具有多相電動機(jī)的致動器以及控制此類致動器的方法
【專利摘要】一種致動器，其包括至少一個(gè)多相電動機(jī)(100)，該至少一個(gè)多相電動機(jī)(100)具有面向轉(zhuǎn)子(102)的相位(101)，該轉(zhuǎn)子(102)固定到與制動件（2）相關(guān)聯(lián)的輸出軸，并且被提供有用于將其連接到將要被移動的可移動元件的裝置，該電動機(jī)和該制動件連接到至少一個(gè)電動機(jī)控制單元(5)用于通過給它們的相位供能來控制電動機(jī)。該電動機(jī)具有按避免中性點(diǎn)的方式而纏繞的至少四個(gè)相位，并且其中控制單元每一相位具有一個(gè)單相位逆變器且控制單元被安排成實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱三相模式的控制，以及實(shí)現(xiàn)通過給其兩個(gè)非同線相位供能而使轉(zhuǎn)子能夠被驅(qū)動轉(zhuǎn)動的降級模式的控制。
【專利說明】具有多相電動機(jī)的致動器以及控制此類致動器的方法
[0001]本發(fā)明涉及具有多相電動機(jī)且尤其適用于移動可移動元件的致動器。在本發(fā)明針對航空器的應(yīng)用中，此類可移動元件例如可由航空器的可移動飛行控制表面(諸如副翼)來構(gòu)成，移動該控制表面以使得該航空器能被駕駛。
[0002]已知致動器具有單相電動機(jī)，或帶刷DC電動機(jī)，其中轉(zhuǎn)子通過移動傳輸組件連接到可移動元件。當(dāng)出于飛行控制目的在航空器上使用此類致動器時(shí)，采取措施以將每一可移動飛行控制表面與至少兩個(gè)致動器相關(guān)聯(lián)，其中每一致動器被安排成能夠移動其自身上的所述飛行控制表面。因此，在一個(gè)驅(qū)動器發(fā)生故障的情況下，另一致動器被用于移動可移動控制表面而不會妨礙對航空器的駕駛。然而，此類冗余在將致動器集成進(jìn)航空器結(jié)構(gòu)方面(重量、纜線連接，等等)帶來了顯著制約并且僅提供了普通的附加安全性。
[0003]還經(jīng)常依賴于包括兩個(gè)甚至三個(gè)電動機(jī)(以確保它們線圈的冗余)的致動器，該致動器帶有對應(yīng)數(shù)目的控制單元(以確保電子器件的冗余)且每一電動機(jī)帶有一個(gè)功率橋。
[0004]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供改進(jìn)此類致動器可用性的裝置。
[0005]為此，本發(fā)明提供了一種致動器，其包括至少一個(gè)多相電動機(jī)，該至少一個(gè)多相電動機(jī)具有面向轉(zhuǎn)子的相位，該轉(zhuǎn)子固定到與制動件相關(guān)聯(lián)的輸出軸并且被提供有用于將其連接到將要被移動的可移動元件的裝置，該電動機(jī)和該制動件連接到至少一個(gè)電動機(jī)控制單元用于通過給它們的相位供能來控制電動機(jī)。電動機(jī)具有按避免中性點(diǎn)的方式而纏繞的至少四個(gè)相位，并且控制單元每一相位具有一個(gè)單相位逆變器且控制單元被安排成實(shí)現(xiàn)對所有相位的標(biāo)稱模式的控制，以及實(shí)現(xiàn)通過給其兩個(gè)非同線相位供能而使轉(zhuǎn)子能夠被驅(qū)動轉(zhuǎn)動的降級模式的控制。
[0006]因此，致動器具有其中致動器在至少三個(gè)相位上工作的正常模式和其中致動器在兩個(gè)相位上工作的降級模式。當(dāng)其他相位不能再被供能(例如，作為相位或?qū)ζ溥M(jìn)行供能的電流開路或短路的結(jié)果)時(shí)實(shí)現(xiàn)降級模式。增加繞公共轉(zhuǎn)子的相位數(shù)以及對每一相位使用一個(gè)功率橋增加了具有可用于連續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子而不大量增加電動機(jī)數(shù)目的足夠相位數(shù)目的選項(xiàng)。致動器的工作能力由此被擴(kuò)展，同時(shí)保持合理的尺寸及重量。
[0007]控制單元優(yōu)選具有連接到各相位的多個(gè)控制模塊。
[0008]當(dāng)由于用于驅(qū)動相位的控制單元故障導(dǎo)致相位不能被供能時(shí)，還可隨后實(shí)現(xiàn)降級模式。
[0009]在閱讀了下面的對特定的非限制性本發(fā)明的實(shí)施例之后，本發(fā)明的其他特征以及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
[0010]參見附圖，在附圖中:
[0011]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的致動器的一般原理的示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例中致動器的電動機(jī)的橫截面示意圖；
[0013]圖3是圖2中致動器的電路圖；
[0014]圖4是本發(fā)明第二實(shí)施例中致動器的電動機(jī)的橫截面示意圖；
[0015]圖5是圖4中致動器的電路圖；以及
[0016]圖6是變體實(shí)施例中電動機(jī)的橫截面示意圖。[0017]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的致動器包括多相電動機(jī)100，其具有面向固定到輸出軸I的轉(zhuǎn)子的相位。在此示例中，電動機(jī)100是其相位被纏繞成避免中性點(diǎn)或“起始”點(diǎn)的無刷型。輸出軸I與制動件或制動器2 (本身是公知的)相關(guān)聯(lián)，并且還被提供有用于將其連接到將要被移動的可移動元件4的裝置3。通過示例的方式，連接裝置包括運(yùn)動傳輸系統(tǒng)(諸如，螺釘及螺母系統(tǒng)或曲柄及連桿系統(tǒng))，并且，通過示例的方式，用于移動的可移動元件在航空器應(yīng)用中可以是可移動飛行控制表面。
[0018]電動機(jī)100和制動件2連接到至少一個(gè)控制單元(被給以整體標(biāo)記5)，該控制單元被安排成因變于從航空器的中央駕駛控制單元收到的指令而給電動機(jī)100和制動件2供能。控制單元5通過給電動機(jī)的相位供能來驅(qū)動電動機(jī)。
[0019]控制單元5包括兩個(gè)相同的子單元6.1和6.2，各自包含有控制單元7.1或7.2、分別連接到電動機(jī)100的兩組相位的電動機(jī)功率模塊8.1或8.2、用于給制動器2供能的功率模塊9.1或9.2 (該模塊連接到制動器2的螺線管)，以及用來給控制單元7.1或7.2供能的功率轉(zhuǎn)換器10.1或10.2。電源線直接連接到功率模塊8.1,9.1,8.2和9.2以對其供倉泛。
[0020]每一控制單元7.1或7.2被安排成:
[0021]收集來自電動機(jī)的信息(速度、位置、電流，……)以及來自中央駕駛控制單元的信息(可移動元件的位置次序、制動指令，……)；以及
[0022]使用所 述信息來操作分別用于控制速度、位置和電流的伺服控制環(huán)路A、B和C，藉此使其能夠控制電動機(jī)的功率模塊8.1或8.2和制動器的功率模塊9.1或9.2。
[0023]為了這些目的，控制單元7.1或7.2連接到用于確定將要被移動的可移動元件的速度和位置的裝置，還連接到用于測量在致動器的相位中流動的電流的裝置，因而在此示例中位置傳感器具體包括在電動機(jī)相應(yīng)側(cè)上的兩個(gè)位置傳感器、兩組霍爾效應(yīng)傳感器?？刂茊卧髯赃B接到這些組中的一個(gè)并且它們被安排成相互通信以便檢測故障傳感器從而避免處理來自故障傳感器的信號。
[0024]每一控制單元7.1和7.2連接到功率模塊8.1和8.2兩者以便能夠控制這兩者。由此，在其他控制模塊故障的情況下，控制模塊7.1和7.2中的每一個(gè)可控制兩組相位。在正常工作模式中，控制模塊7.1和7.2中所謂為“主”的一個(gè)相對于為“從”的另一模塊具有優(yōu)先級。
[0025]控制單元5被安排成實(shí)現(xiàn)降級模式的控制，以通過給諸相位中的至少兩個(gè)非同線相位供能來驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
[0026]參考圖2和圖3，在第一實(shí)施例中，電動機(jī)100具有被分成每組各三個(gè)相位的兩組101.1和101.2的六個(gè)相位，以及具有永磁體103的公共轉(zhuǎn)子102。
[0027]組101.1或101.2的每一相位101連接到相應(yīng)的一個(gè)功率模塊8.1或8.2的逆變器11。逆變器11具有單個(gè)相位H-連接橋。每一功率模塊8.1或8.2具有三個(gè)逆變器11，因此存在和相位101 —樣多的逆變器11。
[0028]控制單元5被安排成實(shí)現(xiàn)其中控制單元5按慣常方式控制電動機(jī)100的至少三個(gè)(且優(yōu)選六個(gè))相位101的標(biāo)稱模式的控制，以及其中控制單元5控制電動機(jī)100的兩個(gè)非同線相位101的降級模式的控制。
[0029]應(yīng)當(dāng)理解，由于保留有能夠按慣常三相方式控制的三個(gè)相位，即使在三個(gè)相位發(fā)生故障的情況下仍可維持標(biāo)稱模式。
[0030]在降級模式中，控制單元5確定要被饋送到兩個(gè)保留相位的電流I1U)和I2(t)，同時(shí)傳遞轉(zhuǎn)矩，其中轉(zhuǎn)矩是常數(shù)且不取決于轉(zhuǎn)子102位置。
[0031]考慮在三維中表示i相位分布的電動機(jī)的幾何參照系{P1; P2, PJ，并且還考慮矩形參照系{PA，PB}，其是將要被控制的兩個(gè)相位的參照系并且在P1上按如下方式對準(zhǔn):
[0032]PB=P2sin Φ860
[0033]以及
[0034]Pa=Pi+P2Cos Φ860
[0035]為了在參照系{ΡΑ，ΡΒ}中獲得常數(shù)轉(zhuǎn)矩，必須發(fā)送電流Ia=IciCosO和IflpinO，其中Itl是控制電流的幅值而?是相位間的夾角。這給出了:
【權(quán)利要求】
1.一種致動器，包括至少一個(gè)多相電動機(jī)(100),所述至少一個(gè)多相電動機(jī)(100)具有面向轉(zhuǎn)子(102)的相位(101)，所述轉(zhuǎn)子(102)固定到與制動件(2)相關(guān)聯(lián)的輸出軸(1)，并且被提供有用于將其連接到將要被移動的可移動元件的裝置，所述電動機(jī)和所述制動件連接到至少一個(gè)電動機(jī)控制單元(5)用于通過給它們的相位供能來控制所述電動機(jī)，所述致動器的特征在于:所述電動機(jī)具有按避免中性點(diǎn)的方式而纏繞的至少四個(gè)相位，并且所述控制單元每一相位具有一個(gè)單相位逆變器且所述控制單元被安排成實(shí)現(xiàn)所有相位上的標(biāo)稱模式的控制，以及實(shí)現(xiàn)通過給其兩個(gè)非同線相位供能而使所述轉(zhuǎn)子能夠被驅(qū)動轉(zhuǎn)動的降級模式的控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，所述電動機(jī)(100)具有被細(xì)分成兩個(gè)三相位組的六個(gè)相位(101)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(102)具有永磁體(103)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(102)被安排成呈現(xiàn)出軸向改變的磁阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，至少一些相位(101)用具有不同電傳導(dǎo)屬性的線纏繞。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，至少兩個(gè)位置傳感器被安排在所述電動機(jī)的各側(cè)上，并且所述控制單元被安排成隔離故障傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動器，其特征在于，所述控制單元(5)具有連接至相位組的多個(gè)控制單元(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動器，其特征在于，所述相位(101)數(shù)目為六個(gè)，且所述控制單元(5)具有三個(gè)控制模塊(7.1、7.2、7.3)以及三個(gè)功率模塊(8.1,8.2,8.3)，每個(gè)功率模塊連接到兩個(gè)相位及每一控制模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的致動器，其特征在于，所述相位(101)數(shù)目為六個(gè)，且所述控制單元(5)具有兩個(gè)控制模塊(7.1,7.2,7.3)以及三個(gè)功率模塊(8.1,8.2,8.3)，每個(gè)功率模塊連接到三個(gè)相位及每一控制模塊。
【文檔編號】H02P25/22GK103959641SQ201280057306
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月22日
【發(fā)明者】F·馬克斯, M·奧布龍, J·皮阿頓, G·梅西耶, G·佩舍龍, G·普林凱 申請人:薩甘安全防護(hù)公司