, and FIG. 4 (d) is an illustration of the movement. . A plurality of strip-shaped piezo elements 2 and 3 are adhered to both sides of a flat board 1 made of metal or composite material. Piezo elements 2, 3
Is formed by forming a pair of planar electrodes on both sides of a plate-like piezoelectric ceramic having an electrostrictive effect, and expands or contracts in the longitudinal direction according to the direction of a voltage applied between the electrodes.
【０００６】図４（ｂ）に示すように、ピエゾ素子２、
３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して正方向および
負方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するよ
うに配置されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧
を印加すると、ピエゾ素子２、３ともに伸びる応力を発
生する。As shown in FIG. 4B, a piezo element 2,
The longitudinal direction of 3 intersects the X axis, which is a torsion axis, at approximately 45 degrees in the positive direction and the negative direction, and both are arranged to be orthogonal to each other. When a constant voltage is applied to each of the piezo elements 2 and 3, the piezo elements 2 and 3 generate stress that extends.
【０００７】各応力を分解すると、Ｘ軸方向の応力およ
び方向は一致するためＸ軸方向の内部応力として蓄積さ
れるが、Ｘ軸に垂直な方向の応力は互いに逆方向で、基
板１の厚さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りの
モーメントが発生する。したがって、基板１の一端を固
定し、他端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメント
によって捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に
複数配置することによって、捩り角を拡大できる。When the stresses are decomposed, the stresses and directions in the X-axis direction coincide with each other, so that the stresses are accumulated as internal stresses in the X-axis direction. Since they are separated by a small distance, a moment about the X axis is generated. Therefore, if one end of the substrate 1 is fixed and the other end is free, a torsional motion is generated by a torsional moment about the X axis. By disposing a plurality of such combinations in the X-axis direction, the torsion angle can be increased.
【０００８】図４（ｃ）は別の組合せの例を示し、ピエ
ゾ素子２、３の長手方向は捩り軸であるＸ軸に対して同
じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平行に配置
されている。各ピエゾ素子２、３に一定の電圧を印加す
ると、ピエゾ素子２は縮む応力を発生し、ピエゾ素子３
は伸びる応力を発生する。FIG. 4C shows an example of another combination, in which the longitudinal directions of the piezo elements 2 and 3 intersect at about 45 degrees in the same direction with respect to the X-axis which is a torsion axis, and they are parallel to each other. Are located. When a constant voltage is applied to each of the piezo elements 2, 3, the piezo element 2 generates a contracting stress, and the piezo element 3
Generates an elongating stress.
【０００９】各応力を分解すると、Ｘ軸方向の応力の大
きさは一致し、応力の方向は反対となるため、互いにキ
ャンセルされ、基板１の厚さ程度の距離に起因する曲げ
モーメントが発生する。一方、Ｘ軸に垂直な方向の応力
は、図４（ｂ）と同様に、互いに逆方向で、基板１の厚
さ程度の距離だけ隔てているため、Ｘ軸回りのモーメン
トが発生する。したがって、基板１の一端を固定し、他
端を自由にすれば、Ｘ軸回りの捩りモーメントによって
捩り運動が発生する。この組合せをＸ軸方向に複数配置
することによって、捩り角を拡大できる。When the stresses are decomposed, the magnitudes of the stresses in the X-axis direction coincide with each other, and the directions of the stresses are opposite to each other. Therefore, the stresses cancel each other out, and a bending moment resulting from a distance about the thickness of the substrate 1 is generated. . On the other hand, the stresses in the direction perpendicular to the X axis are opposite to each other and separated by a distance of about the thickness of the substrate 1 as in FIG. 4B, so that a moment about the X axis is generated. Therefore, if one end of the substrate 1 is fixed and the other end is free, a torsional motion is generated by a torsional moment about the X axis. By disposing a plurality of such combinations in the X-axis direction, the torsion angle can be increased.
【００１０】こうした構造によって、長さ２００ｍｍ、
幅４０ｍｍの基板１から成る捩りアクチュエータで、最
大捩り角７．６度のものが得られている。With such a structure, a length of 200 mm,
A torsional actuator composed of the substrate 1 having a width of 40 mm has a maximum torsion angle of 7.6 degrees.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
捩りアクチュエータは全体形状が板状であるため、出力
増大の目的で、アクチュエータを長くした場合、図４
（ｄ）に示すように、出力端に負荷をかけると、途中で
曲げモーメントＭによる撓みが発生してしまい、本来出
力されるべき捩り角θ１が捩り角θ２（＜θ１）に減少
してしまう。これは、厚さ方向の曲げ剛性が小さい板部
材において、長手方向の軸応力によって座屈が生じ、そ
の分出力捩り角が低下したものと考えられる。However, since the conventional torsional actuator has a plate-like overall shape, if the actuator is lengthened for the purpose of increasing the output, FIG.
As shown in (d), when a load is applied to the output end, the bending due to the bending moment M occurs on the way, and the torsion angle θ1 that should be output is reduced to the torsion angle θ2 (<θ1). . This is presumably because, in a plate member having a small bending stiffness in the thickness direction, buckling occurred due to axial stress in the longitudinal direction, and the output torsional angle was reduced accordingly.
【００１２】こうした現象を防止するために、基板１を
厚くしたものを使用することが想定されるが、そうする
と全体の捩り剛性が大きくなって、出力される捩り角も
減少してしまう。In order to prevent such a phenomenon, it is supposed that a thicker substrate 1 is used. However, in this case, the overall torsional rigidity is increased, and the output torsional angle is reduced.
【００１３】本発明の目的は、出力を増大させるために
アクチュエータを長くした場合の撓み発生を確実に防止
して、捩り角および捩りトルク出力の拡大とともに小型
軽量化が可能な捩りアクチュエータを提供することであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a torsional actuator capable of reliably preventing the bending when the actuator is lengthened to increase the output, increasing the torsional angle and the torsional torque output, and reducing the size and weight. That is.
【００１４】また本発明の目的は、フラップの制御角が
大きく、高速応答で小型軽量なフラップ駆動装置を提供
することである。It is another object of the present invention to provide a small and lightweight flap drive device which has a large control angle of the flap, a high-speed response, and a high-speed response.
【００１５】[0015]
【課題を解決するための手段】本発明は、板状に形成さ
れ、電気信号に応じて捩りモーメントを発生するアクチ
ュエータ素子が、捩り軸を中心に所定角度で交差するよ
うに複数配置されて構成されることを特徴とする捩りア
クチュエータである。本発明に従えば、捩り軸を中心と
して板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差するよ
うに複数配置することによって、曲げ剛性が極端に小さ
くなる方向を解消できるため、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を並列的に配置することによって、全体の
捩りモーメントを素子数だけ増加させることができる。
しかも素子自体は板状であるため、捩り剛性はそれ程増
加せず、全体として捩り角および捩りトルク出力の拡大
が可能になる。According to the present invention, a plurality of actuator elements formed in a plate shape and generating a torsional moment in response to an electric signal are arranged so as to intersect at a predetermined angle about a torsion axis. This is a torsional actuator characterized by being performed. According to the present invention, by arranging a plurality of plate-shaped actuator elements so as to intersect at a predetermined angle about the torsion axis, it is possible to eliminate the direction in which the bending rigidity becomes extremely small. In this case, it is possible to reliably prevent the occurrence of bending and a decrease in the torsion angle, and to increase the output. In addition, by arranging a plurality of actuator elements in parallel, the total torsional moment can be increased by the number of elements.
Moreover, since the element itself is plate-shaped, the torsional rigidity does not increase so much, and the torsional angle and the torsional torque output can be increased as a whole.
【００１６】また本発明は、捩り軸に垂直な断面形状
が、線対称または回転対称であることを特徴とする。本
発明に従えば、断面形状が十字状やＸ字状などの線対称
または回転対称であることによって、断面中心と捩り軸
とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心とし
た円運動になるため、後段との連結機構が簡単になる。
また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるため、非
対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動を実現
できる。Further, the present invention is characterized in that the cross-sectional shape perpendicular to the torsion axis is linearly symmetric or rotationally symmetric. According to the present invention, since the cross-sectional shape is line-symmetric or rotationally symmetric such as a cross shape or an X-shape, the center of the cross section coincides with the torsion axis, and the torsional motion at the output end is centered on the torsion axis. Because of the circular motion, the connecting mechanism with the subsequent stage is simplified.
In addition, since the bending rigidity is also line symmetric or rotationally symmetric, asymmetric vibration and deformation can be prevented, and a stable torsional motion can be realized.
【００１７】また本発明は、前記アクチュエータ素子
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に応力を発生す
るピエゾ素子が基板の両面に貼着され、かつ複数のピエ
ゾ素子が捩り軸に沿って配置されて構成されることを特
徴とする。本発明に従えば、ピエゾ素子の伸縮運動を捩
り運動に変換することができ、しかも１つのピエゾ素子
の変位量は少なくても、全体として大きな捩りモーメン
トを発生することができ、高速で大出力の捩り角制御を
実現できる。Further, according to the present invention, in the actuator element, piezo elements which generate stress in a direction intersecting the torsion axis at substantially 45 degrees are attached to both surfaces of the substrate, and a plurality of piezo elements are arranged along the torsion axis. It is characterized by being arranged and configured. According to the present invention, the expansion and contraction movement of the piezo element can be converted into a torsional movement, and even if the displacement amount of one piezo element is small, a large torsional moment can be generated as a whole, and high speed and large output can be achieved. Can be realized.
【００１８】また本発明は、前記アクチュエータ素子
は、捩り軸とほぼ４５度で交差する方向に主たる繊維方
向を持つ複合材から成る基板と、該基板の両面に貼着さ
れ、捩り軸とほぼ平行に応力を発生する複数のピエゾ素
子とで構成されることを特徴とする。本発明に従えば、
ピエゾ素子の伸縮運動を捩り運動に変換することがで
き、しかも１つのピエゾ素子の変位量は少なくても、全
体として大きな捩りモーメントを発生することができ、
高速で大出力の捩り角制御を実現できる。Further, in the present invention, the actuator element may be a substrate made of a composite material having a main fiber direction in a direction intersecting the torsion axis at approximately 45 degrees, and affixed to both surfaces of the substrate and being substantially parallel to the torsion axis. And a plurality of piezo elements that generate stress. According to the present invention,
The expansion and contraction movement of the piezo element can be converted into a torsional movement, and even though the displacement of one piezo element is small, a large torsional moment can be generated as a whole,
High speed and high output torsion angle control can be realized.
【００１９】また本発明は、ロータブレードの後縁側に
角変位自在に取付けられたフラップを駆動するフラップ
駆動装置であって、板状に形成され、電気信号に応じて
捩りモーメントを発生するアクチュエータ素子が、捩り
軸を中心に所定角度で交差するように複数配置されて構
成された捩りアクチュエータと、捩りアクチュエータか
らの出力をフラップに伝達する伝達機構とを備えること
を特徴とするフラップ駆動装置である。本発明に従え
ば、上述と同様に、捩りアクチュエータは、捩り軸を中
心として板状のアクチュエータ素子が所定角度で交差す
るように複数配置して構成されるため、曲げ剛性が極端
に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアクチュエ
ータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を確実に
防止でき、大出力化が可能となる。また、複数のアクチ
ュエータ素子を使用するため、全体の捩りモーメントを
素子数だけ増加させることができる。しかも素子自体は
板状であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体とし
て捩り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。こ
うしてフラップの制御角が大きく、高速応答で小型軽量
なフラップ駆動装置を実現できる。The present invention also relates to a flap drive device for driving a flap attached to the trailing edge side of a rotor blade so as to be angularly displaceable. The actuator device is formed in a plate shape and generates a torsional moment in response to an electric signal. Is a flap drive device comprising: a plurality of torsional actuators arranged so as to intersect at a predetermined angle about a torsion axis; and a transmission mechanism for transmitting an output from the torsional actuator to the flap. . According to the present invention, as described above, the torsional actuator is configured by arranging a plurality of plate-shaped actuator elements so as to intersect at a predetermined angle about the torsion axis, and therefore the bending rigidity becomes extremely small. Can be eliminated, and the occurrence of bending and a decrease in torsional angle when the actuator is lengthened as in the related art can be reliably prevented, and a large output can be achieved. Further, since a plurality of actuator elements are used, the total torsional moment can be increased by the number of elements. Moreover, since the element itself is plate-shaped, the torsional rigidity does not increase so much, and the torsional angle and the torsional torque output can be increased as a whole. In this way, a small and lightweight flap drive device with a large flap control angle, high speed response, and the like can be realized.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態を示
し、図１（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面
図、図１（ｄ）は回路図、図１（ｅ）は部分断面図、図
１（ｆ）は基板１２の斜視図である。1 shows an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an overall perspective view, FIGS. 1 (b) and 1 (c) are sectional views, and FIG. 1 (d) is a circuit diagram. 1 (e) is a partial sectional view, and FIG. 1 (f) is a perspective view of the substrate 12.
【００２１】捩りアクチュエータ１０は、板状のアクチ
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、金属や複合材などから成る平板状の基
板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１３が複数貼着され
て構成される。The torsional actuator 10 is configured by arranging four plate-shaped actuator elements 11 so as to intersect at 90 degrees with respect to the X axis which is a torsional axis. The actuator element 11 has a configuration in which a plurality of strip-shaped piezo elements 13 are attached to both surfaces of a flat substrate 12 made of a metal, a composite material, or the like.
【００２２】ピエゾ素子１３の配置に関して、図４
（ｂ）で示したように、Ｘ軸に対して正方向および負方
向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに直交するように
配置された構成や、図４（ｃ）で示したように、Ｘ軸に
対して同じ方向にほぼ４５度で交差し、両者は互いに平
行に配置された構成などが採用できる。Regarding the arrangement of the piezo element 13, FIG.
As shown in (b), the positive and negative directions intersect at about 45 degrees with the X axis, and both are arranged so as to be orthogonal to each other. Alternatively, as shown in FIG. , Crossing at about 45 degrees in the same direction with respect to the X axis, and both are arranged in parallel with each other.
【００２３】図１（ｄ）に示すように、ピエゾ素子１３
は、電歪効果を有する板状のピエゾセラミックスの両面
に一対の面状電極（たとえばニッケル電極）１３ａが形
成されたものであり、電極間に印加される電圧の方向に
応じて長手方向に伸びたり縮んだりする。こうしたピエ
ゾ素子１３が、基板１２の両面に導電性接着剤１４によ
って固定されており、基板１２に面する面状電極１３ａ
は基板１２と電気的に接続され、外側の面状電極１３ａ
と基板１２との間が駆動回路２０にそれぞれ接続されて
いる。なお基板１２が金属やカーボン繊維複合材で形成
される場合は、そのまま配線素材として利用できるが、
ガラス繊維複合材などの電気絶縁材料で形成される場合
は、基板１２の表面に導電性のメッキやペイントを形成
することになる。As shown in FIG. 1D, the piezo element 13
Is formed by forming a pair of planar electrodes (eg, nickel electrodes) 13a on both sides of a plate-like piezoelectric ceramic having an electrostrictive effect, and extending in the longitudinal direction according to the direction of a voltage applied between the electrodes. Or shrink. Such a piezo element 13 is fixed to both surfaces of the substrate 12 by a conductive adhesive 14, and a planar electrode 13 a facing the substrate 12 is formed.
Is electrically connected to the substrate 12, and the outer planar electrode 13a
And the substrate 12 are connected to the drive circuit 20 respectively. When the substrate 12 is formed of a metal or a carbon fiber composite material, it can be used as a wiring material as it is,
When formed of an electrically insulating material such as a glass fiber composite, conductive plating or paint is formed on the surface of the substrate 12.
【００２４】こうして各駆動回路２０の出力波形を制御
することによって、ピエゾ素子１３の変位量を任意に制
御でき、最終的には捩りアクチュエータ１０の全体の捩
り角および捩り方向を任意に制御することができる。By controlling the output waveform of each drive circuit 20 in this manner, the amount of displacement of the piezo element 13 can be arbitrarily controlled, and finally the entire torsion angle and direction of the torsion actuator 10 can be arbitrarily controlled. Can be.
【００２５】捩りアクチュエータ１０の断面形状に関し
て、図１（ｂ）に示すように、４枚のアクチュエータ素
子１１がＸ軸を中心に９０度で交差する「十字型」配置
や、図１（ｃ）に示すように、４枚が４５度および１３
５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こう
した配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の基
板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面内
方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。Regarding the cross-sectional shape of the torsional actuator 10, as shown in FIG. 1B, a "cross-shaped" arrangement in which the four actuator elements 11 intersect at 90 degrees about the X axis, or FIG. As shown in FIG.
An "X-shaped" arrangement, which intersects at five degrees, can be employed. With such an arrangement, the direction in which one substrate easily bends is reinforced by another substrate, and the bending rigidity in the in-plane direction perpendicular to the X axis can be formed to some extent as a whole. Can be prevented.
【００２６】また、断面形状が十字状やＸ字状などの線
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致するとともに、非対称の振動や変形を防止
でき、安定した捩り運動を実現できる。特にＸ字状のも
のは、一方向の幅寸法を小さくできるため、ロータブレ
ード内部のように狭い空間に設置するのに好適である。
その他の断面形状として、６枚のアクチュエータ素子１
１がＸ軸を中心に６０度で交差する「＊字型」配置や、
８枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に４５度で
交差する配置なども好ましい。Further, since the cross-sectional shape is line-symmetric or rotationally symmetric, such as a cross or X-shape, the center of the cross-section coincides with the torsion axis, and asymmetric vibration and deformation can be prevented. Can be realized. In particular, an X-shape is suitable for installation in a narrow space such as inside a rotor blade because the width in one direction can be reduced.
As other sectional shapes, six actuator elements 1
"* -Shaped" arrangement where 1 intersects at 60 degrees around the X axis,
An arrangement in which the eight actuator elements 11 intersect at 45 degrees about the X axis is also preferable.
【００２７】さらに、図１（ｅ）に示すように、基板１
２のＸ軸回りの付根付近（符号Ｃで示す）だけを薄くし
た構造が可能であり、この構造によって全体の曲げ剛性
を維持しつつ、捩り剛性だけを低減化でき、出力される
捩り角を増加させることができる。こうした構造は、た
とえば基板１２を４枚の複合材で形成した場合、付根付
近を２枚で形成することで実現できる。Further, as shown in FIG.
2 can have a structure in which only the vicinity of the root around the X axis (indicated by the symbol C) is thinned. With this structure, only the torsional rigidity can be reduced while maintaining the overall bending rigidity, and the output torsional angle can be reduced. Can be increased. Such a structure can be realized, for example, when the substrate 12 is formed of four composite materials, by forming two parts near the base.
【００２８】基板１２を複合材で形成した場合、繊維の
方向や密度を調整することによって、剛性の方向や大き
さを変化させることが可能であり、たとえば図１（ｆ）
に示すように、主たる繊維方向ＤをＸ軸と平行に配置す
ることによって、曲げ剛性を増加させ、かつ捩り剛性を
低減することができ、撓みが少なく、大きな捩り角を得
ることができる。When the substrate 12 is formed of a composite material, the direction and size of the rigidity can be changed by adjusting the direction and density of the fiber. For example, FIG.
As shown in (1), by arranging the main fiber direction D parallel to the X axis, it is possible to increase the bending rigidity and reduce the torsional rigidity, to reduce the bending and to obtain a large torsional angle.
【００２９】図２は本発明の実施の他の形態を示し、図
２（ａ）は全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明
図、図２（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説
明図である。FIG. 2 shows another embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is an overall perspective view, FIGS. 1 (b) and 1 (c) are explanatory views of the principle, and FIG. 2 (d) is an explanation of the movement. FIG. 2E is an explanatory diagram of the operation.
【００３０】捩りアクチュエータ１０は、板状のアクチ
ュエータ素子１１が捩り軸であるＸ軸を中心に９０度で
交差するように４枚配置されて構成される。アクチュエ
ータ素子１１は、複合材など剛性が異方性を示す材料か
ら成る平板状の基板１２の両面に短冊状のピエゾ素子１
３がＸ軸と平行に複数貼着されて構成される。The torsional actuator 10 is configured by arranging four plate-shaped actuator elements 11 so as to intersect at 90 degrees with respect to the X axis which is a torsional axis. The actuator element 11 has a rectangular piezo element 1 on both sides of a flat substrate 12 made of a material having rigid anisotropy such as a composite material.
3 are attached in parallel with the X axis.
【００３１】図２（ｂ）に示すように、基板１２におい
て強度が最大となる方向Ｄ（複合材の場合は主たる繊維
方向）が捩り軸であるＸ軸に対してほぼ４５度で交差し
ており、基板１２の両面には複数のピエゾ素子１３がＸ
軸と平行に貼着され、ピエゾ素子１３はＸ軸に平行な方
向Ｆに沿って伸縮する。As shown in FIG. 2B, the direction D (the main fiber direction in the case of a composite material) at which the strength is maximum on the substrate 12 intersects the X axis which is the torsion axis at approximately 45 degrees. And a plurality of piezo elements 13 on both sides of the substrate 12
The piezoelectric element 13 is attached in parallel with the axis, and expands and contracts along a direction F parallel to the X axis.
【００３２】この動作について説明する。図２（ｃ）は
断面図を示しており、表面側のピエゾ素子１３が縮ん
で、裏面側のピエゾ素子１３が伸びると、両端が上方に
変位する曲げモーメントＭが発生する。基板１２が等方
性であれば同じ方向に撓むことになるが、基板１２が異
方性を有する場合は、図２（ｄ）に示すように、撓み角
φだけでなく捩り角θも発生するようになる。これが最
小構成のアクチュエータとなる。This operation will be described. FIG. 2C is a cross-sectional view. When the piezoelectric element 13 on the front side contracts and the piezoelectric element 13 on the rear side expands, a bending moment M occurs in which both ends are displaced upward. If the substrate 12 is isotropic, it will bend in the same direction. However, if the substrate 12 has anisotropy, not only the bending angle φ but also the torsion angle θ as shown in FIG. Will occur. This is the actuator with the minimum configuration.
【００３３】こうした変形から捩り角θだけを取り出す
ために、複数のアクチュエータを主たる繊維方向Ｄが交
互に交差するように直列配置する。図２（ｅ）はアクチ
ュエータの配置図と撓み角φのグラフを示す。全体の捩
り角θが正方向に角変位する場合は、繊維方向ＤがＸ軸
に対して−４５度のアクチュエータは上方に撓み、＋４
５度のアクチュエータは下方に撓むため、相互にキャン
セルして両端での撓み角φは０になる。捩り角θについ
ては、何れのアクチュエータも同じ方向となるように配
置しているため、段数分だけ増加することになる。一
方、全体の捩り角θが負方向に角変位する場合も、捩り
角θは加算され、撓み角φは互いに相殺する。こうして
捩り角θだけを発生する捩りアクチュエータを実現でき
る。In order to extract only the twist angle θ from such deformation, a plurality of actuators are arranged in series so that the main fiber directions D alternately intersect. FIG. 2E shows a layout diagram of the actuator and a graph of the deflection angle φ. When the overall torsional angle θ is angularly displaced in the positive direction, the actuator whose fiber direction D is −45 degrees with respect to the X axis bends upward, and
Since the actuator of 5 degrees bends downward, it cancels each other out and the deflection angle φ at both ends becomes zero. The torsion angle θ is increased by the number of stages because all the actuators are arranged in the same direction. On the other hand, even when the entire torsional angle θ is angularly displaced in the negative direction, the torsional angle θ is added, and the bending angles φ cancel each other. Thus, a torsional actuator that generates only the torsional angle θ can be realized.
【００３４】本発明に係る捩りアクチュエータ１０は、
図２（ａ）に示すような十字型配置であり、１つのアク
チュエータ素子１１が撓もうとしても、所定角度で交差
する他のアクチュエータ素子１１が補強しているため、
最終的に捩り角θだけが出力される。The torsional actuator 10 according to the present invention comprises:
As shown in FIG. 2A, a cross-shaped arrangement is used, and even if one actuator element 11 attempts to bend, the other actuator elements 11 that intersect at a predetermined angle are reinforced.
Finally, only the torsion angle θ is output.
【００３５】捩りアクチュエータ１０の断面形状に関し
て、図１のものと同様であり、図２（ａ）に示すよう
に、４枚のアクチュエータ素子１１がＸ軸を中心に９０
度で交差する「十字型」配置や、４枚が４５度および１
３５度で交差する「Ｘ字型」配置などが採用できる。こ
うした配置によって、１枚の基板の撓み易い方向を他の
基板で補強するようになり、全体としてＸ軸に垂直な面
内方向に関する曲げ剛性をある程度大きく形成できるた
め、従来のような撓みを確実に防止できる。The cross-sectional shape of the torsional actuator 10 is the same as that of FIG. 1, and as shown in FIG.
"Cross-shaped" arrangement that intersects at degrees, and 4 cards at 45 degrees and 1
An “X-shaped” arrangement that intersects at 35 degrees can be employed. With such an arrangement, the direction in which one substrate easily bends is reinforced by another substrate, and the bending rigidity in the in-plane direction perpendicular to the X axis can be formed to some extent as a whole. Can be prevented.
【００３６】図３は、本発明に係るフラップ駆動装置の
一例を示す全体斜視図である。ロータブレード３０は中
空の翼型形状であり、後縁側に角変位自在に支持された
フラップ３１を有する。ロータブレード３０の内部空間
にはフラップ３１を駆動するフラップ駆動装置が収納さ
れる。FIG. 3 is an overall perspective view showing an example of the flap driving device according to the present invention. The rotor blade 30 has a hollow airfoil shape, and has a flap 31 supported on the trailing edge side so as to be angularly displaceable. A flap driving device for driving the flap 31 is housed in the internal space of the rotor blade 30.
【００３７】ここでは３つのＸ字型捩りアクチュエータ
１０が直列的に連結された例を示す。まず、ロータブレ
ード３０の根元側に位置する第１の捩りアクチュエータ
１０に関して、根元側端部は固定部材３２によって固定
され、先端側端部が出力端となって中間部材３３によっ
て角変位自在に支持される。Here, an example is shown in which three X-shaped torsional actuators 10 are connected in series. First, with respect to the first torsion actuator 10 located at the root side of the rotor blade 30, the root side end is fixed by the fixing member 32, and the front end is the output end and is supported by the intermediate member 33 so as to be angularly displaceable. Is done.
【００３８】次に、中央の第２の捩りアクチュエータ１
０に関して、根元側端部は第１の捩りアクチュエータ１
０の出力端と連動するように中間部材３３によって角変
位自在に支持され、先端側端部が出力端となって中間部
材３４によって角変位自在に支持される。Next, the central second torsional actuator 1
0, the root end is the first torsion actuator 1
The intermediate member 33 is supported by the intermediate member 33 so as to be angularly displaceable so as to interlock with the output end of the zero.
【００３９】次に、ブレード先端側に位置する第３の捩
りアクチュエータ１０に関して、根元側端部は第２の捩
りアクチュエータ１０の出力端と連動するように中間部
材３４によって角変位自在に支持され、先端側端部は軸
受け３６によって支持された回転部材３５に接続され
る。Next, with respect to the third torsion actuator 10 located on the blade tip side, the root end is supported by the intermediate member 34 so as to be angularly displaceable so as to interlock with the output end of the second torsion actuator 10. The distal end is connected to a rotating member 35 supported by a bearing 36.
【００４０】回転部材３５は後縁側に延出するレバー３
７を有し、フラップ３１と一体的に角変位する回転軸３
９にリンク機構３８を介して連結される。回転軸３９は
軸受け４０によって支持され、フラップ３１のフラップ
角を制御する。The rotating member 35 includes a lever 3 extending to the trailing edge side.
7 having a rotating shaft 3 that is angularly displaced integrally with the flap 31
9 via a link mechanism 38. The rotating shaft 39 is supported by a bearing 40 and controls the flap angle of the flap 31.
【００４１】こうした捩りアクチュエータ１０の３段直
列配置によって、１つの捩りアクチュエータ１０の最大
ストロークが８度である場合に全体として２４度の捩り
角を出力することができ、さらにリンク機構３８の変換
比率によってフラップ角を大きく制御することが可能に
なる。With such a three-stage in-line arrangement of the torsional actuators 10, a torsion angle of 24 degrees can be output as a whole when the maximum stroke of one torsional actuator 10 is 8 degrees. Thus, the flap angle can be largely controlled.
【００４２】また、Ｘ字型の捩りアクチュエータ１０を
使用することによって、ブレード内部のように高さに制
限のある狭い空間でも収納可能となる。Further, by using the X-shaped torsional actuator 10, it is possible to store even a narrow space having a limited height such as inside the blade.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、捩
り軸を中心として板状のアクチュエータ素子が所定角度
で交差するように複数配置することによって、曲げ剛性
が極端に小さくなる方向を解消でき、従来のようなアク
チュエータを長くした場合の撓み発生や捩り角の減少を
防止できるため、大出力化が可能になる。As described in detail above, according to the present invention, a plurality of plate-like actuator elements are arranged so as to intersect at a predetermined angle about a torsion axis, thereby eliminating the direction in which the bending rigidity becomes extremely small. It is possible to prevent the occurrence of bending and a decrease in the torsion angle when the actuator is lengthened as in the related art, so that it is possible to increase the output.
【００４４】また、複数のアクチュエータ素子を並列的
に配置することによって、全体の捩りモーメントを素子
数だけ増加させることができる。しかも素子自体は板状
であるため、捩り剛性はそれ程増加せず、全体として捩
り角および捩りトルク出力の拡大が可能になる。By arranging a plurality of actuator elements in parallel, the total torsional moment can be increased by the number of elements. Moreover, since the element itself is plate-shaped, the torsional rigidity does not increase so much, and the torsional angle and the torsional torque output can be increased as a whole.
【００４５】また、断面形状が十字状やＸ字状などの線
対称または回転対称であることによって、断面中心と捩
り軸とが一致して、出力端での捩り運動が捩り軸を中心
とした円運動になるため、後段との連結機構が簡単にな
る。また、曲げ剛性も線対称または回転対称となるた
め、非対称の振動や変形を防止でき、安定した捩り運動
を実現できる。Further, since the cross-sectional shape is line-symmetric or rotationally symmetric such as a cross shape or an X-shape, the center of the cross section coincides with the torsion axis, and the torsional motion at the output end is centered on the torsion axis. Because of the circular motion, the connection mechanism with the subsequent stage is simplified. In addition, since the bending rigidity is also line symmetric or rotationally symmetric, asymmetric vibration and deformation can be prevented, and a stable torsional motion can be realized.
【００４６】こうしてフラップの制御角が大きく、高速
応答で小型軽量なフラップ駆動装置を実現できる。In this manner, a small and lightweight flap driving device having a large flap control angle, high-speed response, and the like can be realized.
【図１】本発明の実施の一形態を示し、図１（ａ）は全
体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は断面図、図１（ｄ）は回
路図、図１（ｅ）は部分断面図、図１（ｆ）は基板１２
の斜視図である。1A and 1B show an embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is an overall perspective view, FIGS. 1B and 1C are cross-sectional views, FIG. 1D is a circuit diagram, and FIG. 1 is a partial sectional view, and FIG.
It is a perspective view of.
【図２】本発明の実施の他の形態を示し、図２（ａ）は
全体斜視図、図１（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図２
（ｄ）は動きの説明図、図２（ｅ）は動作の説明図であ
る。2A and 2B show another embodiment of the present invention. FIG. 2A is an overall perspective view, FIGS. 1B and 1C are explanatory diagrams of the principle, and FIGS.
FIG. 2D is an explanatory diagram of the movement, and FIG. 2E is an explanatory diagram of the operation.
【図３】本発明に係るフラップ駆動装置の一例を示す全
体斜視図である。FIG. 3 is an overall perspective view showing an example of a flap driving device according to the present invention.
【図４】従来の捩りアクチュエータの一例を示し、図４
（ａ）は平面図、図４（ｂ）（ｃ）は原理の説明図、図
４（ｄ）は動きの説明図である。FIG. 4 shows an example of a conventional torsional actuator, and FIG.
4A is a plan view, FIGS. 4B and 4C are explanatory diagrams of the principle, and FIG. 4D is an explanatory diagram of movement.
１０ 捩りアクチュエータ １１ アクチュエータ素子 １２ 基板 １３ ピエゾ素子 ２０ 駆動回路 ３０ ロータブレード ３１ フラップ ３２ 固定部材 ３３、３４ 中間部材 ３５ 回転部材 ３８ リンク機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Torsion actuator 11 Actuator element 12 Substrate 13 Piezo element 20 Drive circuit 30 Rotor blade 31 Flap 32 Fixing member 33, 34 Intermediate member 35 Rotating member 38 Link mechanism
Claims (5)
モーメントを発生するアクチュエータ素子が、捩り軸を
中心に所定角度で交差するように複数配置されて構成さ
れることを特徴とする捩りアクチュエータ。1. A torsion characterized in that a plurality of actuator elements formed in a plate shape and generating a torsional moment in response to an electric signal are arranged so as to intersect at a predetermined angle about a torsion axis. Actuator.
は回転対称であることを特徴とする請求項１記載の捩り
アクチュエータ。2. The torsional actuator according to claim 1, wherein the cross-sectional shape perpendicular to the torsional axis is line-symmetric or rotationally symmetric.
ぼ４５度で交差する方向に応力を発生するピエゾ素子が
基板の両面に貼着され、かつ複数のピエゾ素子が捩り軸
に沿って配置されて構成されることを特徴とする請求項
１または２記載の捩りアクチュエータ。3. The actuator element according to claim 1, wherein piezo elements that generate stress in a direction intersecting the torsion axis at substantially 45 degrees are attached to both surfaces of the substrate, and a plurality of piezo elements are arranged along the torsion axis. 3. The torsional actuator according to claim 1, wherein the actuator is configured.
ぼ４５度で交差する方向に主たる繊維方向を持つ複合材
から成る基板と、該基板の両面に貼着され、捩り軸とほ
ぼ平行に応力を発生する複数のピエゾ素子とで構成され
ることを特徴とする請求項１または２記載の捩りアクチ
ュエータ。4. The actuator element comprises a substrate made of a composite material having a main fiber direction in a direction intersecting the torsion axis at approximately 45 degrees, and affixed to both surfaces of the substrate to apply a stress substantially parallel to the torsion axis. 3. A torsional actuator according to claim 1, wherein said torsional actuator comprises a plurality of piezo elements generated.
取付けられたフラップを駆動するフラップ駆動装置であ
って、 板状に形成され、電気信号に応じて捩りモーメントを発
生するアクチュエータ素子が、捩り軸を中心に所定角度
で交差するように複数配置されて構成された捩りアクチ
ュエータと、 捩りアクチュエータからの出力をフラップに伝達する伝
達機構とを備えることを特徴とするフラップ駆動装置。5. A flap drive device for driving a flap attached to a trailing edge side of a rotor blade so as to be capable of angular displacement, wherein an actuator element formed in a plate shape and generating a torsional moment in response to an electric signal comprises a torsion element. A flap drive device comprising: a plurality of torsional actuators arranged so as to intersect at a predetermined angle about an axis; and a transmission mechanism for transmitting an output from the torsional actuator to a flap.
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|---|---|---|---|
| JP9070213A JP2892632B2 (en) | 1997-03-24 | 1997-03-24 | Torsional actuator and flap drive |
Applications Claiming Priority (1)
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1997
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