CN102130536A - 紧凑型机电致动器 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种紧凑型机电致动器,具体地,提出一种用于控制飞机部件的位置的机电致动器,该机电致动器具有要被驱动以定位部件的线性致动器。横向磁通马达驱动该线性致动器以在线性方向上移动并控制部件的位置。
Description
技术领域
本发明涉及在用于飞机应用的机电致动器中的横向磁通马达的使用。
背景技术
飞机通常设有许多线性致动器以定位各种部件。例如,稳定器、襟翼、活动辅助翼、扰流器、副翼、升降舵和方向舵必须被精确定位,并在飞行期间改变它们的位置。
在现有技术中,采用了具有标准电动马达(并行磁通马达)的机电致动器,所述标准电动马达通过转动-线性运动转换来驱动线性致动器。由于历史上一直采用这种类型的马达,这也一直包括有减速齿轮箱或减速传动装置,在实际的飞机部件方面需要这种减速齿轮箱,因为电动马达通常一直提供较高的速度。
由于以上的限制,所得到的机电致动器都相对较重。
横向磁通马达是已知的。但是,一直没有人将它们与上面提及的应用相结合而加以利用。
发明内容
本发明提供一种用于控制飞机部件的位置的机电致动器,该机电致动器包括线性致动器。横向磁通马达驱动线性致动器以沿线性方向移动所述线性致动器且进而控制部件的位置。
从下面的说明书和附图能够最清楚地理解本发明的这些和其他特征,下面是附图的简要说明。
附图说明
图1示出了一架飞机;
图2示出了现有技术的机电致动器;
图3A示出了本发明致动器的第一配置或布置;
图3B示出了一种可替代的配置;
图4示出了第一类型的横向磁通机器;
图5示出了一种可替代的横向磁通机器;
图6示出了横向磁通机器的另一种选择;
图7示出了横向磁通机器的又一种选择;
图8示出了再一种选择;
图9示出了再一种选择;
图10示出了再一种选择;
图11示出了用于如上所述的任意一种实施例的控制电路;以及
图12示出了按照本发明的机电致动器的透视图。
具体实施方式
图1示出了结合有若干部件诸如升降舵22、方向舵24、水平稳定器26、襟翼28、活动辅助翼30、扰流器132和副翼134的飞机20。这些部件中的每一个在飞行动态期间都被精确地定位以通过控制空气动力性能确保飞机的正确飞行。通常,利用机电致动器来活动或移动所述各部件。
图2示出了现有技术的机电致动器40。其中采用了典型标准的并行磁通马达42。这类马达通常向齿轮箱或传动装置44传送相对高的速度。因此,如所示出的,齿轮箱44包括驱动中间齿轮43进而驱动齿轮41的齿轮39。这三个必要的齿轮导致相对大而重的齿轮箱44。齿轮41的输出驱动螺纹轴45。滚珠丝杠46具有防旋转机构,所述滚珠丝杠将螺纹部件45的转动转变成输出部件48的线性运动。这种机械连接是公知的。线性运动部件48连接到叉头或叉形件50,叉头50进而活动或移动相关部件,这里是升降舵22。
图3A示出了一种作为本发明实施例的机电致动器59,其中采用了横向磁通马达62。横向磁通马达能够提供相对较低的速度,因为高输入频率被电磁地转换成轴的低速度。这是横向磁通马达固有的并且是最重要的特征。横向磁通马达62驱动第一齿轮60,第一齿轮60进而驱动齿轮61从而驱动螺纹轴45。这一连接的其余部分可如现有技术中那样是公知的。
图3B示出了一种可替代的配置155,其中横向磁通马达162直接驱动轴45。
如能够从图3A和图3B所理解的,与图2的现有技术相比,采用这些配置实现了重量的减少。
图4示出一种单侧机器的第一配置30,且其示出了具有圆柱形(或圆筒形)线圈32的定子,所述圆柱形线圈32与极片34相关联。转子38设有永磁体36。
图5示出了一种双侧机器,其中在转子38的相对侧上存在着附加的线圈132和极片134。
能够在如下文所述的任何实施例中采用横向磁通机器的这些基本配置。
图6示出了一种机器的实施例200,其为单相的,并且设有两个备用通道204A和204B,使得它是容错的。图6的实施例具有内部定子202,转子206和它的永磁体208围绕着所述内部定子202。所述内部定子对于飞机的应用特别有用,在飞机的应用中它导致了相对较小的音量包络或外部包封体积(volume envelope),以及更轻的重量。
图7示出了另一种实施例210,其中转子212在定子内部,并且示出了其备用通道216A和216B。
如图8所示,能够提供具有内部定子209和外部转子212的三相横向磁通马达205。外部定子209通过定子线圈211提供三相。
图9示出了一种可替代的机器207,其中转子215是内部的或在内部,而定子216和其三相218是外部的或在外部。
图10示出了一种三相机器,其同样具有用于容错的备用电路。在图8中,机器300包括定子302,所述定子是内部的或在内部,且包括极片304A/B、305A/B和306A/B,以及外部的转子310。当然,外部定子也可以同样地用于相似的实施例中。
图11示出了一种控制电路300。机电致动器301从所图示的这种应用中的任何一种实施例中接收三相电能302。将来自马达位置传感器303和致动器位置传感器301的角度反馈返回提供给控制部分或控制装置。速度估计器1001也向致动器指令发生器1002和致动器位置调整器300提供反馈。致动器位置指令310被提供到这些模块中。此外,致动器马达扭矩和无功功率调整器1003也提供反馈以经由PWM转换器1005控制供应到三相302的电能或功率。
实质上,致动器控制器具有三个不同的模块:指令发生器1002、致动器位置调整器300和马达扭矩和无功功率调整器1003。所述指令发生器响应致动器输入位置指令产生最佳的时变速度和位置参考(值)。致动器位置调整器通过停止或关闭位置路线或回路中的致动器速度而响应于输入参考(值)。所述位置调整器的输出是马达扭矩-产生电流参考(值)Iq*。所述马达扭矩和无功功率调整器采用以电压前馈关系的交叉耦合的同步旋转参考系控制。响应于Iq*电流参考(值)通过利用PI控制器1006闭合Iq电流回路来控制马达扭矩。无功功率参考(值)Q*设定为零,以实现整功率因数操作。闭合的回路无功功率控制在PI控制器输出产生负Id*电流参考(值)。
在abc-dq转换模块的输出导出直接和积分反馈电压和电流,abc-dq转换模块与马达转子位置同步。在模块1007,Idq和Vdq变量也用于计算无功功率反馈信号Q。
图12示出了具有电连接320以及散热器322的致动器301。
本发明提供了一种更轻重量的机电致动器。而且,在取消齿轮系的情况下,马达可设有一组备用的路径,使得它更加防止出错,并且与已经在现有技术提供的机电致动器相比,仍得到了更轻重量的机电致动器。
与标准磁通机器相比,使用横向磁通马达提供了更多的益处(高功率密度、紧凑的构造、简单的绕组、低绕组损耗、高效、模块式构造、容错)。
尽管已经公开了本发明的实施方式,但本领域的普通技术人员将认识到某些改进将落在本发明的范围内。为此,应当研究下面的权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。
Claims (15)
1. 一种用于控制飞机部件的位置的机电致动器,它包括:
要被驱动以定位部件的线性致动器;以及
横向磁通马达,所述横行磁通马达驱动所述线性致动器以在线性方向上移动并控制所述部件的位置。
2. 根据权利要求1所述的***,其特征在于,滚珠丝杠连接将所述马达连接到所述线性致动器上。
3. 根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述马达驱动第一齿轮,所述第一齿轮接合输出齿轮并驱动所述输出齿轮,进而驱动旋转螺纹部件移动所述滚珠丝杠,并移动所述线性致动器。
4. 根据权利要求2所述的***,其特征在于,所述马达直接驱动螺纹部件以移动所述滚珠丝杠,并驱动所述线性致动器。
5. 根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述马达携带有一组备用的线圈。
6. 根据权利要求5所述的***,其特征在于,存在有三相的备用线圈。
7. 根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述马达包括具有至少一个线圈的内部定子。
8. 根据权利要求1所述的***,其特征在于,所述马达具有外部定子,所述外部定子具有至少一个线圈。
9. 一种飞机部件和驱动装置,它包括:
控制飞机部件的位置的机电致动器;
所述机电致动器包括线性致动器以定位所述部件;以及
横向磁通马达,所述横向磁通马达驱动所述线性致动器以在线性方向上移动并控制所述部件的位置。
10. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,滚珠丝杠连接将所述马达连接到所述线性致动器上。
11. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,所述马达携带一组备用的线圈。
12. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,所述马达包括具有至少一个线圈的内部定子。
13. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,所述马达具有外部定子,所述外部定子具有至少一个线圈。
14. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,所述马达是三相马达。
15. 根据权利要求9所述的飞机部件,其特征在于,所述部件控制空气动力性能。
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