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【発明の名称】 故障検知装置および高調波アクチュエ―タシステム
【発明者】 【氏名】笹島 己喜朗

【氏名】田本 正男
【要約】 【課題】作動部が周期的に運動する高調波アクチュエータなどの故障を迅速に検知し、さらに高調波アクチュエータを迅速にロックすることができる故障検知装置および高調波アクチュエータシステムを提供する。

【解決手段】高調波アクチュエータ１５の出力軸２５の変位をセンサ２３で検出し、センサ２３からの変位信号をサンプリング回路１２４で所定のサンプリング周波数で検出して位置データｙ（ｋ）として順次出力する。予測回路１２１では複数の過去の位置データｙ（ｋ）に重みづけして合算し、予測値Ｙ（ｋ）を算出する。故障判定回路１２２では予測回路１２１からの予測値Ｙ（ｋ）とセンサ回路１２０からの実測値ｙ（ｋ）との差である予測誤差ｅ（ｋ）を算出し、この予測誤差ｅ（ｋ）が所定のしきい値Ｔを超える場合には故障信号「１」を出力する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 周期的な運動を行う作動部の変位信号を所定のサンプリング周波数で検出するセンサ回路と、センサ回路から出力する位置データを順次記憶し、過去の複数の位置データに重みづけして合算し、予測値を算出する予測回路と、センサ回路から出力する現在の位置データと、前記予測値との差を求め、所定のしきい値と比較して故障を判定する故障判定回路とを備えることを特徴とする故障検知装置。
【請求項２】 出力軸を固定するロック機構を備え、ヘリコプタのブレードの回転周波数の高調波成分をブレードのピッチ角操縦量に追加する高調波アクチュエータと、高調波アクチュエータの出力軸の変位信号を所定のサンプリング周波数で検出するセンサ回路と、センサ回路から出力する位置データを順次記憶し、過去の複数の位置データに重みづけして合算し、予測値を算出する予測回路と、センサ回路から出力する現在の位置データと、前記予測値との差を求め、所定のしきい値と比較して故障を判定する故障判定回路と、故障判定回路から出力する故障信号に応答して高調波アクチュエータのロック機構を作動させるロック作動手段とを備えることを特徴とする高調波アクチュエータシステム。
【請求項３】 前記ロック作動手段は、軸線方向一方側のロック作動位置および他方側のロック解除位置にわたって軸線方向に変位自在に支持されるスプールと、コイルに通電されると磁気吸引力によってスプールをロック解除位置に保持し、前記故障信号が入力されると、コイルへの通電を遮断するソレノイドとを備えるソレノイドバルブであり、前記スプールには、作用する圧油からスプールをロック作動位置側へ変位させる力を受ける受圧面が形成されることを特徴とする請求項２記載の高調波アクチュエータシステム。
【請求項４】 前記ソレノイドバルブのコイルには抵抗が直列に接続されることを特徴とする請求項３記載の高調波アクチュエータシステム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周期運動を行うアクチュエータなどの故障検知装置および故障検知装置を備えるヘリコプタの高調波アクチュエータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、ヘリコプタのロータ１の各ブレード２のピッチ角制御状態を示す斜視図である。ロータ１は３枚のブレード２を有し、各ブレード２はスワッシュプレート３を介して接続される３つの操縦用アクチュエータ４によってピッチ角変位が制御される。各アクチュエータ４とスワッシュプレート３との間にはそれぞれ高調波アクチュエータ５が介在され、高調波アクチュエータ５は連接棒６を介してスワッシュプレート３に接続される。この高調波アクチュエータ５は操縦用アクチュエータ４のピッチ角操作量に対してロータ１の回転周波数の整数倍の高調波成分を追加する。このような高調波アクチュエータ５によって各ブレード２に高調波振動を与えることによってブレード２に作用する外力をロータ１の１回転によって平均化し、機体の振動および騒音を低減することができる。
【０００３】このような高調波アクチュエータ５の故障時にはアクチュエータ５をロックして安全を確保する必要がある。したがって高調波アクチュエータシステムには高調波アクチュエータ５の出力軸を固定するロック機構、故障検知装置およびロック機構を作動させるソレノイドバルブが備えられる。故障発生からアクチュエータ５をロックするまでのプロセスは、■故障の発生、■故障の検知、■ソレノイドバルブの作動、■ロック機構の作動である。故障発生からアクチュエータのロックまでの時間は機体の操縦に影響のないように１００ｍｓｅｃ以下を目標にしている。
【０００４】高調波アクチュエータ５は、コントローラから入力される所定の周波数の制御信号によって制御され、従来の故障検知装置では、高調波アクチュエータ５に設けたセンサからの出力波形とアクチュエータ５に入力する信号波形とを比較し、その位相差の変化によって故障を判断していた。
【０００５】ロック機構を制御するソレノイドバルブはスプールと、スプールの軸線方向一方側に設けられるソレノイドと他方側に設けられるばねとを有し、ソレノイドのオン時にはソレノイド力によってスプールが軸線方向他方側であるロック解除位置に変位し、これによってロック機構へ圧油が作用してロック解除状態となり、高調波アクチュエータ５の出力軸は変位可能となる。故障検知装置からの故障信号がソレノイドバルブに入力されるとソレノイドがオフされ、ばね力によってスプールは軸線方向一方側のロック作動位置に変位し、これによってロック機構へ作用する圧油が遮断されて高調波アクチュエータ５はロックされて、出力軸が固定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように故障発生からアクチュエータ５のロック時までの時間は１００ｍｓｅｃ以下が望ましいが、従来の故障検知装置の場合、入力波形と出力波形との位相差に基づいて故障の判定を行うので、検出する出力波形を３波長以上必要とし、アクチュエータ５の周波数が３０Ｈｚ程度の場合、故障検知信号を出力するまでに最低１００ｍｓｅｃも必要であった。
【０００７】また、従来のソレノイドバルブは故障検知信号が入力されてソレノイドがオフされてからスプールがロック作動位置まで変位するのに４８ｍｓｅｃも必要であった。
【０００８】本発明の目的は、高調波アクチュエータなど周期的に運動するアクチュエータの故障を迅速に検知することができる故障検知装置、および故障を検知したとき高調波アクチュエータを迅速にロックすることができる高調波アクチュエータシステムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明は、周期的な運動を行う作動部の変位信号を所定のサンプリング周波数で検出するセンサ回路と、センサ回路から出力する位置データを順次記憶し、過去の複数の位置データに重みづけして合算し、予測値を算出する予測回路と、センサ回路から出力する現在の位置データと、前記予測値との差を求め、所定のしきい値と比較して故障を判定する故障判定回路とを備えることを特徴とする故障検知装置である。
【００１０】周期的に運動する作動部の動きは、ＡＲ（auto-regressive：自己回帰）モデルと呼ばれ、複数の過去の位置データに基づいて表現することができる。したがって、複数の過去の位置データから予測した現在位置と実際の現在位置とを比較することによって故障を検知することができる。本発明では、所定のサンプリング周期でセンサ回路が出力する位置データを順次記憶し、過去の複数の位置データに重みづけして合算し、現在作動部が位置すべき位置を予測値として算出し、この予測値とセンサ回路からの現在の位置データである実測値との差を求め、この差が所定のしきい値よりも大きい場合には故障と判断する。このようにして本発明ではサンプリング周期に同期して故障を判定することができるので、従来のように３周期分の作動部の動きを入力波形と比較して故障を判定する方法に比べて格段に早く故障を判定することができる。
【００１１】請求項２記載の本発明は、出力軸を固定するロック機構を備え、ヘリコプタのブレードの回転周波数の高調波成分をブレードのピッチ角操縦量に追加する高調波アクチュエータと、高調波アクチュエータの出力軸の変位信号を所定のサンプリング周波数で検出するセンサ回路と、センサ回路から出力する位置データを順次記憶し、過去の複数の位置データに重みづけして合算し、予測値を算出する予測回路と、センサ回路から出力する現在の位置データと、前記予測値との差を求め、所定のしきい値と比較して故障を判定する故障判定回路と、故障判定回路から出力する故障信号に応答して高調波アクチュエータのロック機構を作動させるロック作動手段とを備えることを特徴とする高調波アクチュエータシステムである。
【００１２】本発明に従えば、ヘリコプタの高調波アクチュエータの故障判定においてＡＲモデルを用いて算出した予測値とセンサ回路からの実測値とに基づいて故障を判定するので、従来の故障判定装置に比べて格段に早く高調波アクチュエータの故障を判定することができる。
【００１３】請求項３記載の本発明の前記ロック作動手段は、軸線方向一方側のロック作動位置および他方側のロック解除位置にわたって軸線方向に変位自在に支持されるスプールと、コイルに通電されると磁気吸引力によってスプールをロック解除位置に保持し、前記故障信号が入力されると、コイルへの通電を遮断するソレノイドとを備えるソレノイドバルブであり、前記スプールには、作用する圧油からスプールをロック作動位置側へ変位させる力を受ける受圧面が形成されることを特徴とする。
【００１４】高調波アクチュエータのロック機構はソレノイドバルブによって制御される。ソレノイドバルブはスプールと、たとえばスプールの一方側に設けられるソレノイドと他方側に設けられるばねとによって構成され、コイルに通電されるとソレノイドの磁気吸引力によってスプールは軸線方向他方側のロック解除位置に位置し、この状態では高調波アクチュエータの出力軸は変位可能となっている。故障検知回路から故障信号がソレノイドバルブに入力されるとコイルへの通電が遮断され、スプールはばね力によって軸線方向一方側のロック作動位置に変位する。スプールには圧油からスプールをロック作動位置側へ変位させる受圧面が形成されている。したがってロック作動時にはばね力に加えて前記受圧面に作用する圧油がロック作動位置への変位を補助し、これによってスプールは迅速にロック作動位置まで変位する。このような構成によって従来のソレノイドバルブに比べて故障信号入力時からアクチュエータのロック時までの時間を格段に短縮することができる。
【００１５】請求項４記載の本発明は、前記ソレノイドバルブのコイルには抵抗が直列に接続されることを特徴とする。
【００１６】コイルと抵抗とが直列に接続される回路の時定数τは、τ＝Ｌ／Ｒであるので、抵抗Ｒが大きいほど時定数τが小さくなる。本発明ではソレノイドバルブのコイルに抵抗を直列に接続することによって時定数τを小さくし、ソレノイドの応答特性を向上することができる。また、ソレノイドの磁気吸引力は電流Ｉに比例し、電流Ｉは抵抗Ｒに反比例する。ロック作動時のスプールは、コイルへの通電遮断後に残留する磁気吸引力に抗してばね力および油圧力によって変位する。したがって、磁気吸引力が小さいほど迅速にロックを作動させることができる。本発明ではコイルに直列に抵抗を接続することによって磁気吸引力を予め低減させておき、これによってさらに迅速にロック機構を作動させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態である故障検知装置を備える高調波アクチュエータシステム１０の構成を示す断面図であり、図２は高調波アクチュエータシステム１０の高調波アクチュエータ１５近傍を拡大して示す断面図である。高調波アクチュエータシステム１０は高調波アクチュエータ１５を備えるアクチュエータ装置１１と、故障検知装置１３を備えるコントローラ１２とから構成され、アクチュエータ装置１１は、高調波アクチュエータ１５、ソレノイドバルブ１６、電気油圧サーボバルブ１７、圧力ポート１８、戻りポート１９およびバイパスバルブ２１がケーシング２０に一体に組付けられて構成される。
【００１８】高調波アクチュエータ１５はケーシング２０に形成される挿通孔２６に出力軸２５が軸線Ｌ１に沿って変位自在に装着されて構成される。このようなアクチュエータ装置１１は図７において説明したように、ヘリコプタの高調波アクチュエータとして用いられる。すなわち、出力軸２５の軸線Ｌ１に沿うケーシング２０の一端部２７が図７に示す操縦用アクチュエータ４の出力軸に連結され、ケーシング２０から突出する出力軸２５の先端部２８が連接棒６を介してスワッシュプレート３に連結される。高調波アクチュエータ５がヘリコプタのロータ１の回転周波数の整数倍の高調波で伸縮することによってロータ１のブレード２に高調波の振動を加えて各ブレード２に作用する外力をロータ１の１回転において平均化し、これによってヘリコプタの機体の振動および騒音を抑制することができる。
【００１９】アクチュエータ装置１１の圧力ポート１８にはアクチュエータ装置１１の外部に設けられる油圧ポンプ３９から予め定める圧力の作動油が供給され、この圧力ポート１８は第１圧力油路１４を介して電気油圧サーボバルブ１７に連通する。電気油圧サーボバルブ１７は第１戻り油路２９を介して戻りポート１９に連通し、この戻りポート１９はアクチュエータ装置１１の外部に設けられるタンク３０に連通し、作動油をタンク３０に戻す。
【００２０】高調波アクチュエータ１５の出力軸２５の中央部にはピストン３５が一体に固定され、ピストン３５の両側には油圧室３６，３７が形成される。電気油圧サーボバルブ１７にはバイパスバルブ２１を経て高調波アクチュエータ１５の第１および第２油圧室３６，３７にそれぞれ連通する第１および第２給排油路４０，４１が接続され、電気油圧サーボバルブ１７はコントローラ１２から入力される制御信号に応じて第１および第２給排油路４０，４１を介して第１および第２油圧室３６，３７に交互に圧油を作用させて出力軸２５を高調波振動させる。第１および第２油圧室３６，３７から排出される油は第１および第２給排油路４０，４１および第１戻り油路２９を介してタンク３０に戻される。
【００２１】高調波アクチュエータ１５にはセンタリング手段５１およびロック手段５２を備えるロック機構５０が設けられる。高調波アクチュエータ１５は中立位置Ｓを中心として高調波で振動しており、その変位はセンサ２３によって検出される。コントローラ１２の故障検知装置１３はセンサ２３でアクチュエータ１５を監視し、アクチュエータ１５の故障を検知したときには故障信号を出力する。ソレノイドバルブ１６は故障信号に応答して流路を切換えてロック機構５０を作動させる。ロック機構５０のセンタリング手段５１が、出力軸２５の変位を抑制して中立位置Ｓにセンタリングしロック手段５２がケーシング２０と出力軸２５とを固定する。これによって操縦用アクチュエータ４の操縦量のみをスワッシュプレート３に伝達することができる。
【００２２】図２に示すように、センタリング手段５１は段付の筒状の第１変位抑制部材５５および第２変位抑制部材５６を有し、各変位抑制部材５５，５６はピストン３５に関して両側に配置され、それぞればね５７，５８によって中立位置Ｓに向けてばね付勢する。ロック機構作動時には変位抑制部材５５，５６の小筒部６６の先端がピストン３５の両側から当接してばね力によって出力軸２５の変位を抑制する。変位抑制部材５５，５６の大筒部６５にはそれぞれフランジ６７が形成され、ケーシング２０と第１および第２変位抑制部材５５，５６の大筒部６５との間にはそれぞれ油圧室６８，６９が形成され、この油圧室６８，６９に圧油が作用するとフランジ６７の側面が受圧面として機能し、第１および第２変位抑制部材５５，５６をそれぞればね力に抗して中立位置Ｓから離反する方向に変位させる。これによって角変位抑制部材５５，５６の小筒部の先端部がピストン３５から離反し、高調波アクチュエータ１５の出力軸２５は変位可能となる。
【００２３】ロック手段５２は有底筒部材８２と有底筒部材８２の底部に固定されるロックピン５３とから成るロック部材８０を有し、このロック部材８０はケーシング２０に形成される装着凹所８１に装着され、出力軸２５の軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２方向に変位自在にロック部材８０は設けられる。ロック部材８０の有底筒部材８２内にはロック部材８０を出力軸２５に向けてばね付勢するばね８３が設けられ、ロック機構５０作動時には出力軸２５に形成されるロック溝６０にロックピン５３の先端が嵌まり込んで出力軸２５がケーシング２０に固定されて高調波アクチュエータ１５はロックされる。装着凹所８１と有底筒部材８２の底部の間の空間である油圧室８５に圧油が作用する状態では有底筒部材８２の底部および有底筒部材８２の外周に形成されるフランジが受圧面と機能してロック部材８０はばね８３のばね力に抗して出力軸２５から離反する向きに退避し、出力軸２５は変位可能となる。
【００２４】高調波アクチュエータ１５を駆動させるための第１および第２給排油路４０，４１にはバイパスバルブ２１が介在される。バイパスバルブ２１はスプール９０を有し、スプール９０は軸線方向一端側の基端部にばね９２が設けられ、他端側に油圧室９９が形成され、スプール９０の先端面が受圧面９１として機能し、この受圧面９１に圧油が作用する状態ではスプール９０はばね９２のばね力に抗して軸線方向一方側に位置する。この状態では第１および第２給排油路４０，４１を連通して高調波アクチュエータ１５は電気油圧サーボバルブ１７に制御されて変位可能な状態となっている。前記受圧面９１に作用する圧油の圧力が低下するとばね９２のばね力によってスプール９０は軸線方向他方側に変位して第１および第２給排油路４０，４１を遮断して電気油圧サーボバルブ１７による制御を遮断する。
【００２５】図１に示されるように、ソレノイドバルブ１６は第２圧力油路１００を介して圧力ポート１８に接続されるポンプポート１０１、第２戻り油路１０３を介して戻りポート１９に接続されるリターンポート１０２、およびロック機構５０を制御するコントロールポート１０５が設けられる。コントロールポート１０５に接続されるロック制御油路１０６は分岐してバイパスバルブ２１の油圧室９９、ロック機構５０のセンタリング手段５１の油圧室６８，６９、およびロック手段５２の油圧室８５にそれぞれ連通する。
【００２６】ソレノイドバルブ１６にはポンプポート１０１とリターンポート１０２とを挿通するとともに、ポンプポート１０１とコントロールポート１０５とを連通するロック解除位置と、コントロールポート１０５を遮断するロック作動位置とにわたって変位して高調波アクチュエータ１５のロック機構５０を制御するスプール１１０が設けられる。このスプール１１０がロック解除位置にあるときには圧力ポート１８からの圧油がロック機構５０の各油圧室６８，６９，８５に導かれてロック機構５０がロック解除状態になるとともに、バイパスバルブ２１の油圧室９９に導かれた圧油によって第１および第２給排油路４０，４１が連通して高調波アクチュエータ１５は電気油圧サーボバルブ１７に制御されて高調波振動する。
【００２７】コントローラ１２の故障検知装置１３からソレノイドバルブ１６に故障信号が入力されると、これに応じてソレノイドバルブ１６のスプール１１０はポンプポート１０１とコントロールポート１０５との連通を遮断するロック作動位置に変位する。すると、バイパスバルブ２１が第１および第２給排油路４０，４１を遮断して電気油圧サーボバルブ１７による高調波アクチュエータ１５の制御を遮断するとともに、ロック機構５０のセンタリング手段５１が作動して高調波アクチュエータ１５の出力軸２５の変位を抑制するとともに、ロック手段５２が作動する。センタリング手段５１によってピストン３５を中立位置Ｓに変位を抑制し、出力軸２５が中立位置Ｓに位置するとロック手段５２のロックピン５３がロック溝６０に嵌まり込んで出力軸２５は中立位置Ｓに固定されることになる。
【００２８】センタリング手段５１の変位抑制部材５５，５６にはそれぞれ段差面１１５が形成される。ピストン３５が中立位置Ｓに位置するとき角変位抑制部材５５，５６の段差面１１５がケーシング２０に形成される段差面１１６にそれぞれ係止され、変位抑制部材５５，５６の小筒部６６の先端はピストン３５の各表面にわずかな隙間をあけて位置し、中立位置Ｓに配置されるピストン３５にはセンタリング手段５１から力が作用しないように構成される。これによってピストン３５をセンタリング手段５１によって速やかにセンタリングすることができる。また、センタリングに必要な大きな力はピストン３５の軸線Ｌ１方向両側に配置されるばね５７，５８によって行われるので、軸線Ｌ１に垂直な軸線Ｌ２方向に配置されるロック手段５２のばね８３を小形にすることができる。
【００２９】図３は、故障検知装置１３を示すブロック図である。故障検知装置１３は、センサ回路１２０と予測回路１２１と故障判定回路１２２とから構成され、センサ回路１２０はアクチュエータ装置１１に取付けられ、高調波アクチュエータ１５の出力軸２５の変位量を検出するセンサ２３と、サンプリング回路１２４とから構成され、故障判定回路１２２は減算器１３０、比較器１３１およびメモリ１３２とから構成される。
【００３０】高調波アクチュエータ１５の出力軸２５は、コントローラ１２から電気油圧サーボバルブ１７に入力される制御信号に応じて予め定める一定の周期で軸線Ｌ１方向に中立位置Ｓを中心に振動し、センサ回路１２０は所定のサンプリング周波数で出力軸２５の軸線方向Ｌ１に沿う位置を離散的に検出する。一定の周波数で運動する作動部の動きはＡＲモデルで表現できる。
【００３１】ＡＲモデルでは現在の位置ｙ（ｋ）の予測値Ｙ（ｋ）を過去のＰ個の位置データに係数Ａｋという重みを掛けて和をとったもの、つまり
で表される。過去の位置データの個数Ｐは２個以上に選ばれ、本実施形態ではＰ＝５とすると（１）式は、 Ｙ(ｋ)＝Ａ１・ｙ(ｋ−１)＋Ａ２・ｙ(ｋ−２)＋Ａ３・ｙ(ｋ−３) ＋Ａ４・ｙ(ｋ−４)＋Ａ５・ｙ(ｋ−５) …（２）
として表され、Ｚ変換したブロック図を図３の予測回路１２１に示す。予測回路１２１ではセンサ回路１２０からサンプリング周波数に同期して順次的に予測回路１２１に入力される５個の位置データｙ（１）〜ｙ（５）を順次記憶し、係数Ａ１〜Ａ５の重みづけして合算することによって次の６番目の出力軸２５の位置を予測Ｙ（６）として算出する。故障判定回路１２２では、センサ回路１２０から出力される６番目の位置データである実測値ｙ（６）と、予測回路１２１で算出した予測値Ｙ（６）に基づいて故障か否かを判定する。
【００３２】センサ回路１２０からの位置データｙ（６）は故障判定回路１２２に入力されるとともに予測回路１２１にも入力され、予測回路では２〜６番目の５個の位置データｙ（２）〜ｙ（６）にそれぞれ係数Ａ１〜Ａ５を乗じて重みづけして合算し７番目の予測値Ｙ（７）を算出し、故障判定回路１２２に入力する。このようにして故障検知装置１３では、センサ回路１２０のサンプリング周波数に同期して順次故障の判定を行うことができる。なお、各係数Ａ１〜Ａ５は予測値Ｙ（ｋ）と出力値ｙ（ｋ）とが一致するように予め設定しておく。
【００３３】センサ回路１２０のセンサ２３からは高調波アクチュエータ１５の出力軸２５の変位信号がアナログ信号として出力され、サンプリング回路１２４ではセンサ２３からの変位信号を予め定めるサンプリング周期でサンプリングし、デジタル信号に変換して位置データｙ（ｋ）として順次出力する。なおサンプリング周期は少なくとも高調波アクチュエータ１５の振動周期の１／２以下とし、本実施形態では５ｍｓｅｃである。
【００３４】故障判定回路１２２の減算器１３０は、予測回路１２１から出力される予測値Ｙ（ｋ）および、サンプリング回路１２４からの現在の位置データである実測値ｙ（ｋ）が入力され、予測値Ｙ（ｋ）と実測値ｙ（ｋ）との差である予測誤差ｅ（ｋ）＝Ｙ（ｋ）−ｙ（ｋ）が出力される。故障判定回路１２２のメモリ１３２には所定のしきい値Ｔが設定されており、比較器１３１では減算器１３０からの予測誤差ｅ（ｋ）およびメモリ１３２からのしきい値Ｔが入力され、予測誤差ｅ（ｋ）がしきい値Ｔより小さいか等しければ正常と判断して正常信号「０」を出力し、予測誤差がしきい値Ｔと超えると故障と判断して故障信号「１」を出力する。
【００３５】図４は、故障検知時の予測値Ｙ（ｋ）、実測値ｙ（ｋ）および予測誤差ｅ（ｋ）を示すグラフである。図４において縦軸は中立位置Ｓを中心とした出力軸２５の位置であり、横軸は時間であり、参照符１４０は予測値Ｙ（ｋ）を連ねたグラフであり、参照符１４１は実測値ｙ（ｋ）を連ねたグラフであり、参照符１４２は予測誤差ｅ（ｋ）を連ねたグラフである。図４のグラフにおいて時刻ｔ１までは予測値Ｙ（ｋ）と実測値ｙ（ｋ）とが一致し、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で故障が発生し、時刻ｔ２で故障を検知するものとする。
【００３６】時刻ｔ１以前では予測値Ｙ（ｋ）と実測値ｙ（ｋ）とが等しいので予測誤差ｅ（ｋ）が０となり、しきい値Ｔ未満となるので正常と判断して故障判定回路１２２からは正常信号「０」が出力される。
【００３７】時刻ｔ２での予測値Ｙ（６）は過去の５つの位置データｙ（１）〜ｙ（５）に基づいて算出するが、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で故障が発生し、時刻ｔ２では予測値Ｙ（６）と実測値ｙ（６）とがずれ、予測誤差ｅ（６）とはしきい値Ｔより大きくなる。これによって、故障と判定して故障判定回路１２２から故障信号「１」を出力する。このようにして本発明の故障検知装置１３では故障発生から故障検知までをサンプリング周期以内に行うことができる。
【００３８】図５は、ソレノイドバルブ１６を拡大して示す断面図である。ソレノイドバルブ１６はスプール１１０と、スプール１１０の軸線方向一方側に配置されるソレノイド１４９と軸線方向他方側に配置されるばね１５０とを有する。ソレノイド１４９のソレノイド回路はソレノイド１４９のコイル１５１に抵抗１５２が直列に接続され直流電源１５３によって駆動される。またソレノイド回路にはコイル１５１および抵抗１５２に並列にダイオード１５４が接続され、また故障判定回路１２２からの信号に応答してソレノイド１４９のオン／オフ制御を行うスイッチ１５５が設けられる。
【００３９】スプール１１０はその軸線Ｌ３方向に変位可能に支持され、故障判定回路１２２から正常信号「０」がスイッチ１５５に入力されるとスイッチ１５５はオンとなり、コイル１５１に電流が流れ、ソレノイドの磁気吸引力によってスプール１１０は軸線Ｌ３方向他方側のロック解除位置に配置され、ポンプポート１０１とコントロールポート１０５とが連通して高調波アクチュエータ１５はロック解除状態となる。なお、このときダイオード１５４は逆方向となるのでダイオード１５４には電流は流れない。
【００４０】故障検知装置１３の故障判定回路１２２から故障信号「１」がスイッチ１５５に入力されるとスイッチ１５５がオフとなり磁気吸引力が過渡的に低下し、ばね１５０のばね力によってスプール１１０が軸線Ｌ３方向一方側のロック作動位置に変位し、コントロールポート１０５が遮断される。なお、このときソレノイド回路にはダイオード１５４を介して過渡的に電流が流れ、やがて電流は０となる。すると前記したようにロック機構５０が作動して高調波アクチュエータ１５はロックされる。
【００４１】アクチュエータ装置１１のケーシング２０にはソレノイドバルブ装着凹所１７９が形成され、このソレノイドバルブ装着凹所１７９にソレノイドバルブ１１６の装着部１８３が装着される。装着部１８３は中空であり、内部空間１８２にスプール１１０の中間部１８５を収納する。中間部１８５は円柱状であり、両端部に円錐部が形成され軸線Ｌ３方向一方側に円錐部に連なって短円柱状の大径部１６０が形成され、他方側にも円錐部に連なって短円柱状の小径部１６１が形成される。装着１８３には一方側に大径部１６０が嵌まり込む嵌合孔１８０が形成され、他方側に小径部１６１が嵌まり込む嵌合孔１８１が形成される。装着部１８３の内部空間１８２に臨む大径部１６０の側面を第１受圧面１６２とし、内部空間１８２に臨む小径部１６１の側面を第２受圧面とする。
【００４２】内部空間１８２はポンプポート１０１に連通して圧油が導かれている。大径部１６０の第１受圧面１６２は小径部１６１の第２受圧面１６３よりも面積が大きいので、第１受圧面１６２と第２受圧面１６３との面積差に応じた油圧がスプール１１０には作用することになる。したがって、スイッチ１５５をオフした場合には，ばね１５０のばね力に加えて第１受圧面１６２と第２受圧面１６３との面積差に応じた油圧による力がスプール１１０に作用する。これによって従来に比べてスプール１１０のロック位置側への切換え動作を迅速に行うことができる。
【００４３】またソレノイド回路にはソレノイドのコイル１５１に直列に抵抗１５２が接続されコイル１５１のインダクタンスをＬ（Ｈ）、抵抗１５２の抵抗をＲ（Ω）とすると、ソレノイド回路の時定数τはτ＝Ｌ／Ｒとなる。すなわちコイル１５１に抵抗１５２を直列に接続することによって時定数τが小さくなり、これによってソレノイド１４９の応答性を向上することができる。すなわち、スイッチ１５５をオフしたとき、電流がすぐに０になるのではなく、過渡的に電流が流れて０となる。時定数τを小さくするとオフしてから電流が０になるまでの時間が短くなり、これによって電流が０になるまでに残留する磁気吸引力を迅速に低減させ、応答性が向上される。
【００４４】またさらに抵抗１５２を付加することによってコイル１５１に流れる電流が低減する。ソレノイド１４９の磁気吸引力は電流Ｉに比例するので抵抗１５２を付加することによる電流の低減によって磁気吸引力が低下する。すなわち、ばね１５０および油圧力に対抗する磁気吸引力が小さくなることにより、スプール１１０をさらに迅速にロック作動位置に変位させることができる。
【００４５】図６はスイッチ１５５をオフしたとき、ロック解除位置からスプール１１０がロック作動位置に変位するまでのスプール１１０の位置と時間との関係を示すグラフである。参照符１９０で示すグラフは本実施形態のソレノイドバルブ１６のグラフであり、参照符１９１で示すグラフは抵抗１５２を付加せず、第１および第２受圧面１６３に差がない従来のソレノイドバルブのグラフであり、時刻０においてスイッチ１５５がオフされたものとする。図６に明らかに示されるように、従来のグラス１９１に比べてグラフ１９０ではスプール１１０が変位し始める時刻が明らかに早くなっており、さらにグラフの立上がる角度も急激となり、抵抗１５２を付加し、受圧面積に差をつけることによって応答性が向上し、スイッチオフ時からロック作動位置に達するまでの時間が従来の４８ｍｓｅｃから２０ｍｓｅｃへと格段に向上する。このようなソレノイドバルブ１６および故障検知装置１３によって故障発生から高調波アクチュエータ１５のロックまで１００ｍｓｅｃ以内とすることが可能となる。
【００４６】本実施形態では故障検知装置をヘリコプタの高調波アクチュエータの故障検知として用いたが、本発明の故障検知装置は作動部が周期的に運動する機器であればよく、たとえばモータの出力軸など作動部が回転する装置の故障検知として用いてもよい。
【００４７】
【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、ＡＲモデルを用いて算出した予測値とセンサ回路からの実測値とに基づいて故障を判定するので、従来の故障判定装置に比べて格段に早く故障を判定することができる。
【００４８】請求項２記載の本発明によれば、ヘリコプタの高調波アクチュエータの故障判定においてＡＲモデルを用いて算出した予測値とセンサ回路からの実測値とに基づいて故障を判定するので、従来の故障判定装置に比べて格段に早く高調波アクチュエータの故障を判定することができる。
【００４９】請求項３記載の本発明によれば、スプールにはスプールをロック作動位置側へ変位させる受圧面が形成されているので、従来のソレノイドバルブに比べて故障検知時からアクチュエータのロック時までの時間を格段に短縮することができる。
【００５０】請求項４記載の本発明によれば、コイルに抵抗を直列に接続することによって時定数τを小さくし、ソレノイドの応答特性を向上することができる。また、コイルに直列に抵抗を接続することによってソレノイド力を低減させ、これによってさらに迅速にロック機構を作動させることができる。
【出願人】 【識別番号】５９５０１３００３
【氏名又は名称】株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所
【出願日】 平成１１年１月２８日（１９９９．１．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００７５５５７
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎 （外２名）
【公開番号】 特開２０００−２１３９２６（Ｐ２０００−２１３９２６Ａ）
【公開日】 平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【出願番号】 特願平１１−２０４７８