電気油圧アクチュエータ

電気油圧アクチュエータ（EHA）は、油圧システムを、電力のみで動作する自己完結型アクチュエータに置き換えます。EHAには独自のポンプが含まれているため、個別の油圧ポンプと配管が不要になり、^[1]システムアーキテクチャが簡素化され、安全性と信頼性が向上します。この技術はもともと航空宇宙産業向けに開発されましたが、その後、油圧が一般的に使用されている他の多くの産業に拡大しました。

航空機はもともと、機械的な利点を利用してパイロットの入力を増幅するレバーに取り付けられたケーブルで操作される小さな空力面によって制御されていました。航空機が大型化して性能が向上するにつれて、これらの面に対する空気力学的な力が大きくなり、パイロットが広範囲の速度で手動で制御することが不可能になりました。高速で航空機を制御するのに十分な利点を持つ制御では、空気力学的な力が減少すると、低速で航空機が著しく過剰に制御されるようになりました。第二次世界大戦の初期段階では、三菱の零戦やP-38 ライトニングなど、多くの航空機がこれらの問題に悩まされていました。^[要出典]

1940 年代から、これらの問題に対処するために油圧が導入されました。初期の形態では、エンジンに取り付けられた油圧ポンプがチューブを通じてさまざまな操縦翼面に高圧オイルを供給していました。ここで、小さなバルブが元の操縦ケーブルに取り付けられ、操縦翼面に接続された関連アクチュエータへのオイルの流れを制御しました。油圧ブースト システムの最も初期の装備の 1 つは、 P-38L の戦争後期モデルのエルロンであり、これにより、ロール率を高めるために大きな人力が必要なくなりました。^[2]

システムは進化し、バルブへの機械的連結を電気制御に置き換え、「フライバイワイヤ」設計^[3]が生まれ、最近では「フライバイライト」と呼ばれる光ネットワークシステムが生まれました。これらのシステムはすべて、油圧供給システム、バルブと関連する制御ネットワーク、アクチュエータの3つの個別のコンポーネントを必要とします。これらのシステムの1つが故障して航空機が動作不能になる可能性があるため、冗長性が必要となり、システムの複雑さが大幅に増加します。さらに、油圧オイルを加圧し続けると、常に電力が消費されます。

最も初期に使用されたのは、アブロ・バルカン爆撃機とヴィッカースVC10旅客機で、動力飛行制御装置として知られていました。^{[4] [5] [6]}

EHAの可能性につながった主な開発は、精密フィードバック制御の従来型モーター、または高出力ステッピングモーターでした^[要出典]。^[7]ステッピングモーターは、電流パルスごとに固定角度で移動し、非常に正確な方法で繰り返し移動するように設計されています。両方のタイプのモータードライブは長年にわたって使用されており、たとえば モーションコントロールリグや数値制御工作機械のコントロールに電力を供給しています。

EHA では、これらのモーターの高出力バージョンを使用して、油圧シリンダーに接続された可逆ポンプを駆動します。ポンプは作動流体 (通常は油圧オイル) を加圧し、シリンダー内の圧力を直接上昇させてシリンダーを動かします。ポンプ、シリンダー、油圧流体のリザーバーで構成されるシステム全体が、1 つの自己完結型ユニットにパッケージ化されています。

制御装置を動かすのに必要なエネルギーは、外部の油圧供給源から供給されるのではなく、通常の電気配線を介して供給される。ただし、フライバイワイヤシステムで見られるものよりも太い配線である。動作速度はパルスコード変調を使用して制御される。その結果、「パワーバイワイヤ」システムが実現し、制御とエネルギーの両方が1組の配線を介して送信される。^[8]

このように、1 面あたり 2 つのユニットと 2 セットの電線を使用することで冗長性を確保できます。これは、外部油圧供給を使用する同等のシステムよりもはるかに簡単です。さらに、EHA には、移動中のみ電力を消費し、モーターが停止すると圧力が内部で維持されるという利点があります。これにより、油圧ポンプの常時消費がなくなり、航空機の電力消費を削減できます。EHA は重量も軽減し、配管の内部配線が減るため合理化が進み、制御システム全体の重量も軽減されます。^[9]

• 電気油圧駆動、Young & Franklin
• 電気油圧駆動、パーカー