FR2966301A1

FR2966301A1 - Electromechanical actuator managing method, involves determining angular position information of rotor by observation of currents and/or voltages in non-active winding, and using angular position information to control active winding

Info

Publication number: FR2966301A1
Application number: FR1058355A
Authority: FR
Inventors: Etienne Annee; Anas Farid
Original assignee: Messier Bugatti SA
Current assignee: Safran Landing Systems SAS
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-20
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: FR2966301B1

Abstract

The method involves supplying power to an active winding to rotate a rotor (11) of an electromechanical actuator (1), and determining angular position information of the rotor by observation of currents and/or voltages in non-active winding. The angular position information is used to control the active winding, where angular position information detected by an angular position sensor (30) is utilized during normal operation of the actuator, and the angular position information obtained by observation of currents and/or voltages in the non-active winding is utilized upon failure of the sensor. An independent claim is also included for an electromechanical actuator comprising a rotor.

Description

L'invention est relative à un procédé de gestion d'actionneurs électromécaniques à double bobinage. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On connaît des actionneurs électromécaniques comportant deux moteurs électrique ayant chacun un simple bobinage statorique, ou encore des actionneurs électromécaniques comportant un seul moteur pourvu d'un double bobinage statorique, de sorte à fournir une redondance permettant, en cas de défaillance de l'un des bobinages, de pouvoir continuer à faire fonctionner l'actionneur à l'aide de l'autre bobinage. Les deux bobinages sont associés à des rotors qui sont montés sur le même arbre, ou qui sont cinématiquement liés en rotation de sorte que leurs vitesses de rotation des rotors soient égales ou à tout le moins proportionnelles. En général, seul l'un des bobinages est actif, l'autre étant passif, le rotor associé au bobinage non actif étant passivement entraîné en rotation par le rotor associé au bobinage actif. En cas de défaillance du bobinage actif, on cesse de l'alimenter pour alimenter l'autre bobinage, qui devient alors le bobinage actif. Pour le pilotage du bobinage actif, ce type d'actionneur comporte généralement un premier capteur de position angulaire redondé par un deuxième capteur de position angulaire, de sorte que si l'un des capteurs de position angulaire est défaillant, le pilotage du bobinage actif peut se faire avec l'information délivrée par le deuxième capteur de position angulaire. Cette disposition renchérit cependant le coût de tels actionneurs. The invention relates to a method of managing electromechanical actuators with double coil. TECHNOLOGICAL BACKGROUND OF THE INVENTION Electromechanical actuators are known comprising two electric motors each having a single stator winding, or electromechanical actuators comprising a single motor provided with a stator double winding, so as to provide a redundancy allowing, in In case of failure of one of the windings, to be able to continue to operate the actuator using the other winding. The two coils are associated with rotors which are mounted on the same shaft, or which are kinematically rotatably connected so that their rotational speeds of the rotors are equal or at least proportional. In general, only one of the windings is active, the other being passive, the rotor associated with the non-active winding being passively rotated by the rotor associated with the active winding. In the event of failure of the active winding, it stops feeding it to feed the other winding, which then becomes the active winding. For controlling the active winding, this type of actuator generally comprises a first angular position sensor redundant by a second angular position sensor, so that if one of the angular position sensors is faulty, the control of the active coil can to be done with the information delivered by the second angular position sensor. This provision, however, increases the cost of such actuators.

OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet de proposer un procédé de gestion d'actionneurs à double bobinage, permettant de simplifier l'architecture de tels actionneurs. OBJECT OF THE INVENTION The purpose of the invention is to propose a method for managing double-coil actuators, making it possible to simplify the architecture of such actuators.

BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de gestion d'un actionneur électromécanique à au moins deux bobinages adaptés à faire tourner au moins un rotor, le procédé comportant l'alimentation d'un bobinage appelé bobinage actif pour faire tourner le rotor l'autre bobinage étant alors inactif, caractérisé en ce que le procédé comporte la détermination d'une information de position angulaire du rotor par observation de courants et/ou de tension dans le bobinage non actif, et l'utilisation de cette information pour piloter le bobinage actif. Ainsi, le bobinage non actif est utilisé comme un capteur de position angulaire pour générer une information de position angulaire du rotor utilisée pour piloter le bobinage actif. Cette information est générée par des techniques connues, notamment les méthodes dites « sensorless » qui permettent de générer une information de position angulaire pour piloter un moteur sans capteur. BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION In order to achieve this goal, there is provided a method of managing an electromechanical actuator with at least two windings adapted to rotate at least one rotor, the method comprising feeding a winding called active winding to rotate the rotor the other winding being inactive, characterized in that the method comprises determining an angular position information of the rotor by observation of currents and / or voltage in the non-active winding, and the use of this information to control the active winding. Thus, the non-active winding is used as an angular position sensor to generate an angular position information of the rotor used to drive the active winding. This information is generated by known techniques, including so-called "sensorless" methods that can generate angular position information to drive a sensorless motor.

Cependant, la mise en oeuvre de ces techniques est ici considérablement simplifiée, puisque lorsque l'un des bobinages est utilisé en capteur, il n'est pas utilisé en moteur. En particulier, le bobinage non actif n'est pas alimenté par des courants générant du couple, ce qui simplifie considérablement l'observation des courants circulant dans le bobinage non actif et la détermination de la position angulaire correspondante. Ainsi, grâce au procédé de l'invention, il est possible de n'utiliser qu'un capteur de position angulaire pour piloter le bobinage actif, et en cas de défaillance de ce capteur, d'utiliser le bobinage non actif pour générer l'information de position angulaire nécessaire au pilotage du bobinage actif. Il est même possible de se passer de capteur angulaire, en utilisant systématiquement le bobinage non actif comme capteur de position. Cette disposition permet de diminuer le coût d'un actionneur à double bobinage. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit des figures des dessins annexés, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un actionneur électromécanique à deux moteurs en série sur le même arbre, avec un unique capteur de position angulaire selon un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un actionneur à un moteur comportant un double bobinage, avec un unique capteur de position angulaire ; - la figure 3 est une vue schématique d'un actionneur à deux moteurs en série sur le même arbre, sans capteur de position angulaire. DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES En référence à la figure 1, l'invention peut être mise en oeuvre sur un actionneur électromécanique 1 comportant un arbre 2 qui est mis en rotation par l'intermédiaire d'un premier moteur électrique 10 qui est redondé par un deuxième moteur électrique 20. L'arbre 2 peut servir à entraîner en rotation une manivelle ou une came, si l'actionneur est du type rotatif, ou encore entraîner en rotation une vis qui coopère avec une tige solidaire d'un écrou coopérant avec la vis pour coulisser dans un sens ou dans l'autre en fonction du sens de rotation de l'arbre, si l'actionneur est du type linéaire. Plus précisément, le premier moteur électrique 10 comporte un rotor 11 solidaire de l'arbre 2 et un bobinage 12 qui ne tourne pas. Ici, on a représenté les trois phases 12A, 12B, 12C du bobinage qui sont respectivement alimentées par l'une des composantes d'une alimentation triphasée, de sorte à faire tourner le champ magnétique induit par le bobinage en phase avec la rotation du rotor 11. A cet effet, un premier onduleur non représenté est piloté par un calculateur pour, à chaque instant, délivrer à chacune des phases du bobinage un courant adapté. De même, le deuxième moteur électrique 20 comporte un rotor 21 solidaire de l'arbre 2 et un bobinage 22 qui ne tourne pas. Ici, on a représenté les trois phases 22A, 22B, 22C du bobinage qui sont respectivement alimentées par l'une des composantes d'une alimentation triphasée, de sorte à faire tourner le champ magnétique induit par le bobinage en phase avec la rotation du rotor 21. A cet effet, un deuxième onduleur non représenté est piloté par le calculateur pour, à chaque instant, délivrer à chacune des phases du bobinage un courant adapté. Pour permettre au calculateur de délivrer aux onduleurs des consignes synchronisées avec la rotation des rotors 11,21, l'arbre 2 est équipé d'un capteur de position angulaire 30, permettant de délivrer une information de position angulaire de l'arbre 2, qui est exploitée par le calculateur pour élaborer ses consignes aux onduleurs. However, the implementation of these techniques is considerably simplified here, since when one of the coils is used as a sensor, it is not used as a motor. In particular, the non-active winding is not powered by currents generating torque, which greatly simplifies the observation of the currents flowing in the non-active winding and the determination of the corresponding angular position. Thus, thanks to the method of the invention, it is possible to use only an angular position sensor to control the active winding, and in the event of failure of this sensor, to use the non-active winding to generate the angular position information necessary for controlling the active winding. It is even possible to dispense with an angular sensor, systematically using the non-active winding as a position sensor. This arrangement reduces the cost of a double-coil actuator. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The invention will be better understood in the light of the following description of the figures of the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of an electromechanical actuator with two motors in series on the same shaft, with a single angular position sensor according to a particular mode of implementation of the invention; FIG. 2 is a schematic view of an actuator with a motor comprising a double coil, with a single angular position sensor; - Figure 3 is a schematic view of an actuator with two motors in series on the same shaft, without angular position sensor. DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES With reference to FIG. 1, the invention can be implemented on an electromechanical actuator 1 comprising a shaft 2 which is rotated by means of a first electric motor 10 which is redundant by a second electric motor 20. The shaft 2 can be used to rotate a crank or a cam, if the actuator is of the rotary type, or to rotate a screw which cooperates with a rod integral with a nut cooperating with the screw to slide in one direction or the other depending on the direction of rotation of the shaft, if the actuator is of the linear type. More specifically, the first electric motor 10 comprises a rotor 11 secured to the shaft 2 and a winding 12 which does not rotate. Here, the three phases 12A, 12B, 12C of the winding are represented which are respectively powered by one of the components of a three-phase power supply, so as to rotate the magnetic field induced by the winding in phase with the rotation of the rotor 11. For this purpose, a first unrepresented inverter is driven by a computer to, at each instant, deliver a suitable current to each of the winding phases. Similarly, the second electric motor 20 comprises a rotor 21 integral with the shaft 2 and a winding 22 which does not rotate. Here, the three phases 22A, 22B, 22C of the winding are represented which are respectively fed by one of the components of a three-phase power supply, so as to rotate the magnetic field induced by the winding in phase with the rotation of the rotor 21. For this purpose, a second unrepresented inverter is controlled by the computer to, at each instant, deliver a suitable current to each of the winding phases. To enable the computer to deliver to the inverters instructions synchronized with the rotation of the rotors 11,21, the shaft 2 is equipped with an angular position sensor 30, for delivering an angular position information of the shaft 2, which is used by the computer to develop its instructions to inverters.

En temps normal, l'un des moteurs électriques, et donc l'un des bobinages est actif pour entraîner l'arbre 2 en rotation, l'autre des moteurs étant inactif, le rotor correspondant étant passivement entraîné en rotation par l'arbre. En réponse à la détection par le calculateur d'une défaillance du moteur électrique actif (par exemple une panne de l'onduleur associé, une rupture d'alimentation de l'une des phases...), le calculateur désactive l'onduleur associé, et envoie dès lors ses consignes à l'autre onduleur pour que celui-ci se mette à alimenter l'autre moteur électrique, de sorte qu'il devienne actif à la place du moteur électrique défaillant. Selon l'invention, si le calculateur détecte une défaillance du capteur de position angulaire 30, alors le calculateur est adapté à recomposer une information de position angulaire par : - observation directe ou indirecte des tensions induites dans les phases du bobinage du moteur inactif du fait de l'entraînement en rotation du rotor correspondant par l'arbre 2, toujours entraîné par le moteur actif ; - observation directe ou indirecte de courants circulant dans le bobinage du moteur inactif en réponse à l'application de tensions d'excitation par l'onduleur correspondant. On profite de la variation des inductances du moteur dont le rotor est entraîné par la rotation de l'arbre 2. Cette méthode est plus particulièrement adaptée dans le cas de vitesses de rotation faibles, voire nulles. Elle nécessite cependant l'utilisation d'un moteur à saillance géométrique ou magnétique. Il est à noter que les courants circulant dans les phases du moteur inactif ne servent pas à la génération de couple sur l'arbre 2 mais uniquement à extraire l'information de position, ce qui facilite grandement l'observation des courants et la détermination de la position angulaire à partir de cette observation. Normally, one of the electric motors, and therefore one of the coils is active to drive the shaft 2 in rotation, the other of the motors being inactive, the corresponding rotor being passively rotated by the shaft. In response to the detection by the computer of a failure of the active electric motor (for example a failure of the associated inverter, a power failure of one of the phases, etc.), the computer deactivates the associated inverter , and sends his instructions to the other inverter so that it starts to feed the other electric motor, so that it becomes active in place of the failed electric motor. According to the invention, if the computer detects a failure of the angular position sensor 30, then the computer is adapted to recompose angular position information by: direct or indirect observation of the induced voltages in the winding phases of the inactive motor, rotating the corresponding rotor by the shaft 2, still driven by the active motor; direct or indirect observation of currents flowing in the winding of the inactive motor in response to the application of excitation voltages by the corresponding inverter. We take advantage of the variation of the inductances of the motor whose rotor is driven by the rotation of the shaft 2. This method is particularly suitable in the case of low rotational speeds or zero. However, it requires the use of a motor geometric or magnetic saliency. It should be noted that the currents flowing in the phases of the inactive motor are not used to generate torque on the shaft 2 but only to extract the position information, which greatly facilitates the observation of currents and the determination of the angular position from this observation.

Ces deux méthodes peuvent être combinées pour assurer une solution optimale d'extraction de l'information de position sur toute la plage de vitesse des moteurs. Ainsi, si le premier moteur 10 est actif, et si le capteur 30 est défaillant, le calculateur se mettra à observer les tensions et/ou les courants dans les phases 221, 22B, 22C du bobinage 22 du deuxième moteur électrique 20 du fait de la rotation du rotor 21. Ces grandeurs varient de façon périodique en relation directe avec la position angulaire du rotor, et il est très simple d'en déduire la position angulaire du rotor 21, et donc de l'arbre 2. En effet, à partir de la donnée de trois valeurs de courant, I1, I2, I3 ou des trois valeurs de tension V1, V2, V3 mesurés ou estimées au même instant dans chacune des phases 22A, 22B, 22C, il est facile de recomposer la position angulaire du rotor. These two methods can be combined to provide an optimal solution for extracting position information over the entire speed range of the engines. Thus, if the first motor 10 is active, and if the sensor 30 is faulty, the computer will begin to observe the voltages and / or currents in the phases 221, 22B, 22C of the winding 22 of the second electric motor 20 due to the rotation of the rotor 21. These quantities vary periodically in direct relation to the angular position of the rotor, and it is very simple to deduce the angular position of the rotor 21, and therefore of the shaft 2. In effect, from the data of three current values, I1, I2, I3 or the three voltage values V1, V2, V3 measured or estimated at the same instant in each of the phases 22A, 22B, 22C, it is easy to recompose the angular position of the rotor.

Ainsi, on peut recomposer avec le moteur inactif l'information de position angulaire nécessaire au calculateur pour élaborer les consignes à destination de l'onduleur qui alimente le moteur actif. Grâce au procédé de l'invention, un deuxième capteur de position angulaire peut ainsi être évité, sans que la redondance de la fonction assurée par ce capteur de position angulaire soit compromise. En référence maintenant à la figure 2, l'actionneur dispose cette fois ci d'un seul moteur 50, comportant un unique rotor 51 associé à l'arbre 2 de l'actionneur. Cependant, le moteur électrique comporte deux bobinages 53 et 54, comportant respectivement les phases 53A, 53B, 53C et 54A, 54B, 54C. Comme auparavant, l'actionneur est associé à deux onduleurs, qui sont chacun reliés aux phases de l'un des bobinages. Un calculateur pilote celui des onduleurs qui alimente le bobinage actif, l'autre bobinage étant alors passif. L'arbre 2 est équipé d'un capteur de position angulaire 30, qui permet au calculateur de connaître la position angulaire du rotor, et donc d'adapter ses consignes en fonction de cette information. Comme dans l'exemple précédent, en cas de défaillance du capteur de position 30, le bobinage inactif est utilisé pour recomposer une information de position angulaire du rotor. A cet effet, on observe les courants et/ou les tensions dans ces phases en raison de la rotation du rotor, et on en déduit la position angulaire de celui-ci. En référence maintenant à la figure 3, l'actionneur dispose, comme dans le premier exemple, de deux moteurs électriques 10 et 20, mais il ne dispose d'aucun capteur de position angulaire de l'arbre. Ici, de façon systématique, le calculateur utilise le bobinage inactif pour en déduire une information de position angulaire du rotor du moteur dont le bobinage est actif. Thus, it is possible to recompose with the inactive engine the angular position information necessary for the computer to develop the instructions for the inverter that supplies the active motor. Thanks to the method of the invention, a second angular position sensor can thus be avoided, without the redundancy of the function provided by this angular position sensor is compromised. Referring now to Figure 2, the actuator has this time a single motor 50, having a single rotor 51 associated with the shaft 2 of the actuator. However, the electric motor comprises two windings 53 and 54, respectively comprising the phases 53A, 53B, 53C and 54A, 54B, 54C. As before, the actuator is associated with two inverters, which are each connected to the phases of one of the windings. One computer controls the one of the inverters which supplies the active winding, the other winding being then passive. The shaft 2 is equipped with an angular position sensor 30, which allows the computer to know the angular position of the rotor, and therefore to adapt its instructions based on this information. As in the previous example, in the event of a failure of the position sensor 30, the idle winding is used to recompose angular position information of the rotor. For this purpose, the currents and / or the voltages in these phases are observed because of the rotation of the rotor, and the angular position thereof is deduced therefrom. Referring now to Figure 3, the actuator has, as in the first example, two electric motors 10 and 20, but it has no angular position sensor of the shaft. Here, systematically, the computer uses the idle winding to derive an angular position information of the rotor of the motor whose winding is active.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de gestion d'un actionneur électromécanique comportant un arbre rotatif (2) et au moins deux bobinages statoriques (10,20 ;53,54) adaptés à faire tourner au moins un rotor (11,21 ;51) lié en rotation à l'arbre, le procédé comportant l'alimentation d'un bobinage appelé bobinage actif pour faire tourner le rotor, l'autre bobinage étant alors inactif, caractérisé en ce que le procédé comporte la détermination d'une information de position angulaire du rotor par observation de courants et/ou de tensions dans le bobinage non actif, et l'utilisation de cette information pour piloter le bobinage actif. REVENDICATIONS1. A method of managing an electromechanical actuator comprising a rotary shaft (2) and at least two stator windings (10,20; 53,54) adapted to rotate at least one rotor (11,21; 51) rotatably connected to the rotor , the method comprising feeding a winding called active winding to rotate the rotor, the other winding then being inactive, characterized in that the method comprises determining an angular position information of the rotor by observation currents and / or voltages in the non-active winding, and the use of this information to drive the active winding.

2. Procédé selon la revendication 1, pour un actionneur comportant au moins un capteur de position angulaire (30) du rotor ou d'une partie tournante liée en rotation au rotor, comportant l'utilisation d'une information de position angulaire issue du capteur de position angulaire lors d'un fonctionnement nominal de l'actionneur, et l'utilisation d'une information de position angulaire issue de l'observation des courants dans le bobinage inactif en cas de défaillance du capteur de position angulaire. 2. Method according to claim 1, for an actuator comprising at least one angular position sensor (30) of the rotor or of a rotating part rotatably connected to the rotor, comprising the use of an angular position information from the sensor. angular position during a nominal operation of the actuator, and the use of angular position information from the observation of the currents in the inactive winding in the event of failure of the angular position sensor.

3. Dispositif d'actionnement électromécanique comportant au moins un actionneur électromécanique à au moins deux bobinages adaptés à faire tourner au moins un rotor, au moins un onduleur pour alimenter sélectivement l'un des bobinages appelé bobinage actif, et un calculateur pour générer des consignes à destination de l'onduleur en fonction d'une information de position angulaire du rotor, caractérisé en ce que le calculateur comporte des moyens pour déterminer l'information de position angulaire du rotor par observation de courants et/ou de tensions dans le bobinage non actif. 3. Electromechanical actuating device comprising at least one electromechanical actuator with at least two windings adapted to rotate at least one rotor, at least one inverter for selectively supplying one of the windings called active winding, and a calculator for generating instructions. to the inverter according to an angular position information of the rotor, characterized in that the computer comprises means for determining the angular position information of the rotor by observing currents and / or voltages in the non-winding winding. active.