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JP7625365B2 - AIRCRAFT ACTUATOR, AIRCRAFT ACTUATOR DRIVE METHOD, AND AIRCRAFT ACTUATOR SYSTEM - Google Patents

AIRCRAFT ACTUATOR, AIRCRAFT ACTUATOR DRIVE METHOD, AND AIRCRAFT ACTUATOR SYSTEM Download PDF

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JP7625365B2 JP2020033544A JP2020033544A JP7625365B2 JP 7625365 B2 JP7625365 B2 JP 7625365B2 JP 2020033544 A JP2020033544 A JP 2020033544A JP 2020033544 A JP2020033544 A JP 2020033544A JP 7625365 B2 JP7625365 B2 JP 7625365B2
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Description

本発明は、航空機用アクチュエータ、航空機用アクチュエータの駆動方法および航空機用アクチュエータシステムに関する。 The present invention relates to an aircraft actuator, an aircraft actuator drive method, and an aircraft actuator system.

インバータで駆動されるモータが知られている。例えば、特許文献1には、インバータで駆動される三相可変速モータが記載されている。このモータは、三相電圧を三相モータに印加する電圧形の三相インバータと、インバータを制御するコントローラとを備える。インバータはコントローラに駆動される複数のレグを有する。それぞれのレグは上アームスイッチと下アームスイッチを含む。インバータの複数のレグはPWMスイッチングされる。 Motors driven by inverters are known. For example, Patent Document 1 describes a three-phase variable speed motor driven by an inverter. This motor includes a voltage-type three-phase inverter that applies a three-phase voltage to the three-phase motor, and a controller that controls the inverter. The inverter has multiple legs driven by the controller. Each leg includes an upper arm switch and a lower arm switch. The multiple legs of the inverter are PWM switched.

特開2011-166924号公報JP 2011-166924 A

本発明者らは、航空機用アクチュエータについて以下の認識を得た。
従来の油圧式アクチュエータを、モータなどの電気式アクチュエータに置き換えることによって、航空機の燃費性能を改善することが可能である。モータをセンサレス駆動することにより、回転子の位置検出に関連する部品を減らして信頼性を高めることができる。センサレス駆動では、逆起電力から検知した回転子の位相に基づいて電機子コイルを駆動する。しかし、停止時には逆起電力は発生しないので回転子の位相を検知できず、回転子の位相とは無関係な位相でコイルを駆動して起動させる。回転子の位相と無関係な位相でモータを駆動すると、起動時に逆転することがある。
The present inventors have come to the following realization regarding aircraft actuators.
By replacing conventional hydraulic actuators with electric actuators such as motors, it is possible to improve the fuel efficiency of aircraft. By driving the motor sensorlessly, the number of parts related to rotor position detection can be reduced and reliability can be improved. In sensorless driving, the armature coil is driven based on the rotor phase detected from the back electromotive force. However, since no back electromotive force is generated when the aircraft is stopped, the rotor phase cannot be detected, and the coil is driven with a phase unrelated to the rotor phase to start the motor. If the motor is driven with a phase unrelated to the rotor phase, it may reverse when starting the motor.

航空機用アクチュエータでは、停止状態から駆動力を短期間出力して再び停止する制御が用いられている。この制御では、アクチュエータが逆転すると被駆動体が逆方向に動いて制御が乱れる。このため、航空機用アクチュエータは、起動時に逆転することなく正規の方向に駆動力を出力する必要がある。 Aircraft actuators use a control system in which they output driving force for a short period of time from a stopped state and then stop again. With this control, if the actuator rotates in the opposite direction, the driven body moves in the opposite direction, disrupting the control. For this reason, aircraft actuators need to output driving force in the correct direction without reversing when started.

起動時の逆転を防ぐために、矩形波の高周波信号を注入したときの各相のコイル電流の変化から回転子の位相を検知することが考えられる。しかし、矩形波の高周波信号が注入されると、コイルから高調波ノイズが発散される。大きな高調波ノイズは、高度な電波機器によって制御される航空機に悪影響を与える可能性がある。 To prevent reverse rotation during startup, it is conceivable to detect the rotor phase from changes in the coil current of each phase when a high-frequency square-wave signal is injected. However, when a high-frequency square-wave signal is injected, harmonic noise is emitted from the coil. Large harmonic noise can adversely affect aircraft controlled by advanced radio equipment.

これらから、本発明者らは、航空機用のアクチュエータには、高調波ノイズを低減する観点で改善する余地があることを認識した。 Based on this, the inventors recognized that there is room for improvement in aircraft actuators in terms of reducing harmonic noise.

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、高調波ノイズの発散を低減可能な航空機用のアクチュエータを提供することを目的の一つとしている。 The present invention was made in consideration of these problems, and one of its objectives is to provide an actuator for aircraft that can reduce the emission of harmonic noise.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の航空機用アクチュエータは、航空機の電力に基づいて駆動されるインバータと、インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、固定子との磁気的な相互作用により、航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも1つに駆動力を付与する可動子と、航空機の操縦システムからの指令信号に応じてインバータの動作を制御する制御部と、正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を、コイルに注入する注入部と、コイルに流れるコイル電流を検知する電流検知部と、電流検知部で検知されたコイル電流の高周波信号に関連する成分に基づいて可動子の位置を推定する推定部とを備える。 In order to solve the above problems, an aircraft actuator according to one embodiment of the present invention includes an inverter driven by the power of the aircraft, a stator having an armature coil driven by the inverter, a mover that applies a driving force to at least one of the control surfaces of the aircraft's tail, the movable wings of the main wings, the landing gear supporting the wheels for running, and the liquid pump through magnetic interaction with the stator, a control unit that controls the operation of the inverter in response to a command signal from the aircraft's flight control system, an injection unit that injects into the coil a high-frequency signal having any one of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, and a step wave that changes in a stepped manner between three or more levels, a current detection unit that detects the coil current flowing in the coil, and an estimation unit that estimates the position of the mover based on a component related to the high-frequency signal of the coil current detected by the current detection unit.

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。 In addition, any combination of the above, or mutual substitution of the components or expressions of the present invention among methods, devices, programs, temporary or non-temporary storage media recording programs, systems, etc. are also valid aspects of the present invention.

本発明によれば、高調波ノイズの発散を低減可能な航空機用のアクチュエータを提供できる。 The present invention provides an actuator for aircraft that can reduce the emission of harmonic noise.

本発明の第1実施形態に係る航空機用アクチュエータを搭載した航空機の説明図である。1 is an explanatory diagram of an aircraft equipped with an aircraft actuator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 図1の航空機用アクチュエータの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of the aircraft actuator of FIG. 1 . 図1の航空機用アクチュエータの制御部の周辺の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a configuration of the periphery of a control unit of an aircraft actuator in FIG. 1 . 図1の航空機用アクチュエータの推定部の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of an estimation unit for an aircraft actuator in FIG. 1 . 本発明の高周波信号の注入形態の第1の例を説明するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a first example of an injection form of a high-frequency signal according to the present invention. 本発明の高周波信号の注入形態の第2の例を説明するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating a second example of a form of injection of a high-frequency signal according to the present invention. 本発明の高周波信号の注入形態の第3の例を説明するブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a third example of a form of injection of a high-frequency signal according to the present invention. 高周波信号の高調波低減波形の例を示す波形図である。4 is a waveform diagram showing an example of a waveform of a high-frequency signal with reduced harmonics. FIG. 本発明の第2実施形態に係る航空機用アクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating a method for driving an aircraft actuator according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3実施形態に係る航空機用アクチュエータのドライバを示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a driver for an aircraft actuator according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第4実施形態に係る航空機用アクチュエータシステムを示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an aircraft actuator system according to a fourth embodiment of the present invention.

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。 The present invention will be described below based on a preferred embodiment with reference to the drawings. In the embodiments and modified examples, identical or equivalent components and parts are given the same reference numerals, and duplicated explanations will be omitted as appropriate. Furthermore, the dimensions of the parts in each drawing are shown enlarged or reduced as appropriate to facilitate understanding. Furthermore, some parts that are not important for explaining the embodiment are omitted in each drawing.

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。 In addition, terms including ordinal numbers such as first and second are used to describe various components, but these terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another and do not limit the components.

[第1実施形態]
図面を参照して、本発明の第1実施形態に係る航空機用アクチュエータ100の構成を説明する。図1は、航空機用アクチュエータ100が航空機1に設置された状態を示す模式図である。図2は、アクチュエータ100の構成の一例を示すブロック図である。航空機用アクチュエータ100は、航空機1に設けられ、当該航空機1の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する脚および液体ポンプの少なくとも1つを被駆動体として、その被駆動体に駆動力を付与するアクチュエータとして使用される。
[First embodiment]
The configuration of an aircraft actuator 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a schematic diagram showing a state in which the aircraft actuator 100 is installed in an aircraft 1. Fig. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the actuator 100. The aircraft actuator 100 is provided in the aircraft 1, and is used as an actuator that applies driving force to at least one of the following driven bodies: a control surface of a tail of the aircraft 1, a movable surface of a main wing, a leg supporting a wheel for running, and a liquid pump.

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。液体ポンプとしては、エンジン5に燃料を供給する燃料ポンプ2j、油圧機構に作動油を供給する油ポンプ2kなどが挙げられる。 The movable surfaces of the main wing include the ailerons 2a and flaps 2b of the main wing. The control surfaces of the tail include the rudder 2c and elevator 2d of the tail. The landing gear that supports the wheels for running includes the main landing gear 2f attached to the main wing and the fuselage landing gear 2g attached to the fuselage. The liquid pumps include the fuel pump 2j that supplies fuel to the engine 5 and the oil pump 2k that supplies hydraulic oil to the hydraulic mechanism.

アクチュエータ100は、停止と起動の断続的な動作を行うと、動作に僅かなタイムラグが生じる場合がある。このタイムラグにより、被駆動体2の動作がぎこちなくなり、ひいては航空機1の姿勢に影響を与える可能性がある。そこで、本実施形態では、主翼の可動翼または尾翼の舵面を駆動するアクチュエータ100は、航空機1が水平飛行などの飛行中に連続的に動作し、航空機の電源が起動されていない駐機中は動作を停止する。主翼の可動翼または尾翼の舵面を駆動するアクチュエータ100は、航空機の電源が起動されている場合、駐機中に動作してもよい。 When the actuator 100 performs intermittent stopping and starting operations, a slight time lag may occur in the operation. This time lag may cause the operation of the driven body 2 to become awkward, which may affect the attitude of the aircraft 1. Therefore, in this embodiment, the actuator 100 that drives the movable wing of the main wing or the control surface of the tail fin operates continuously while the aircraft 1 is flying, such as in horizontal flight, and stops operating while the aircraft is parked and the aircraft's power supply is not activated. The actuator 100 that drives the movable wing of the main wing or the control surface of the tail fin may operate while the aircraft is parked if the aircraft's power supply is activated.

本実施形態では、着陸脚を駆動するアクチュエータ100は、離陸直後から上昇飛行中と、下降飛行中から着陸直前までの間に連続的に動作し、駐機中および水平飛行中には動作を停止する。この場合、駐機中および水平飛行中のアクチュエータ100の誤動作を防げる。着陸脚を駆動するアクチュエータ100は、駐機中に動作してもよい。 In this embodiment, the actuator 100 that drives the landing legs operates continuously from immediately after takeoff during ascending flight, and from descending flight until just before landing, and stops operating while the aircraft is parked and in horizontal flight. In this case, malfunction of the actuator 100 while the aircraft is parked and in horizontal flight can be prevented. The actuator 100 that drives the landing legs may operate while the aircraft is parked.

本実施形態では、液体ポンプを駆動するアクチュエータ100は、エンジン5の運転中に連続的に動作し、駐機中でエンジン5が停止中の場合は動作を停止する。この場合、エンジン停止中のアクチュエータ100の誤動作を防げる。エンジン停止中にアクチュエータ100を動作させるための別電源が不要となる。液体ポンプを駆動するアクチュエータ100は、駐機中に動作してもよい。 In this embodiment, the actuator 100 that drives the liquid pump operates continuously while the engine 5 is running, and stops operating when the engine 5 is stopped while the aircraft is parked. In this case, malfunction of the actuator 100 while the engine is stopped is prevented. A separate power source for operating the actuator 100 while the engine is stopped is not required. The actuator 100 that drives the liquid pump may operate while the aircraft is parked.

アクチュエータ100は、航空機1の電力に基づいて駆動される。航空機1の電力としては様々な電源手段の電力を用いることができる。一例として、航空機1の電力としては、航空機1のエンジン5の軸力に基づいて発電機6で発電された電力、バッテリーの電力、内部補助電源の電力、ラム・エアタービンシステムの電力等が挙げられる。本実施形態では、航空機1の電力は発電機6で発電された電力である。発電機6の電力は、電力線6bにより、航空機1の胴体各部のアクチュエータ100および航空機1の操縦システム4を含む多数の電子機器に供給される。アクチュエータ100で発生した高周波ノイズが電力線6bに漏洩した場合、そのノイズは多数の電子機器に影響を与える可能性がある。 The actuator 100 is driven based on the electric power of the aircraft 1. The electric power of the aircraft 1 can be electric power from various power supply means. As an example, the electric power of the aircraft 1 can be electric power generated by the generator 6 based on the axial force of the engine 5 of the aircraft 1, electric power from a battery, electric power from an internal auxiliary power supply, electric power from a ram air turbine system, etc. In this embodiment, the electric power of the aircraft 1 is electric power generated by the generator 6. The electric power of the generator 6 is supplied to the actuators 100 in each part of the fuselage of the aircraft 1 and a number of electronic devices including the flight control system 4 of the aircraft 1 through the power line 6b. If high-frequency noise generated by the actuator 100 leaks to the power line 6b, the noise may affect a number of electronic devices.

アクチュエータ100は、操縦システム4からの指令信号に応じて動作して駆動力を出力する。操縦システム4は、コックピット7またはコックピット7の近傍に配置され、指令信号を伝送路8を介しアクチュエータ100に送信する。伝送路8は、航空機1の胴体各部のアクチュエータ100まで胴体の壁面に沿って配線される。伝送路8の配線は長く、伝送路8は多数の電子機器の近傍を通過する。アクチュエータ100で発生した高周波ノイズが伝送路8に漏洩した場合、そのノイズは多数の電子機器に影響を与える可能性がある。 The actuator 100 operates in response to a command signal from the flight control system 4 to output a driving force. The flight control system 4 is disposed in the cockpit 7 or near the cockpit 7, and transmits a command signal to the actuator 100 via a transmission path 8. The transmission path 8 is wired along the wall of the fuselage to the actuators 100 in each part of the fuselage of the aircraft 1. The wiring of the transmission path 8 is long, and the transmission path 8 passes near many electronic devices. If high-frequency noise generated by the actuator 100 leaks into the transmission path 8, the noise may affect many electronic devices.

アクチュエータ100は、伝達装置3を介して被駆動体2を駆動する。一例として、伝達装置3は、回転を減速する減速機(不図示)と、減速機の出力回転を直線運動に変換する運動変換装置(不図示)を含んで構成される。運動変換装置は、例えばボールスクリュウなどである。伝達装置3を備えることは必須ではない。 The actuator 100 drives the driven body 2 via the transmission device 3. As an example, the transmission device 3 includes a reducer (not shown) that reduces the rotation, and a motion conversion device (not shown) that converts the output rotation of the reducer into linear motion. The motion conversion device is, for example, a ball screw. It is not essential to have the transmission device 3.

アクチュエータ100が作動すると、減速機および運動変換装置を介して被駆動体2が駆動され、被駆動体2の位置や姿勢が変更される。一例として、アクチュエータ100は、被駆動体2の位置または姿勢を変更するために、被駆動体2を駆動する駆動動作と、被駆動体2の位置または姿勢を保持する保持動作とを行うように制御される。したがって、アクチュエータ100は、被駆動体2の位置や姿勢を変更する駆動動作時に一時的に回転し、保持動作の期間は回転しないように、回転角(回転位置)、回転速度、回転加速度が制御される。アクチュエータ100が逆転すると被駆動体2が逆方向に動いて位置や姿勢が乱れるので、アクチュエータ100は、起動時に逆転しないように駆動されることが望ましい。 When the actuator 100 operates, the driven body 2 is driven via a reducer and a motion conversion device, and the position and posture of the driven body 2 are changed. As an example, the actuator 100 is controlled to perform a driving operation to drive the driven body 2 and a holding operation to hold the position or posture of the driven body 2 in order to change the position or posture of the driven body 2. Therefore, the rotation angle (rotational position), rotational speed, and rotational acceleration of the actuator 100 are controlled so that the actuator 100 rotates temporarily during the driving operation that changes the position or posture of the driven body 2, and does not rotate during the holding operation. If the actuator 100 rotates in the reverse direction, the driven body 2 will move in the reverse direction and its position and posture will be disturbed, so it is desirable for the actuator 100 to be driven so that it does not rotate in the reverse direction when started.

図2も参照して、アクチュエータ100の主要な構成を説明する。図2を含め、ブロック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。 The main configuration of the actuator 100 will be described with reference to FIG. 2 as well. Each functional block shown in the block diagram, including FIG. 2, can be realized in hardware terms by electronic elements and mechanical parts such as a computer CPU, and in software terms by a computer program, but here we have depicted a functional block realized by the cooperation of these. Therefore, it will be understood by those skilled in the art that these functional blocks can be realized in various ways by combining hardware and software.

アクチュエータ100は、可動子10と、固定子20と、インバータ30と、注入部50と、電流検知部28と、推定部40と、制御部36と、を主に含む。固定子20は、電機子コイル22を有しており、可動子10と磁気的空隙を介してラジアル方向に対向する。可動子10は埋め込まれた磁石10mを有しており、固定子20と可動子10とは埋込磁石型モータ(Interior Permanent Magnet Motor:IPMモータ)を構成する。この例では、可動子10は、固定子20に対して回転する回転子として機能する。この例では、コイル22は、3相スター結線されたコイル22u、22v、22wを含む。アクチュエータ100は、3相ブラシレスモータや、3相同期モータと称されることがある。 The actuator 100 mainly includes a mover 10, a stator 20, an inverter 30, an injection unit 50, a current detection unit 28, an estimation unit 40, and a control unit 36. The stator 20 has an armature coil 22 and faces the mover 10 in the radial direction via a magnetic gap. The mover 10 has an embedded magnet 10m, and the stator 20 and the mover 10 constitute an interior permanent magnet motor (IPM motor). In this example, the mover 10 functions as a rotor that rotates relative to the stator 20. In this example, the coils 22 include three-phase star-connected coils 22u, 22v, and 22w. The actuator 100 may be called a three-phase brushless motor or a three-phase synchronous motor.

可動子10は、固定子20との磁気的な相互作用により、航空機1の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも1つに駆動力を付与する。 The movable element 10, through magnetic interaction with the stator 20, applies driving force to at least one of the control surfaces of the tail of the aircraft 1, the movable surfaces of the main wings, the landing gear supporting the wheels for running, and the liquid pump.

インバータ30は、航空機1の電力に基づいて駆動される。発電機6は、直流発電機であってもよいが、この例では交流発電機である。発電機6で発電された電力は、電力線6bを介して各部のアクチュエータ100に対応する電圧変換部37に供給される。電圧変換部37は、発電機6から供給された電力を整流して所定の直流電圧Vpに変換して電圧供給部38に供給する。この例の電圧変換部37は、スイッチングレギュレータを含む。電圧供給部38は、供給された電圧Vpをもとに供給電圧Vsを生成してインバータ30に供給する。この例の電圧供給部38は、オンオフ部56と、切替部58とを含む。オンオフ部56は、制御部36の制御に応じて、供給電圧VsのONとOFFとを切り替える。切替部58は、制御部36の制御に応じて、供給電圧Vsを低くする。 The inverter 30 is driven based on the power of the aircraft 1. The generator 6 may be a DC generator, but in this example, it is an AC generator. The power generated by the generator 6 is supplied to a voltage conversion unit 37 corresponding to the actuator 100 of each part via a power line 6b. The voltage conversion unit 37 rectifies the power supplied from the generator 6, converts it to a predetermined DC voltage Vp, and supplies it to the voltage supply unit 38. The voltage conversion unit 37 in this example includes a switching regulator. The voltage supply unit 38 generates a supply voltage Vs based on the supplied voltage Vp and supplies it to the inverter 30. The voltage supply unit 38 in this example includes an on/off unit 56 and a switching unit 58. The on/off unit 56 switches the supply voltage Vs between ON and OFF in accordance with the control of the control unit 36. The switching unit 58 lowers the supply voltage Vs in accordance with the control of the control unit 36.

供給電圧Vsは、インバータ30のプラス側電源ライン30pに供給される。電圧変換部37と電圧供給部38のマイナス側端子37g、38gはインバータ30のマイナス側電源ライン30mに接続される。マイナス側電源ライン30mはアクチュエータ100のフレームグランドに接続される。 The supply voltage Vs is supplied to the positive power supply line 30p of the inverter 30. The negative terminals 37g, 38g of the voltage conversion unit 37 and the voltage supply unit 38 are connected to the negative power supply line 30m of the inverter 30. The negative power supply line 30m is connected to the frame ground of the actuator 100.

インバータ30は、コイル22を駆動して、磁気的空隙に回転磁界を発生させる。インバータ30は、キャリヤ周波数fcによりコイル22をPWM駆動する。 The inverter 30 drives the coil 22 to generate a rotating magnetic field in the magnetic gap. The inverter 30 PWM drives the coil 22 with a carrier frequency fc.

インバータ30は、プラス側電源ライン30pとマイナス側電源ライン30mとの間に接続されるU相レグ、V相レグ、W相レグを含む。各レグは、ハイサイドアームT1~T3、ローサイドアームT4~T6を含む。ハイサイドアームT1~T3はプラス側電源ライン30pに接続され、ローサイドアームT4~T6はマイナス側電源ライン30mに接続される。 The inverter 30 includes a U-phase leg, a V-phase leg, and a W-phase leg that are connected between the positive power supply line 30p and the negative power supply line 30m. Each leg includes high-side arms T1 to T3 and low-side arms T4 to T6. The high-side arms T1 to T3 are connected to the positive power supply line 30p, and the low-side arms T4 to T6 are connected to the negative power supply line 30m.

インバータ30では、ハイサイドアームT1~T3のいずれかがオンすることにより、プラス側電源ライン30pから供給される駆動電流がコイル22に流れ、ローサイドアームT4~T6のいずれかがオンすることにより、その駆動電流はコイル22からマイナス側電源ライン30mに流れる。 In the inverter 30, when any of the high-side arms T1 to T3 is turned on, the drive current supplied from the positive power supply line 30p flows to the coil 22, and when any of the low-side arms T4 to T6 is turned on, the drive current flows from the coil 22 to the negative power supply line 30m.

これらのアームT1~T6は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワートランジスタである。これらのトランジスタは、Si(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)、Ga2O3(酸化ガリウム)等で製作されてもよい。 These arms T1 to T6 are power transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). These transistors may be made of Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Ga2O3 (gallium oxide), etc.

注入部50は、可動子10の回転角を検知するために、コイル22に高周波信号Shを注入する。図2では、便宜的に、注入部50を制御部36に接続しているが、高周波信号Shの注入点に限定はない。 The injection unit 50 injects a high-frequency signal Sh into the coil 22 to detect the rotation angle of the mover 10. In FIG. 2, the injection unit 50 is connected to the control unit 36 for convenience, but there is no limitation on the injection point of the high-frequency signal Sh.

高周波信号Shを説明する。高調波ノイズの発散を低減する観点から、高周波信号Shは、矩形波より高調波成分が低減された高調波低減波形を有する。この高調波は、高周波信号Shの基本波より高次の周波数成分をいう。つまり、高調波低減波形は、その高調波含有率が矩形波の高調波含有率より低い波形である。 The high frequency signal Sh will now be described. From the viewpoint of reducing the emission of harmonic noise, the high frequency signal Sh has a harmonic reduced waveform in which the harmonic components are reduced more than in a square wave. This harmonic refers to a frequency component of a higher order than the fundamental wave of the high frequency signal Sh. In other words, the harmonic reduced waveform is a waveform in which the harmonic content is lower than the harmonic content of a square wave.

高周波信号Shの高調波低減波形としては、正弦波と三角波と台形波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波を採用できる。換言すると、高周波信号Shは、正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する。なお、この明細書において、正弦波、三角波、台形波は、厳密な三角波、台形波、正弦波に限定されず、目視で三角波、台形波、正弦波であると判断できるものを含む。 The harmonic reduction waveform of the high frequency signal Sh can be a sine wave, a triangular wave, a trapezoidal wave, or a step wave that changes in a step-like manner between three or more levels. In other words, the high frequency signal Sh has any of the waveforms of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, and a step wave that changes in a step-like manner between three or more levels. Note that in this specification, the sine wave, triangular wave, and trapezoidal wave are not limited to strict triangular waves, trapezoidal waves, and sine waves, and include those that can be visually determined to be triangular waves, trapezoidal waves, and sine waves.

図8に高調波低減波形の波形例(a)~(d)を示す。波形例(a)は正弦波波形を示し、波形例(b)は三角波波形を示し、波形例(c)は台形波波形を示し、波形例(d)は3値の間でステップ状に変化する階段波波形の例を示している。波形例(a)~(d)に示す高調波低減波形は高周波信号Shの高調波ノイズを低減できる。本実施形態では、注入部50の高周波信号Shは、3値の間でステップ状に変化する階段波波形を有する。参考のため、高調波低減波形ではない矩形波波形を波形例(e)に示す。 Figure 8 shows waveform examples (a) to (d) of harmonic reduction waveforms. Waveform example (a) shows a sine wave waveform, waveform example (b) shows a triangular wave waveform, waveform example (c) shows a trapezoidal wave waveform, and waveform example (d) shows an example of a staircase waveform that changes in steps between three values. The harmonic reduction waveforms shown in waveform examples (a) to (d) can reduce harmonic noise in the high frequency signal Sh. In this embodiment, the high frequency signal Sh of the injection unit 50 has a staircase waveform that changes in steps between three values. For reference, a rectangular wave waveform that is not a harmonic reduction waveform is shown in waveform example (e).

本発明者の検討により、電圧または電流の時間微分値(以下、単に「微分値」という)が大きな高周波信号Shをコイル22に加えると、コイル22から発散される高調波ノイズが多くなることが分かっている。換言すると、高周波信号Shの微分値を小さくすることにより高調波ノイズを低減できるといえる。矩形波や階段波のようにエッジがステップ状に変化する波形では、エッジの時間幅が一定であれば、各ステップの振幅が小さくなるにつれて微分値が小さくなるので、高調波ノイズが減少する。したがって、N値(N≧3の整数)の間でステップ状に変化する階段波は、2値の間でステップ状に変化する矩形波より高調波成分が小さいといえる。これらから、本実施形態の注入部50は、N値(N≧3の整数)の間でステップ状に変化する階段波を高周波信号Shとして注入する。この場合、各ステップの振幅が矩形波より小さいので、微分値を小さくして高調波ノイズの発散を低減できる。 The inventor's research has revealed that when a high-frequency signal Sh with a large time differential value (hereinafter simply referred to as "differential value") of the voltage or current is applied to the coil 22, the harmonic noise emitted from the coil 22 increases. In other words, it can be said that harmonic noise can be reduced by reducing the differential value of the high-frequency signal Sh. In a waveform with a step-like change in the edge such as a square wave or a staircase wave, if the time width of the edge is constant, the differential value becomes smaller as the amplitude of each step becomes smaller, so that harmonic noise is reduced. Therefore, it can be said that a staircase wave that changes in a step-like manner between N values (an integer of N ≧ 3) has smaller harmonic components than a square wave that changes in a step-like manner between two values. For these reasons, the injection unit 50 of this embodiment injects a staircase wave that changes in a step-like manner between N values (an integer of N ≧ 3) as the high-frequency signal Sh. In this case, since the amplitude of each step is smaller than that of a square wave, the differential value can be reduced to reduce the emission of harmonic noise.

図8の波形例(d)に示す階段波波形をさらに説明する。この階段波波形は、第1レベルL1、第2レベルL2および第3レベルL3の3レベルの間でステップ状に変化する。この波形では、第1レベルL1である期間と第3レベルL3である期間とは同じであってもよい。また、第2レベルL2である期間は第1レベルL1である期間と同じであってもよいし、短くてもよいし、長くてもよい。例えば、第2レベルL2である期間は第1レベルL1である期間の1/2倍~2倍の範囲であってもよい。シミュレーションにより、この範囲で高調波含有率が低くなることが示唆された。 The staircase waveform shown in the waveform example (d) of Figure 8 will be further explained. This staircase waveform changes in a stepwise manner between three levels: a first level L1, a second level L2, and a third level L3. In this waveform, the period at the first level L1 and the period at the third level L3 may be the same. Also, the period at the second level L2 may be the same as the period at the first level L1, or it may be shorter or longer. For example, the period at the second level L2 may be in the range of 1/2 to 2 times the period at the first level L1. Simulations have suggested that the harmonic content is low within this range.

本実施形態では、高周波信号Shは、第1レベルL1と、第1レベルL1より低い第2レベルL2と、第2レベルL2より低い第3レベルL3との3つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、高周波信号Shの1周期を100%とするとき、第1レベルL1の期間および第3レベルL3の期間は10%以上で40%以下に設定されている。 In this embodiment, the high frequency signal Sh is a staircase wave that changes in steps between three levels: a first level L1, a second level L2 that is lower than the first level L1, and a third level L3 that is lower than the second level L2. When one period of the high frequency signal Sh is taken as 100%, the period of the first level L1 and the period of the third level L3 are set to be 10% or more and 40% or less.

高周波信号Shの周波数fsを説明する。周波数fsが過度に低いと、可動子10の回転角の推定精度が低下する。このため、本実施形態では、高周波信号Shの周波数fsは、インバータ30のキャリヤ周波数fcより高く設定されている。例えば、インバータ30のキャリヤ周波数fcが6kHz~8kHzである場合に、高周波信号Shの周波数fsは10kHz以上であってもよい。周波数fsが過度に高いと、後述する推定部40の動作が追いつかず誤動作することが考えられる。本発明者らの検討では、周波数fsが100kHz以下の範囲では、誤動作は殆ど観察されなかった。 The frequency fs of the high frequency signal Sh will be described. If the frequency fs is too low, the estimation accuracy of the rotation angle of the mover 10 will decrease. For this reason, in this embodiment, the frequency fs of the high frequency signal Sh is set higher than the carrier frequency fc of the inverter 30. For example, when the carrier frequency fc of the inverter 30 is 6 kHz to 8 kHz, the frequency fs of the high frequency signal Sh may be 10 kHz or higher. If the frequency fs is too high, it is thought that the operation of the estimation unit 40 described below cannot keep up and may malfunction. In the inventors' investigation, almost no malfunction was observed when the frequency fs was in the range of 100 kHz or less.

高周波信号Shの周波数fsは、好ましくは10kHz以上、より好ましくは30kHz以上、さらに好ましくは50kHz以上に設定される。高周波信号Shの周波数fsは、好ましくは100kHz以下に設定される。シミュレーションでは、この範囲で所望の推定精度が得られ、誤動作の頻度は実用レベルであった。 The frequency fs of the high frequency signal Sh is preferably set to 10 kHz or more, more preferably 30 kHz or more, and even more preferably 50 kHz or more. The frequency fs of the high frequency signal Sh is preferably set to 100 kHz or less. In simulations, the desired estimation accuracy was obtained within this range, and the frequency of malfunctions was at a practical level.

注入された高周波信号Shによって、可動子10が移動すると、可動子10の回転角の推定精度が低下する。このため、本実施形態では、インバータ30は、高周波信号Shを注入するときに可動子10が移動しないように制御される。例えば、高周波信号Shの振幅を小さくすると、高周波信号Shによる可動子10の移動を抑制できる。また、高周波信号Shの周波数fsを高くすると、高周波信号Shによる可動子10の移動を抑制できる。これらのことから、高周波信号Shの注入で可動子10が移動しない範囲で、高周波信号Shの振幅および周波数fsを設定すればよい。なお、可動子10が移動しない範囲は、可動子10が移動しないと目視で判断できる範囲であればよい。 When the movable element 10 moves due to the injected high frequency signal Sh, the estimation accuracy of the rotation angle of the movable element 10 decreases. For this reason, in this embodiment, the inverter 30 is controlled so that the movable element 10 does not move when the high frequency signal Sh is injected. For example, by reducing the amplitude of the high frequency signal Sh, the movement of the movable element 10 due to the high frequency signal Sh can be suppressed. Furthermore, by increasing the frequency fs of the high frequency signal Sh, the movement of the movable element 10 due to the high frequency signal Sh can be suppressed. For these reasons, the amplitude and frequency fs of the high frequency signal Sh can be set within a range in which the movable element 10 does not move due to the injection of the high frequency signal Sh. Note that the range in which the movable element 10 does not move may be a range in which it can be visually determined that the movable element 10 does not move.

電流検知部28を説明する。図2に示すように、電流検知部28は、各相のコイル22に流れる各相の相電流を検知する電流検知回路28u、28v、28wを含む。電流検知回路28u、28v、28wは、検知結果として相電流Iu、Iv、Iwを出力する。相電流Iu、Iv、Iwを総称するときは検知電流28sという。つまり、電流検知部28は、検知結果として検知電流28sを出力する。電流検知回路28u、28v、28w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。本実施形態の電流検知回路28u、28v、28wは、ホール効果を利用して被測定電流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。 The current detection unit 28 will be described. As shown in FIG. 2, the current detection unit 28 includes current detection circuits 28u, 28v, and 28w that detect the phase currents of each phase flowing through the coils 22 of each phase. The current detection circuits 28u, 28v, and 28w output the phase currents Iu, Iv, and Iw as the detection result. The phase currents Iu, Iv, and Iw are collectively referred to as the detection current 28s. In other words, the current detection unit 28 outputs the detection current 28s as the detection result. As the current detection circuits 28u, 28v, and 28w, various current sensors such as DCCTs (direct current transformers) and current sense resistors can be used. The current detection circuits 28u, 28v, and 28w of this embodiment are Hall element type current sensors that convert the magnetic field generated around the current to be measured into a voltage using the Hall effect. In this case, it is advantageous in that an output proportional to the current can be obtained from direct current to high frequency.

推定部40は、電流検知部28の検知電流28s(相電流Iu、Iv、Iw)から高周波信号Shに関連する情報を抽出してその抽出結果に基づいて可動子10の回転角等を推定して、その推定結果40eを出力する。コイル22の各相のインダクタンスは可動子10の磁石10mから受ける磁束密度に応じて変化するので、各相の電流からインダクタンスを求めてその比較結果に基づいて磁石10mの回転位相を推定できる。可動子10の回転角は、磁石10mの回転位相に基づき推定できる。可動子10の角加速度、角速度は、回転角を微分することで推定できる。この例の推定部40は、推定結果として可動子10の角加速度、角速度、回転角を出力する。角加速度、角速度、回転角を総称するときは推定結果40eという。推定部40については後述する。 The estimation unit 40 extracts information related to the high frequency signal Sh from the detection current 28s (phase currents Iu, Iv, Iw) of the current detection unit 28, estimates the rotation angle of the mover 10 based on the extraction result, and outputs the estimation result 40e. Since the inductance of each phase of the coil 22 changes depending on the magnetic flux density received from the magnet 10m of the mover 10, the rotation phase of the magnet 10m can be estimated based on the comparison result by obtaining the inductance from the current of each phase. The rotation angle of the mover 10 can be estimated based on the rotation phase of the magnet 10m. The angular acceleration and angular velocity of the mover 10 can be estimated by differentiating the rotation angle. In this example, the estimation unit 40 outputs the angular acceleration, angular velocity, and rotation angle of the mover 10 as the estimation result. When the angular acceleration, angular velocity, and rotation angle are collectively referred to, they are referred to as the estimation result 40e. The estimation unit 40 will be described later.

制御部36は、相電流Iu、Iv、Iwを監視しながら、推定部40の推定結果40e(可動子10の回転角)に基づいて各相の駆動波形36nを生成する。PWM変調部32は、駆動波形36nに基づいて各相の各時刻において適切なゲート駆動信号32sを生成し、インバータ30のアームT1~T6(パワートランジスタ)をスイッチングする。制御部36の制御方式は特に限定されず、矩形波駆動、正弦波駆動、ベクトル制御などに適用可能である。このうちベクトル制御は、アクチュエータ100のコイル22の電流を直交するd軸成分およびq軸成分に分解し、それぞれを個別に制御するものであり、正弦波駆動の一種とも言える。ベクトル制御は、制御効率が高いという利点を有するため、大電力用途にしばしば用いられる。 The control unit 36 generates a drive waveform 36n for each phase based on the estimation result 40e (rotation angle of the mover 10) of the estimation unit 40 while monitoring the phase currents Iu, Iv, and Iw. The PWM modulation unit 32 generates an appropriate gate drive signal 32s for each phase at each time based on the drive waveform 36n, and switches the arms T1 to T6 (power transistors) of the inverter 30. The control method of the control unit 36 is not particularly limited, and can be applied to square wave drive, sine wave drive, vector control, etc. Of these, vector control breaks down the current of the coil 22 of the actuator 100 into orthogonal d-axis and q-axis components and controls each of them individually, and can be said to be a type of sine wave drive. Vector control has the advantage of high control efficiency, so it is often used for high power applications.

また、制御部36は、航空機1の操縦システム4からの指令信号36sに基づいて、推定結果40eをフィードバックしてアクチュエータ100を制御する。この例の制御部36は、アクチュエータ100に対してセンサレスベクトル制御を実行する。指令信号36sは、角加速度、角速度、回転角のいずれかであってもよい。以下、指令信号36sは、角速度ωsである例を示す。 The control unit 36 also controls the actuator 100 by feeding back the estimation result 40e based on a command signal 36s from the flight control system 4 of the aircraft 1. The control unit 36 in this example performs sensorless vector control on the actuator 100. The command signal 36s may be any of an angular acceleration, an angular velocity, and a rotation angle. Below, an example is shown in which the command signal 36s is an angular velocity ωs.

図3は、制御部36の周辺の構成の一例を示すブロック図である。この図では、制御部36の説明に重要でない要素の記載を省略している。また、この図の接続線は、物理的な接続ではなく、機能ブロックの直接的または間接的な連携を意味する。符号Mは固定子20、可動子10、PWM変調部32、インバータ30および電流検知部28を一体に示しており、電流検知部28の検知電流28s(相電流Iu、Iv、Iw)を出力する。3-2相変換器36gは、3つの相電流Iu、Iv、Iwからd軸電流Id、q軸電流Iqを生成する。 Figure 3 is a block diagram showing an example of the configuration around the control unit 36. In this figure, elements that are not important for the explanation of the control unit 36 are omitted. Also, the connection lines in this figure do not represent physical connections, but represent direct or indirect cooperation between functional blocks. Symbol M indicates the stator 20, mover 10, PWM modulation unit 32, inverter 30, and current detection unit 28 as a whole, and outputs the detection current 28s (phase currents Iu, Iv, Iw) of the current detection unit 28. The 3-2 phase converter 36g generates the d-axis current Id and the q-axis current Iq from the three phase currents Iu, Iv, Iw.

推定部40は、d軸電流Id、q軸電流Iqおよびd軸電圧Vd、q軸電圧Vqから、可動子10の角加速度Ae、角速度ωe、回転角θeを推定する。速度コントローラ36cは、指令信号36sの角速度ωsと推定角速度ωeとの比較結果に基づいて駆動電流を決定する。 The estimation unit 40 estimates the angular acceleration Ae, angular velocity ωe, and rotation angle θe of the mover 10 from the d-axis current Id, the q-axis current Iq, and the d-axis voltage Vd and q-axis voltage Vq. The speed controller 36c determines the drive current based on the result of comparing the angular velocity ωs of the command signal 36s with the estimated angular velocity ωe.

電流コントローラ36dは、速度コントローラ36cの決定結果とd軸電流Id、q軸電流Iqとの比較結果に基づいて駆動電圧を決定する。分離器36eは、電流コントローラ36dの決定結果と、d軸電流Id、q軸電流Iqおよび推定回転角θeに基づいてd軸電圧Vd、q軸電圧Vqを決定する。2-3相変換器36fは、d軸電圧Vd、q軸電圧Vqに基づいて3相の駆動波形36nを生成してPWM変調部32に出力する。 The current controller 36d determines the drive voltage based on the result of comparison between the speed controller 36c's determination and the d-axis current Id and q-axis current Iq. The separator 36e determines the d-axis voltage Vd and q-axis voltage Vq based on the result of comparison by the current controller 36d, the d-axis current Id, the q-axis current Iq, and the estimated rotation angle θe. The 2-3 phase converter 36f generates a three-phase drive waveform 36n based on the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq and outputs it to the PWM modulation unit 32.

図3では、便宜的に、注入部50を電流コントローラ36dの入力側に接続しているが、高周波信号Shの注入点に限定はない。図3の例では、注入部50は、高周波信号Shをd軸高周波電流Idh、q軸高周波電流Iqhとして電流コントローラ36dに入力する。このように、高周波電流を入力することによりコイル22には、高周波信号Shが注入される。 In FIG. 3, for convenience, the injection unit 50 is connected to the input side of the current controller 36d, but there is no limitation on the injection point of the high-frequency signal Sh. In the example of FIG. 3, the injection unit 50 inputs the high-frequency signal Sh to the current controller 36d as a d-axis high-frequency current Idh and a q-axis high-frequency current Iqh. In this way, the high-frequency signal Sh is injected into the coil 22 by inputting the high-frequency current.

推定部40を説明する。図4は、推定部40の構成の一例を示すブロック図である。この図では、推定部40の説明に重要でない要素の記載を省略している。また、この図の接続線は、物理的な接続ではなく、機能ブロックの直接的または間接的な連携を意味する。ここでは、高周波電流の注入による瞬時無効電力の位相情報を利用して可動子10の回転角を推定する手法を説明する。 The estimation unit 40 will now be described. Figure 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the estimation unit 40. Elements that are not important for the description of the estimation unit 40 have been omitted from this diagram. Also, the connection lines in this diagram do not represent physical connections, but rather direct or indirect connections between functional blocks. Here, a method for estimating the rotation angle of the mover 10 using phase information of the instantaneous reactive power generated by the injection of high-frequency current will now be described.

図4の例では、推定部40は、検出電流であるd軸電流Id、q軸電流Iqと、電圧指令値であるd軸電圧Vd、q軸電圧Vqとに基づいて角加速度Ae、角速度ωe、回転角θeを推定する。推定部40は、高周波信号Shを中心とする周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ40bと、EXOR演算器40fと、サンプルホールド器40hと、積分器40j、40kと、アップダウンカウンタ40mとを含む。バンドパスフィルタ40bは、主に高周波信号Shに関連する成分を通過させて、直流成分(オフセット)およびノイズ成分を除去する。 In the example of FIG. 4, the estimation unit 40 estimates the angular acceleration Ae, the angular velocity ωe, and the rotation angle θe based on the d-axis current Id and the q-axis current Iq, which are the detected currents, and the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq, which are the voltage command values. The estimation unit 40 includes a bandpass filter 40b that extracts frequency components centered on the high-frequency signal Sh, an EXOR calculator 40f, a sample-and-hold unit 40h, integrators 40j and 40k, and an up-down counter 40m. The bandpass filter 40b passes components mainly related to the high-frequency signal Sh, and removes DC components (offset) and noise components.

図4に示すように、推定部40では、バンドパスフィルタ40bにより直流成分とノイズ成分とが除去されたd軸電流Id、q軸電流Iq、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを乗算器や加算器を介して合成し、さらにオフセットを除去することにより高周波無効電力40dおよび基準位相信号40cを得る。また、高周波無効電力40dと基準位相信号40cとの排他的論理和40gをサンプルホールドして積分器40jで処理することにより推定角加速度Aeを生成する。また、推定角加速度Aeをさらに積分器40kで処理することにより推定角速度ωeを生成する。また、推定角速度ωeをアップダウンカウンタ40mで処理することにより推定回転角θeを生成する。 As shown in FIG. 4, in the estimation unit 40, the d-axis current Id, the q-axis current Iq, the d-axis voltage Vd, and the q-axis voltage Vq, from which the DC component and noise component have been removed by the bandpass filter 40b, are synthesized via a multiplier and an adder, and the offset is further removed to obtain the high-frequency reactive power 40d and the reference phase signal 40c. In addition, the exclusive OR 40g of the high-frequency reactive power 40d and the reference phase signal 40c is sampled and held, and processed by an integrator 40j to generate an estimated angular acceleration Ae. In addition, the estimated angular acceleration Ae is further processed by an integrator 40k to generate an estimated angular velocity ωe. In addition, the estimated angular velocity ωe is processed by an up-down counter 40m to generate an estimated rotation angle θe.

次に、高周波信号Shの注入形態を説明する。図5は、高周波信号Shの注入形態の第1の例を説明するブロック図である。第1の例では、高周波信号Shは、インバータ30のプラス側電源ライン30pに注入される。 Next, the injection form of the high frequency signal Sh will be described. FIG. 5 is a block diagram illustrating a first example of the injection form of the high frequency signal Sh. In the first example, the high frequency signal Sh is injected into the positive power supply line 30p of the inverter 30.

混合部52は、供給電圧Vsに注入部50の高周波信号Shを混合する。混合部52は、高周波信号Shを混合できる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例の混合部52は、ダイオード(不図示)によって供給電圧Vsに高周波信号Shを混合している。混合部52は、電圧供給部38とプラス側電源ライン30pとの間に設けられ、高周波信号Shが重畳された供給電圧Vsをプラス側電源ライン30pに供給する。 The mixing unit 52 mixes the high frequency signal Sh from the injection unit 50 with the supply voltage Vs. The mixing unit 52 may have any configuration capable of mixing the high frequency signal Sh, and may have any of a variety of known configurations. In this example, the mixing unit 52 mixes the high frequency signal Sh with the supply voltage Vs using a diode (not shown). The mixing unit 52 is provided between the voltage supply unit 38 and the positive power supply line 30p, and supplies the supply voltage Vs with the high frequency signal Sh superimposed thereon to the positive power supply line 30p.

高周波信号Shの電圧が供給電圧Vsより低いと、高周波信号Shの注入が難しい。そこで、本実施形態では、高周波信号Shの電圧は、供給電圧Vsより高く設定される。 If the voltage of the high frequency signal Sh is lower than the supply voltage Vs, it is difficult to inject the high frequency signal Sh. Therefore, in this embodiment, the voltage of the high frequency signal Sh is set higher than the supply voltage Vs.

供給電圧Vsが高周波信号Shより高いと、高周波信号Shの注入が難しい。そこで、本実施形態の電圧供給部38は、高周波信号Shを注入するとき、インバータ30への供給電圧Vsを低下させる切替部58を有する。例えば、切替部58は、高周波信号Shの非注入時には電圧変換部37の電圧Vpをそのまま供給電圧Vsとして供給し、高周波信号Shの注入時には、供給電圧Vsを電圧Vpより低い電圧に低下させる。例えば、切替部58は、高周波信号Shの注入時に、供給電圧Vsを高周波信号Shより低くしてもよい。 If the supply voltage Vs is higher than the high frequency signal Sh, it is difficult to inject the high frequency signal Sh. Therefore, the voltage supply unit 38 of this embodiment has a switching unit 58 that lowers the supply voltage Vs to the inverter 30 when injecting the high frequency signal Sh. For example, the switching unit 58 supplies the voltage Vp of the voltage conversion unit 37 as the supply voltage Vs as is when the high frequency signal Sh is not injected, and lowers the supply voltage Vs to a voltage lower than the voltage Vp when the high frequency signal Sh is injected. For example, the switching unit 58 may make the supply voltage Vs lower than the high frequency signal Sh when the high frequency signal Sh is injected.

切替部58は、電圧供給部38の供給電圧Vsを低下させうる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例の切替部58は、半導体スイッチと分圧回路(ともに不図示)を組み合わせて供給電圧Vsを低下させる構成を有する。 The switching unit 58 may have any configuration capable of lowering the supply voltage Vs of the voltage supply unit 38, and may have any of a variety of known configurations. In this example, the switching unit 58 has a configuration that lowers the supply voltage Vs by combining a semiconductor switch and a voltage divider circuit (both not shown).

高周波信号Shの注入を容易にする観点から、高周波信号Shを注入するとき、供給電圧Vsをオフにしてもよい。このため、本実施形態は、高周波信号Shを注入するとき、インバータ30の電圧供給部38の供給電圧Vsをオフにするオンオフ部56を有する。オンオフ部56は、供給電圧Vsのオンとオフとを切り替えできる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例のオンオフ部56は、半導体スイッチ(不図示)によって供給電圧Vsのオンとオフとを切り替えている。 From the viewpoint of facilitating the injection of the high frequency signal Sh, the supply voltage Vs may be turned off when the high frequency signal Sh is injected. For this reason, this embodiment has an on/off unit 56 that turns off the supply voltage Vs of the voltage supply unit 38 of the inverter 30 when the high frequency signal Sh is injected. The on/off unit 56 may have any configuration that can switch the supply voltage Vs on and off, and various known configurations may be adopted. The on/off unit 56 in this example switches the supply voltage Vs on and off using a semiconductor switch (not shown).

第1の例について、停止状態での可動子10の回転角を推定する動作を説明する。
(1)停止状態でオンオフ部56によって供給電圧Vsをオフにして、注入部50から混合部52を介して高周波信号Shをインバータ30のプラス側電源ライン30pに注入する。
For the first example, an operation for estimating the rotation angle of the mover 10 in a stopped state will be described.
(1) In a stopped state, the supply voltage Vs is turned off by the on/off unit 56, and the high frequency signal Sh is injected from the injection unit 50 via the mixer 52 into the positive power supply line 30p of the inverter 30.

(2)この状態で、インバータ30のハイサイドアームT1~T3のうち1または2つをオンにするとともに、ローサイドアームT4~T6のうち1または2つをオンにする。このとき、1相のレグでハイサイドアームとローサイドアームとが同時にオンしないように制御する。ここでは、ハイサイドアームT1、T2およびローサイドアームT6をオンした場合を説明する。 (2) In this state, one or two of the high-side arms T1 to T3 of the inverter 30 are turned on, and one or two of the low-side arms T4 to T6 are turned on. At this time, control is performed so that the high-side arm and the low-side arm are not turned on simultaneously in one phase leg. Here, a case where the high-side arms T1, T2 and the low-side arm T6 are turned on will be described.

(3)高周波信号Shは、オンにされたハイサイドアームT1、T2からコイル22u、22vに供給され、コイル22wを通ってローサイドアームT6からマイナス側電源ライン30mに流れる。 (3) The high-frequency signal Sh is supplied from the turned-on high-side arms T1 and T2 to the coils 22u and 22v, passes through the coil 22w, and flows from the low-side arm T6 to the negative power supply line 30m.

(4)このとき、電流検知部28は、コイル22の電流を検知してその検知電流28sを推定部40に出力する。
(5)推定部40は、検知電流28sとインバータ30のオン状態とに応じて、可動子10の回転角を推定して推定回転角θeを制御部36に出力する。
(4) At this time, the current detection unit 28 detects the current in the coil 22 and outputs the detected current 28 s to the estimation unit 40 .
(5) The estimator 40 estimates the rotation angle of the mover 10 in accordance with the detected current 28s and the on state of the inverter 30, and outputs the estimated rotation angle θe to the controller 36.

(6)制御部36は、推定回転角θeに基づいて、駆動波形36nを決定する。駆動波形36nは、インバータ30のオンにするアームと、オフにするアームの情報を含む。
(7)制御部36は、供給電圧Vsをオンにしてインバータ30を動作させ、コイル22に駆動電流を供給し、可動子10を回転させる。
(6) The control unit 36 determines a drive waveform 36n based on the estimated rotation angle θe. The drive waveform 36n includes information on which arms of the inverter 30 are to be turned on and which arms are to be turned off.
(7) The control unit 36 turns on the supply voltage Vs to operate the inverter 30, supplying a drive current to the coil 22, and rotating the mover 10.

(8)可動子10が回転したら、コイル22の逆起電力に基づいてインバータ30を制御してもよいが、本実施形態では、所定のタイミングで高周波信号Shを注入して推定部40の推定回転角θeに基づいてインバータ30を制御する。 (8) When the mover 10 rotates, the inverter 30 may be controlled based on the back electromotive force of the coil 22. In this embodiment, however, the high-frequency signal Sh is injected at a predetermined timing to control the inverter 30 based on the estimated rotation angle θe of the estimation unit 40.

次に、高周波信号Shの注入形態の第2の例を説明する。図6は、高周波信号Shの注入形態の第2の例を説明するブロック図である。第2の例では、高周波信号Shは、インバータ30とコイル22の間に注入される。第2の例は、第1の例に対して混合部52の構成が異なり、切替部58およびオンオフ部56の構成は同様である。したがって、混合部52および動作の相違点を説明する。 Next, a second example of the injection form of the high frequency signal Sh will be described. FIG. 6 is a block diagram illustrating a second example of the injection form of the high frequency signal Sh. In the second example, the high frequency signal Sh is injected between the inverter 30 and the coil 22. In the second example, the configuration of the mixer 52 is different from that of the first example, while the configurations of the switching unit 58 and the on/off unit 56 are the same. Therefore, the differences in the mixer 52 and operation will be described.

この例の混合部52は、U~W相に対応する第1~第3混合部52u、52v、52wを含む。図6の例では、第1~第3混合部52u、52v、52wは、インバータ30のU相レグ、V相レグおよびW相レグの出力と各相のコイル22u、22v、22wとの間に介在し、高周波信号Shをコイル22に直接注入する。 The mixing unit 52 in this example includes first to third mixing units 52u, 52v, 52w corresponding to the U to W phases. In the example of FIG. 6, the first to third mixing units 52u, 52v, 52w are interposed between the outputs of the U-phase leg, V-phase leg, and W-phase leg of the inverter 30 and the coils 22u, 22v, 22w of each phase, and inject the high-frequency signal Sh directly into the coil 22.

高周波信号Shをインバータ30とコイル22の間に注入する場合、注入部50の高周波信号Shがインバータ30の動作と相互干渉することが考えられる。このため、本実施形態では、高周波信号Shをインバータ30とコイル22の間に注入するとき、インバータ30の一部または全部をオフにしている。例えば、このとき、インバータ30のハイサイドアームT1~T3とローサイドアームT4~T6の一方をオフにしてもよいし、両方をオフにしてもよい。なお、注入された高周波信号Shのマイナス側電源ライン30mへの電流路を確保するために、ローサイドアームの一部を所定のタイミングでオンにしてもよい。 When the high frequency signal Sh is injected between the inverter 30 and the coil 22, it is possible that the high frequency signal Sh from the injection unit 50 may interfere with the operation of the inverter 30. For this reason, in this embodiment, when the high frequency signal Sh is injected between the inverter 30 and the coil 22, part or all of the inverter 30 is turned off. For example, at this time, one or both of the high side arms T1 to T3 and the low side arms T4 to T6 of the inverter 30 may be turned off. Note that in order to secure a current path for the injected high frequency signal Sh to the negative power supply line 30m, some of the low side arms may be turned on at a predetermined timing.

高周波信号Shの注入形態の第3の例を説明する。図7は、高周波信号Shの注入形態の第3の例を説明するブロック図である。第3の例では、高周波信号Shは、インバータ30の出力に注入される。第3の例は、切替部58およびオンオフ部56の構成および動作は第2の例と同様である。 A third example of the injection form of the high frequency signal Sh will be described. FIG. 7 is a block diagram illustrating a third example of the injection form of the high frequency signal Sh. In the third example, the high frequency signal Sh is injected into the output of the inverter 30. In the third example, the configuration and operation of the switching unit 58 and the on/off unit 56 are similar to those in the second example.

図7に示すように、注入部50は、インバータ30のトランジスタとは別のトランジスタT11、T12、T13、T14、T15、T16と、信号発生部50gとを有する。この例のトランジスタT11~T16は、パワートランジスタである。この例では、高周波信号Shを注入するとき、インバータ30のハイサイドアームT1~T3とローサイドアームT4~T6の一部がオフになり、トランジスタT11~T16からコイル22に高周波信号Shが注入される。 As shown in FIG. 7, the injection unit 50 has transistors T11, T12, T13, T14, T15, and T16 that are separate from the transistors of the inverter 30, and a signal generating unit 50g. In this example, the transistors T11 to T16 are power transistors. In this example, when the high-frequency signal Sh is injected, some of the high-side arms T1 to T3 and low-side arms T4 to T6 of the inverter 30 are turned off, and the high-frequency signal Sh is injected from the transistors T11 to T16 to the coil 22.

注入部50は、各相に対応する3つのレグを含む。各レグは、プラス側ライン50pに接続されるハイサイドトランジスタT11~T13と、マイナス側ライン50mに接続されるローサイドトランジスタT14~T16を含む。ハイサイドトランジスタT11~T13のエミッタと、ローサイドトランジスタT14~T16のコレクタとの接続点にレグ出力部Q1~Q3が設けられる。各相のレグ出力部Q1~Q3は、各相のコイル22u、22v、22wに接続される。トランジスタT11~T16の各ベースは、信号発生部50gに接続される。 The injection unit 50 includes three legs corresponding to each phase. Each leg includes high-side transistors T11 to T13 connected to the positive line 50p, and low-side transistors T14 to T16 connected to the negative line 50m. Leg output units Q1 to Q3 are provided at the connection points between the emitters of the high-side transistors T11 to T13 and the collectors of the low-side transistors T14 to T16. The leg output units Q1 to Q3 of each phase are connected to the coils 22u, 22v, 22w of each phase. The bases of the transistors T11 to T16 are connected to the signal generating unit 50g.

信号発生部50gは、レグ出力部Q1~Q3から所定の波形の高周波信号Shを出力するための原信号を生成する。各レグは、信号発生部50gで生成された原信号を増幅する増幅器として機能する。 The signal generating unit 50g generates an original signal for outputting a high-frequency signal Sh of a predetermined waveform from the leg output units Q1 to Q3. Each leg functions as an amplifier that amplifies the original signal generated by the signal generating unit 50g.

プラス側ライン50pは、電圧変換部37に接続されており、電圧Vpが供給される。マイナス側ライン50mは、電圧変換部37のマイナス側端子37gに接続される。トランジスタT11~T16の各ベースが信号発生部50gに駆動されることによって、レグ出力部Q1~Q3には、第1レベルL1、第2レベルL2および第3レベルL3の3レベルの間でステップ状に変化する階段波波形の高周波信号Shが出力される。この高周波信号Shは、コイル22u、22v、22wに注入される。 The positive line 50p is connected to the voltage conversion unit 37 and is supplied with a voltage Vp. The negative line 50m is connected to the negative terminal 37g of the voltage conversion unit 37. When the bases of the transistors T11 to T16 are driven by the signal generating unit 50g, a high-frequency signal Sh having a staircase waveform that changes in steps between three levels, a first level L1, a second level L2, and a third level L3, is output to the leg output units Q1 to Q3. This high-frequency signal Sh is injected into the coils 22u, 22v, and 22w.

トランジスタT11~T16は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)あるいはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワートランジスタである。これらのトランジスタは、Si(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、GaN(窒化ガリウム)、Ga2O3(酸化ガリウム)等で製作されてもよい。トランジスタT11~T16は、アームT1~T6と同じトランジスタであってもよい。 Transistors T11 to T16 are power transistors such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors). These transistors may be made of Si (silicon), SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Ga2O3 (gallium oxide), etc. Transistors T11 to T16 may be the same transistors as arms T1 to T6.

高周波信号Shをインバータ30の出力に注入する場合、注入部50の高周波信号Shがインバータ30の動作と相互干渉することが考えられる。このため、本実施形態では、高周波信号Shをインバータ30の出力に注入するとき、インバータ30の一部または全部をオフにしている。例えば、このとき、インバータ30のハイサイドアームT1~T3とローサイドアームT4~T6の一方をオフにしてもよいし、両方をオフにしてもよい。なお、注入された高周波信号Shのマイナス側電源ライン30mへの電流路を確保するために、ローサイドアームの一部を所定のタイミングでオンにしてもよい。 When the high frequency signal Sh is injected into the output of the inverter 30, it is possible that the high frequency signal Sh from the injection unit 50 may interfere with the operation of the inverter 30. For this reason, in this embodiment, when the high frequency signal Sh is injected into the output of the inverter 30, part or all of the inverter 30 is turned off. For example, at this time, one or both of the high side arms T1 to T3 and the low side arms T4 to T6 of the inverter 30 may be turned off. Note that in order to secure a current path for the injected high frequency signal Sh to the negative power supply line 30m, some of the low side arms may be turned on at a predetermined timing.

図2を参照して、変動検知部44と、補正部46とを説明する。電源の僅かな変動やノイズなどに起因して推定部40の推定結果40eに誤差が含まれる可能性がある。この誤差は、被駆動体2の動作を通じて航空機1の姿勢に影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態のアクチュエータ100は、推定部40の推定結果40eを監視し、推定結果40eの異常を検知する変動検知部44と、変動検知部44の検知結果44eに基づいて推定結果40eを補正する補正部46とを備える。 The fluctuation detection unit 44 and the correction unit 46 will be described with reference to FIG. 2. There is a possibility that the estimation result 40e of the estimation unit 40 contains an error due to slight fluctuations or noise in the power supply. This error may affect the attitude of the aircraft 1 through the operation of the driven body 2. Therefore, the actuator 100 of this embodiment includes a fluctuation detection unit 44 that monitors the estimation result 40e of the estimation unit 40 and detects abnormalities in the estimation result 40e, and a correction unit 46 that corrects the estimation result 40e based on the detection result 44e of the fluctuation detection unit 44.

変動検知部44は、推定結果40eを監視し、所定範囲を超えた推定結果40eの急激な変動を検知する。例えば、変動検知部44は、正常時の推定結果40eの変動パターンを機械学習することによりモデルを生成し、そのモデルを用いて、推定結果40eの正常時の変動パターンからの乖離率を求め、その乖離率が閾値を超えたら異常と判定する。 The fluctuation detection unit 44 monitors the estimation result 40e and detects a sudden fluctuation of the estimation result 40e that exceeds a predetermined range. For example, the fluctuation detection unit 44 generates a model by machine learning the fluctuation pattern of the estimation result 40e under normal conditions, and uses the model to calculate the deviation rate of the estimation result 40e from the normal fluctuation pattern, and determines that an abnormality has occurred if the deviation rate exceeds a threshold value.

補正部46は、変動検知部44が推定結果40eの異常を検知したら、推定結果40eを補正する補正値46eを生成する。補正部46は、推定結果40eの異常な変動を緩和するように、推定結果40eに補正値46eを重畳する。この結果、推定結果40eの異常に起因する航空機1の姿勢への影響を低減できる。 When the fluctuation detection unit 44 detects an abnormality in the estimation result 40e, the correction unit 46 generates a correction value 46e that corrects the estimation result 40e. The correction unit 46 superimposes the correction value 46e on the estimation result 40e so as to mitigate the abnormal fluctuation of the estimation result 40e. As a result, the impact on the attitude of the aircraft 1 caused by the abnormality in the estimation result 40e can be reduced.

図2を参照して、診断部47を説明する。アクチュエータ100は、自己診断するために診断部47を備える。一例として、診断部47は、電流検知部28で検知されたコイル電流Iu、Iv、Iwをもとにアクチュエータ100の状態を診断した結果を操縦システム4に送信する。診断部47は、コイル電流Iu、Iv、Iwの変化パターンを監視し、この電流の変化パターンが定常範囲内か否かを診断する。例えば、診断部47は、正常時の電流の変化パターンを機械学習することによりモデルを生成し、そのモデルを用いて、電流の変化パターンの正常時の変動パターンからの乖離率を求め、その乖離率が閾値を超えたら異常と判定する。診断部47は、乖離率と判定結果の少なくとも一方を診断結果47eとして操縦システム4に送信する。操縦システム4は、診断結果47eに応じて所定の動作ができる。例えば、操縦システム4は、診断結果47eに応じて切替指令信号48cを切替部48に供給する。 The diagnosis unit 47 will be described with reference to FIG. 2. The actuator 100 includes a diagnosis unit 47 for self-diagnosis. As an example, the diagnosis unit 47 transmits the result of diagnosing the state of the actuator 100 based on the coil currents Iu, Iv, and Iw detected by the current detection unit 28 to the control system 4. The diagnosis unit 47 monitors the change patterns of the coil currents Iu, Iv, and Iw, and diagnoses whether the change patterns of the currents are within a steady range. For example, the diagnosis unit 47 generates a model by machine learning the change patterns of the currents under normal conditions, and uses the model to obtain the deviation rate of the change patterns of the currents from the normal fluctuation patterns, and determines that an abnormality exists if the deviation rate exceeds a threshold value. The diagnosis unit 47 transmits at least one of the deviation rate and the determination result to the control system 4 as a diagnosis result 47e. The control system 4 can perform a predetermined operation according to the diagnosis result 47e. For example, the control system 4 supplies a switching command signal 48c to the switching unit 48 according to the diagnosis result 47e.

図2を参照して、切替部48を説明する。アクチュエータ100の故障率を下げる観点で、アクチュエータ100の各コンポーネントは二重化されることが望ましい。アクチュエータ100では、各コンポーネントがマスターとスレーブとに二重化され、これらが切り替え可能に構成される。特に、アクチュエータ100では、インバータ30、電機子コイル22、可動子10、制御部36、注入部50、電流検知部28および推定部40の少なくともひとつはマスターとスレーブとに二重化されている。 The switching unit 48 will be described with reference to FIG. 2. From the viewpoint of reducing the failure rate of the actuator 100, it is desirable to duplicate each component of the actuator 100. In the actuator 100, each component is duplicated into a master and a slave, and these are configured to be switchable. In particular, in the actuator 100, at least one of the inverter 30, the armature coil 22, the mover 10, the control unit 36, the injection unit 50, the current detection unit 28, and the estimation unit 40 is duplicated into a master and a slave.

図2において、マスター48mは、インバータ30、電機子コイル22、可動子10、制御部36、注入部50、電流検知部28および推定部40の少なくともひとつ(以下、「マスターコンポーネント」という)である。スレーブ48sは、マスター48mのマスターコンポーネントに対応する切替用のコンポーネント(以下、「スレーブコンポーネント」という)である。つまり、スレーブコンポーネントは、マスターコンポーネントをバックアップするためのコンポーネントである。 In FIG. 2, the master 48m is at least one of the inverter 30, the armature coil 22, the mover 10, the control unit 36, the injection unit 50, the current detection unit 28, and the estimation unit 40 (hereinafter referred to as the "master component"). The slave 48s is a switching component (hereinafter referred to as the "slave component") that corresponds to the master component of the master 48m. In other words, the slave component is a component that backs up the master component.

切替部48は、診断部47の診断結果47eまたは操縦システム4からの切替指令信号48cに応じてマスターコンポーネントとスレーブコンポーネントとを切り替える。診断部47の診断結果47eが正常を示すとき、切替部48はマスターコンポーネントを選択し、アクチュエータ100はマスターコンポーネントによって動作する。診断部47の診断結果47eが非正常を示すとき、切替部48はスレーブコンポーネントに切り替え、アクチュエータ100はスレーブコンポーネントによって動作する。つまり、アクチュエータ100は、非正常時に各コンポーネントをバックアップできる。 The switching unit 48 switches between the master component and the slave component in response to the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47 or the switching command signal 48c from the flight control system 4. When the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47 indicates normality, the switching unit 48 selects the master component, and the actuator 100 operates using the master component. When the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47 indicates an abnormality, the switching unit 48 switches to the slave component, and the actuator 100 operates using the slave component. In other words, the actuator 100 can back up each component when an abnormality occurs.

次に、本発明の第1実施形態に係る航空機用アクチュエータ100の特徴を説明する。アクチュエータ100は、航空機1の電力に基づいて駆動されるインバータ30と、インバータ30に通電駆動される電機子コイル22を有する固定子20と、固定子20との磁気的な相互作用により、航空機1の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも1つに駆動力を付与する可動子10と、航空機1の操縦システム4からの指令信号36sに応じてインバータ30の動作を制御する制御部36と、正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号Shを、コイル22に注入する注入部50と、コイル22に流れるコイル電流Iu、Iv、Iwを検知する電流検知部28と、電流検知部28で検知されたコイル電流Iu、Iv、Iwの高周波信号Shに関連する成分に基づいて可動子10の位置を推定する推定部40とを備える。 Next, the features of the aircraft actuator 100 according to the first embodiment of the present invention will be described. The actuator 100 includes an inverter 30 driven based on the power of the aircraft 1, a stator 20 having an armature coil 22 driven by the inverter 30, a mover 10 that applies driving force to at least one of the control surfaces of the tail of the aircraft 1, the movable wings of the main wings, the landing gear supporting the wheels for running, and the liquid pump through magnetic interaction with the stator 20, a control unit 36 that controls the operation of the inverter 30 in response to a command signal 36s from the flight control system 4 of the aircraft 1, an injection unit 50 that injects into the coil 22 a high-frequency signal Sh having any waveform of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, or a step wave that changes in a step-like manner between three or more levels, a current detection unit 28 that detects the coil currents Iu, Iv, and Iw flowing through the coil 22, and an estimation unit 40 that estimates the position of the mover 10 based on the components of the coil currents Iu, Iv, and Iw detected by the current detection unit 28 that are related to the high-frequency signal Sh.

この構成によれば、高調波低減波形を有する高周波信号Shを用いるので、航空機1の電子機器に悪影響を与える高調波ノイズの発散を抑制して航空機1への悪影響を抑制できる。 With this configuration, a high-frequency signal Sh having a harmonic-reduced waveform is used, which suppresses the emission of harmonic noise that adversely affects the electronic devices of the aircraft 1, thereby suppressing adverse effects on the aircraft 1.

アクチュエータ100は、起動後に連続的に動作するように構成されている。この場合、連続的に動作するので、再起動によるタイムラグが無く、被駆動体2が円滑に動作する。 The actuator 100 is configured to operate continuously after startup. In this case, because it operates continuously, there is no time lag due to restarting, and the driven body 2 operates smoothly.

アクチュエータ100は、航空機1の駐機中は動作を停止するように構成されている。この場合、アクチュエータ100の劣化を抑制し、故障率を低減できる。 The actuator 100 is configured to stop operating while the aircraft 1 is parked. In this case, deterioration of the actuator 100 can be suppressed, and the failure rate can be reduced.

アクチュエータ100は、電流検知部28で検知されたコイル電流Iu、Iv、Iwをもとに本アクチュエータの状態を診断した結果を操縦システム4に送信する診断部47を備えている。この場合、アクチュエータ100は、各部の劣化状態を自己診断できる。操縦システム4は、診断結果を報知できる。 The actuator 100 is equipped with a diagnosis unit 47 that transmits the results of diagnosing the state of the actuator based on the coil currents Iu, Iv, and Iw detected by the current detection unit 28 to the control system 4. In this case, the actuator 100 can self-diagnose the deterioration state of each part. The control system 4 can report the diagnosis results.

アクチュエータ100は、インバータ30、電機子コイル22、可動子10、制御部36、注入部50、電流検知部28および推定部40の少なくともひとつはマスター48mとスレーブ48sとに二重化されており、診断部47の診断結果47eに応じてマスター48mとスレーブ48sとを切り替える切替部48を備えている。この場合、アクチュエータ100の各コンポーネントが二重化されているので故障率を低減できる。アクチュエータ100は、診断結果47eに応じて、マスター48mからスレーブ48sへ自動で切り替えを行うこともできる。また、マスター48mとスレーブ48sが同期して稼働している場合、どちらかに問題が発生した場合に診断部47の診断結果47eに応じてマスター48m又はスレーブ48sを停止することも切替部48で可能となる。なお、マスター48m及びスレーブ48sはアクチュエータの構成として含めず、診断部47の診断結果47eによっては切替部を通さず、アクチュエータ自体のシステムを停止する判断機能を有する判断部を用いてアクチュエータ自体のシステムを停止してもよい。 In the actuator 100, at least one of the inverter 30, the armature coil 22, the mover 10, the control unit 36, the injection unit 50, the current detection unit 28, and the estimation unit 40 is duplicated into a master 48m and a slave 48s, and a switching unit 48 is provided for switching between the master 48m and the slave 48s according to the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47. In this case, since each component of the actuator 100 is duplicated, the failure rate can be reduced. The actuator 100 can also automatically switch from the master 48m to the slave 48s according to the diagnosis result 47e. In addition, when the master 48m and the slave 48s are operating in sync, the switching unit 48 can also stop the master 48m or the slave 48s according to the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47 if a problem occurs in either one. Note that the master 48m and slave 48s are not included in the configuration of the actuator, and depending on the diagnosis result 47e of the diagnosis unit 47, the actuator's system may be stopped using a judgment unit having a judgment function for stopping the actuator's system itself without going through the switching unit.

アクチュエータ100は、推定部40の推定結果40eを監視して当該推定結果40eの異常を検知する変動検知部44と、変動検知部44の検知結果44eに基づいて推定結果40eを補正する補正部46とを備えている。この場合、推定結果40eが異常な場合に、推定結果40eを補正して、航空機1の姿勢への影響を低減できる。 The actuator 100 includes a fluctuation detection unit 44 that monitors the estimation result 40e of the estimation unit 40 and detects abnormalities in the estimation result 40e, and a correction unit 46 that corrects the estimation result 40e based on the detection result 44e of the fluctuation detection unit 44. In this case, if the estimation result 40e is abnormal, the estimation result 40e can be corrected to reduce the impact on the attitude of the aircraft 1.

アクチュエータ100では、注入部50は、インバータ30とは別にインバータ30の出力に接続される別のトランジスタT11~T16を有し、当該別のトランジスタT11~T16からコイル22に高周波信号Shを注入する。この場合、高周波信号Shをコイル22に直接注入できる。別のトランジスタから注入するため、所望のレベルの高周波信号Shを容易に注入できる。コイル22までの配線距離が短くできるため高調波ノイズの漏洩を低減できる。 In the actuator 100, the injection unit 50 has other transistors T11-T16 connected to the output of the inverter 30, separate from the inverter 30, and injects the high-frequency signal Sh from the other transistors T11-T16 into the coil 22. In this case, the high-frequency signal Sh can be directly injected into the coil 22. Since it is injected from a separate transistor, the high-frequency signal Sh of the desired level can be easily injected. Since the wiring distance to the coil 22 can be shortened, the leakage of harmonic noise can be reduced.

アクチュエータ100では、高周波信号Shの振幅および周波数は可動子10が移動しない範囲に設定される。この場合、高周波信号Shの注入によるアクチュエータ100の誤動作を防止できる。 In the actuator 100, the amplitude and frequency of the high-frequency signal Sh are set within a range in which the movable element 10 does not move. In this case, it is possible to prevent malfunction of the actuator 100 due to the injection of the high-frequency signal Sh.

アクチュエータ100では、高周波信号Shの周波数はインバータ30のキャリヤ周波数より高く設定される。この場合、可動子10の位置を推定する精度が高くなるのでアクチュエータの誤動作を防止できる。 In the actuator 100, the frequency of the high-frequency signal Sh is set higher than the carrier frequency of the inverter 30. In this case, the accuracy of estimating the position of the mover 10 is improved, preventing malfunction of the actuator.

アクチュエータ100では、高周波信号Shは、第1レベルL1と、第1レベルL1より低い第2レベルL2と、第2レベルL2より低い第3レベルL3との3つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、高周波信号Shの1周期を100%とするとき、第1レベルL1の期間および第3レベルL3の期間は20%以上で40%以下に設定されている。この場合、高周波信号Shに含まれる高調波ノイズを低減できる。 In the actuator 100, the high frequency signal Sh is a staircase wave that changes in steps between three levels: a first level L1, a second level L2 lower than the first level L1, and a third level L3 lower than the second level L2. When one period of the high frequency signal Sh is taken as 100%, the period of the first level L1 and the period of the third level L3 are set to be 20% or more and 40% or less. In this case, the harmonic noise contained in the high frequency signal Sh can be reduced.

以上が第1実施形態の説明である。 This concludes the description of the first embodiment.

[第2実施形態]
次に、図9を参照して、本発明の第2実施形態に係る航空機用アクチュエータ100の駆動方法S100を説明する。図9は、航空機用アクチュエータ100の駆動方法S100を示すフローチャートである。第2実施形態の説明および図面では、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。
[Second embodiment]
Next, a method S100 for driving an aircraft actuator 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 9. Fig. 9 is a flowchart showing the method S100 for driving an aircraft actuator 100. In the description and drawings of the second embodiment, components and members that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals. Descriptions that overlap with the first embodiment will be omitted as appropriate, and the following description will focus on configurations that differ from the first embodiment.

本実施形態の駆動方法S100は、アクチュエータ100の電機子コイル22に、正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号Shを注入するステップS102と、コイル22に流れるコイル電流Iu、Iv、Iwを検知する検知ステップS104と、検知ステップS104で検知されたコイル電流Iu、Iv、Iwの高周波信号Shに関連する成分に基づいて可動子10の位置を推定する推定ステップS106とを含む。 The driving method S100 of this embodiment includes step S102 of injecting a high-frequency signal Sh having any one of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, and a step wave that changes in a stepped manner between three or more levels into the armature coil 22 of the actuator 100, a detection step S104 of detecting the coil currents Iu, Iv, Iw flowing through the coil 22, and an estimation step S106 of estimating the position of the mover 10 based on the components of the coil currents Iu, Iv, Iw detected in the detection step S104 that are related to the high-frequency signal Sh.

駆動方法S100は、さらに、駆動波形36nを生成するステップS108と、ゲート駆動信号32sを生成するステップS110と、インバータ30のアームT1~T6をスイッチングするステップS112とを含む。ステップS108では、制御部36は、相電流Iu、Iv、Iwを監視しながら、ステップS106で推定された可動子10の回転角θeに基づいて各相の駆動波形36nを生成する。ステップS110では、PWM変調部32は、駆動波形36nに基づいて各相の各時刻において適切なゲート駆動信号32sを生成する。ステップS112では、PWM変調部32は、ゲート駆動信号32sによりインバータ30のアームT1~T6をスイッチングする。 The driving method S100 further includes step S108 of generating a driving waveform 36n, step S110 of generating a gate driving signal 32s, and step S112 of switching the arms T1 to T6 of the inverter 30. In step S108, the control unit 36 generates a driving waveform 36n for each phase based on the rotation angle θe of the mover 10 estimated in step S106 while monitoring the phase currents Iu, Iv, and Iw. In step S110, the PWM modulation unit 32 generates an appropriate gate driving signal 32s for each phase at each time based on the driving waveform 36n. In step S112, the PWM modulation unit 32 switches the arms T1 to T6 of the inverter 30 by the gate driving signal 32s.

アームT1~T6がスイッチングされることにより、コイル22に駆動電流が流れ、航空機用アクチュエータ100が駆動される。このフローはあくまでも一例であり、他のステップを追加したり、一部のステップを変更または削除したり、ステップの順序を入れ替えてもよい。 By switching arms T1 to T6, a drive current flows through coil 22, driving aircraft actuator 100. This flow is merely an example, and other steps may be added, some steps may be changed or deleted, or the order of steps may be changed.

第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。 The second embodiment can achieve the same effects and advantages as the first embodiment.

[第3実施形態]
次に、図10を参照して、本発明の第3実施形態に係る航空機用アクチュエータのドライバ60を説明する。図10は、ドライバ60を示すブロック図である。第3実施形態の説明および図面では、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。
[Third embodiment]
Next, a driver 60 for an aircraft actuator according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 10. Fig. 10 is a block diagram showing the driver 60. In the description and drawings of the third embodiment, components and members that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals. Descriptions that overlap with the first embodiment will be omitted as appropriate, and the following description will focus on configurations that differ from the first embodiment.

ドライバ60は、インバータ30と、注入部50と、電流検知部28と、推定部40と、制御部36とを含む回路ユニットである。ドライバ60は、1チップまたは複数チップのドライバICで構成できる。ドライバ60は、変動検知部44と、補正部46とをさらに含んでもよい。ドライバ60は、診断部47と、切替部48とをさらに含んでもよい。 The driver 60 is a circuit unit including an inverter 30, an injection unit 50, a current detection unit 28, an estimation unit 40, and a control unit 36. The driver 60 can be configured as a one-chip or multi-chip driver IC. The driver 60 may further include a fluctuation detection unit 44 and a correction unit 46. The driver 60 may further include a diagnosis unit 47 and a switching unit 48.

第3実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。 According to the third embodiment, it is possible to obtain the same effects and advantages as the first embodiment.

[第4実施形態]
次に、図11を参照して、本発明の第4実施形態に係る航空機用アクチュエータシステム200を説明する。図11は、航空機用アクチュエータシステム200を示すブロック図である。第4実施形態の説明および図面では、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。第4実施形態の説明では、符号の末尾に「-A」、「-B」を付加して、複数の構成要素を区別する。
[Fourth embodiment]
Next, an aircraft actuator system 200 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a block diagram showing the aircraft actuator system 200. In the description and drawings of the fourth embodiment, components and members that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals. Descriptions that overlap with the first embodiment will be omitted as appropriate, and the description will focus on configurations that differ from the first embodiment. In the description of the fourth embodiment, a plurality of components will be distinguished from one another by adding "-A" or "-B" to the end of the reference numerals.

航空機用アクチュエータシステム200は、共通の被駆動体を駆動する第1実施形態の航空機用アクチュエータ100である第1アクチュエータ100-Aおよび第2アクチュエータ100-Bと、第1アクチュエータ100-Aを駆動する第1電圧供給部38-Aと、第1電圧供給部38-Aとは別であるとともに第2アクチュエータ100-Bを駆動する第2電圧供給部38-Bとを含む。第1電圧供給部38-Aおよび第2電圧供給部38-Bは、互いに異なるエンジンの軸力で発電された電力に基づいて電圧を供給してもよいし、共通のエンジンの軸力で発電された電力に基づいて電圧を供給してもよい。また、第1電圧供給部38-Aおよび第2電圧供給部38-Bは、互いに異なるバッテリー等の電力に基づいて電圧を供給してもよいし、共通のバッテリー等の電力に基づいて電圧を供給してもよい。 The aircraft actuator system 200 includes a first actuator 100-A and a second actuator 100-B, which are the aircraft actuators 100 of the first embodiment that drive a common driven body, a first voltage supply unit 38-A that drives the first actuator 100-A, and a second voltage supply unit 38-B that is separate from the first voltage supply unit 38-A and drives the second actuator 100-B. The first voltage supply unit 38-A and the second voltage supply unit 38-B may supply voltages based on electric power generated by the axial forces of different engines, or may supply voltages based on electric power generated by the axial force of a common engine. In addition, the first voltage supply unit 38-A and the second voltage supply unit 38-B may supply voltages based on electric power from different batteries, or may supply voltages based on electric power from a common battery, or the like.

第1アクチュエータ100-Aおよび第2アクチュエータ100-Bは、航空機1の操縦システム4からの共通の指令信号36sに基づいて制御されてもよいし、別々の指令信号に基づいて制御されてもよい。第1アクチュエータ100-Aおよび第2アクチュエータ100-Bは、共通の伝達装置を介して共通の被駆動体を駆動するように構成されている。 The first actuator 100-A and the second actuator 100-B may be controlled based on a common command signal 36s from the flight control system 4 of the aircraft 1, or may be controlled based on separate command signals. The first actuator 100-A and the second actuator 100-B are configured to drive a common driven body via a common transmission device.

第4実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。加えて、第4実施形態では、電圧供給部38およびアクチュエータ100が二重化されているので、一方の電圧供給部またはアクチュエータが故障した場合でも、他方の電圧供給部とアクチュエータが動作して所定の機能を果たすため、システムとしての故障率を低くすることができる。 According to the fourth embodiment, it is possible to obtain the same action and effect as the first embodiment. In addition, in the fourth embodiment, the voltage supply unit 38 and the actuator 100 are duplicated, so that even if one of the voltage supply units or actuators fails, the other voltage supply unit and actuator will operate and perform the specified function, thereby reducing the failure rate of the system.

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。 The above provides a detailed explanation of examples of the embodiments of the present invention. All of the above-mentioned embodiments merely show specific examples of how to put the present invention into practice. The contents of the embodiments do not limit the technical scope of the present invention, and many design changes, such as changing, adding, or deleting components, are possible within the scope of the idea of the invention defined in the claims. In the above-mentioned embodiments, the contents for which such design changes are possible are explained using notations such as "in the embodiment" and "in the embodiment," but this does not mean that design changes are not permitted for contents without such notations.

[変形例]
以下、変形例について説明する。変形例の説明および図面では、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。
[Modification]
The following describes the modified examples. In the description and drawings of the modified examples, the same or equivalent components and members as those in the embodiment are denoted by the same reference numerals. Explanations that overlap with the embodiment will be omitted as appropriate, and the description will focus on the configurations that differ from the first embodiment.

第1実施形態の説明では、高周波信号Shの周波数が時間軸に対して変化せず一定である例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、高周波信号Shの周波数は、時間軸に対して周期的に変化してもよい。高周波信号Shの周波数を周期的に変化させることにより、高調波ノイズの周波数が分散化され、特定周波数域に発生するノイズのピークを時間軸で抑制できる。 In the description of the first embodiment, an example was shown in which the frequency of the high frequency signal Sh is constant and does not change on the time axis, but the present invention is not limited to this. For example, the frequency of the high frequency signal Sh may change periodically on the time axis. By periodically changing the frequency of the high frequency signal Sh, the frequency of harmonic noise is dispersed, and noise peaks occurring in a specific frequency range can be suppressed on the time axis.

第1実施形態の説明では、可動子10が回転する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、可動子は直線運動してもよい。 In the explanation of the first embodiment, an example in which the movable element 10 rotates is shown, but the present invention is not limited to this. For example, the movable element may move linearly.

第1実施形態の説明では、電機子コイル22が3相である例を示したが、本発明はこれに限られない。電機子コイルは、2相または4相以上であってもよい。 In the description of the first embodiment, an example was shown in which the armature coil 22 has three phases, but the present invention is not limited to this. The armature coil may have two phases or four or more phases.

第1実施形態の説明では、アクチュエータ100が埋め込み磁石型モータである例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、アクチュエータは表面磁石型モータや、その他の種類のモータであってもよい。 In the description of the first embodiment, an example was given in which the actuator 100 is an embedded magnet motor, but the present invention is not limited to this. For example, the actuator may be a surface magnet motor or another type of motor.

第1実施形態の説明では、アクチュエータ100が、航空機1の水平飛行などの飛行中に連続的に動作する例を示したが、本発明はこれに限られない。アクチュエータは、水平飛行などの飛行中に断続的に動作してもよい。この場合、アクチュエータの劣化を抑制できる。 In the description of the first embodiment, an example was given in which the actuator 100 operates continuously during flight, such as during horizontal flight, of the aircraft 1, but the present invention is not limited to this. The actuator may also operate intermittently during flight, such as during horizontal flight. In this case, deterioration of the actuator can be suppressed.

第1実施形態の説明では、アクチュエータ100が、航空機1の駐機中は動作を停止する例を示したが、本発明はこれに限られない。アクチュエータは、駐機中にも動作してもよい。この場合、再起動によるタイムラグの影響がなくなる。 In the explanation of the first embodiment, an example was given in which the actuator 100 stops operating while the aircraft 1 is parked, but the present invention is not limited to this. The actuator may operate even while the aircraft is parked. In this case, the effect of the time lag caused by restarting is eliminated.

上述の各変形例は、第1実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。 Each of the above-mentioned modified examples can achieve the same effects and advantages as the first embodiment.

上述した実施形態と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。 Any combination of the above-described embodiments and modifications is also useful as an embodiment of the present invention. The new embodiment resulting from the combination has the combined effects of each of the combined embodiments and modifications.

1・・・航空機、10・・・可動子、20・・・固定子、22・・・コイル、28・・・電流検知部、28s・・・検知電流、30・・・インバータ、36・・・制御部、38・・・電圧供給部、40・・・推定部、50・・・注入部、52・・・混合部、56・・・オンオフ部、58・・・切替部、60・・・ドライバ、100・・・航空機用アクチュエータ、S100・・・駆動方法、200・・・航空機用アクチュエータシステム。 1: aircraft, 10: mover, 20: stator, 22: coil, 28: current detection unit, 28s: detected current, 30: inverter, 36: control unit, 38: voltage supply unit, 40: estimation unit, 50: injection unit, 52: mixing unit, 56: on/off unit, 58: switching unit, 60: driver, 100: aircraft actuator, S100: driving method, 200: aircraft actuator system.

Claims (10)

航空機の電力に基づいてインバータと、
前記インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、
前記固定子との磁気的な相互作用により、前記航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも1つに駆動力を付与する可動子と、
前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御部と、
正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を、前記コイルに注入する注入部と、
前記コイルに流れるコイル電流を検知する電流検知部と、
前記電流検知部で検知された前記コイル電流の前記高周波信号に関連する成分に基づいて前記可動子の位置を推定する推定部と、
前記電流検知部で検知された前記コイル電流をもとに本アクチュエータの状態を診断した結果を前記操縦システムに送信する診断部と、
を備え
起動後に連続的に動作するように構成された航空機用アクチュエータ。
Inverter based on aircraft power;
a stator having an armature coil that is energized and driven by the inverter;
a movable member that applies a driving force to at least one of a control surface of a tail of the aircraft, a movable surface of a main wing, a landing gear supporting a wheel for running, and a liquid pump by magnetic interaction with the stator;
a control unit that controls an operation of the inverter in response to a command signal from a flight control system of the aircraft;
an injection unit that injects into the coil a high-frequency signal having any one of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, and a step wave that changes in a stepped manner between three or more levels;
A current detection unit that detects a coil current flowing through the coil;
an estimation unit that estimates a position of the mover based on a component of the coil current detected by the current detection unit that is related to the high frequency signal;
a diagnosis unit that diagnoses a state of the actuator based on the coil current detected by the current detection unit and transmits the result to the flight control system;
Equipped with
An aircraft actuator configured to operate continuously after activation .
前記本アクチュエータの状態を診断した結果は、正常を示す情報または非正常を示す情報である、請求項1に記載の航空機用アクチュエータ。 The aircraft actuator according to claim 1, wherein the result of diagnosing the state of the actuator is information indicating normality or abnormality. 前記インバータ、前記コイル、前記可動子、前記制御部、前記注入部、前記電流検知部および前記推定部の少なくともひとつはマスターとスレーブとに二重化されており、前記診断部の診断結果に応じて前記マスターと前記スレーブとを切り替える切替部をさらに備える請求項1または2に記載の航空機用アクチュエータ。 The aircraft actuator according to claim 1 or 2, wherein at least one of the inverter, the coil, the mover, the control unit, the injection unit, the current detection unit, and the estimation unit is duplicated as a master and a slave, and further comprising a switching unit that switches between the master and the slave depending on the diagnosis result of the diagnosis unit. 前記推定部の推定結果を監視して当該推定結果の異常を検知する変動検知部と、
前記変動検知部の検知結果に基づいて前記推定結果を補正する補正部とをさらに備える
請求項1から3のいずれか1項に記載の航空機用アクチュエータ。
a fluctuation detection unit that monitors an estimation result of the estimation unit and detects an abnormality in the estimation result;
The actuator for an aircraft according to claim 1 , further comprising: a correction unit that corrects the estimation result based on a detection result of the fluctuation detection unit.
前記注入部は、前記インバータとは別に前記インバータの出力に接続される別のトランジスタを有し、前記別のトランジスタから前記コイルに前記高周波信号を注入する
請求項1から4のいずれか1項に記載の航空機用アクチュエータ。
The actuator for an aircraft according to claim 1 , wherein the injection unit has another transistor connected to an output of the inverter separately from the inverter, and injects the high frequency signal from the other transistor into the coil.
前記高周波信号の振幅および周波数は前記可動子が移動しない範囲に設定される
請求項1から5のいずれかに記載の航空機用アクチュエータ。
The actuator for an aircraft according to claim 1 , wherein the amplitude and frequency of the high frequency signal are set within a range in which the mover does not move.
前記高周波信号の周波数は前記インバータのキャリヤ周波数より高く設定される
請求項6に記載の航空機用アクチュエータ。
The actuator for an aircraft according to claim 6 , wherein the frequency of the high frequency signal is set to be higher than a carrier frequency of the inverter.
前記高周波信号は、第1レベルと、前記第1レベルより低い第2レベルと、前記第2レベルより低い第3レベルとの3つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、
前記高周波信号の1周期を100%とするとき、前記第1レベルの期間および前記第3レベルの期間は10%以上で40%以下に設定されている
請求項1から7のいずれかに記載の航空機用アクチュエータ。
the high-frequency signal is a step wave that changes in a stepwise manner among three levels: a first level, a second level lower than the first level, and a third level lower than the second level,
8. The actuator for an aircraft according to claim 1, wherein, when one period of the high-frequency signal is taken as 100%, a period of the first level and a period of the third level are set to be equal to or greater than 10% and equal to or less than 40%.
航空機の電力に基づいて駆動されるインバータと、前記インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、前記固定子との磁気的な相互作用により、前記航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも1つに駆動力を付与する可動子と、前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御部とを含む、起動後に連続的に動作するように構成された航空機用アクチュエータの前記コイルに、
正弦波と台形波と三角波と3以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を注入するステップと、
前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御ステップと、
前記コイルに流れるコイル電流を検知する検知ステップと、
前記検知ステップで検知された前記コイル電流の前記高周波信号に関連する成分に基づいて前記可動子の位置を推定する推定ステップと、
前記検知ステップで検知された前記コイル電流をもとに本アクチュエータの状態を診断した結果を前記操縦システムに送信する診断ステップと、
を含む航空機用アクチュエータの駆動方法。
a coil of an aircraft actuator configured to operate continuously after being started, the coil including an inverter driven based on the electric power of the aircraft, a stator having an armature coil driven by energization of the inverter, a mover that applies a driving force to at least one of a control surface of a tail of the aircraft, a movable surface of a main wing, a landing gear supporting a wheel for running, and a liquid pump by magnetic interaction with the stator, and a control unit that controls the operation of the inverter in response to a command signal from a flight control system of the aircraft,
A step of injecting a high-frequency signal having any one of a sine wave, a trapezoidal wave, a triangular wave, and a step wave that changes in a stepped manner between three or more levels;
a control step of controlling an operation of the inverter in response to a command signal from a flight control system of the aircraft;
a detection step of detecting a coil current flowing through the coil;
an estimation step of estimating a position of the mover based on a component of the coil current related to the high frequency signal detected in the detection step;
a diagnosis step of diagnosing a state of the actuator based on the coil current detected in the detection step and transmitting the result to the flight control system;
A method for driving an actuator for an aircraft, comprising:
共通の被駆動体を駆動する請求項1に記載の航空機用アクチュエータである第1アクチュエータおよび第2アクチュエータと、
前記第1アクチュエータを駆動する第1電圧供給部と、
前記第1電圧供給部とは別であるとともに前記第2アクチュエータを駆動する第2電圧供給部と
を含む航空機用アクチュエータシステム。
a first actuator and a second actuator which are the aircraft actuators according to claim 1 and drive a common driven body;
a first voltage supply unit that drives the first actuator;
a second voltage supply separate from the first voltage supply and configured to drive the second actuator.
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