WO2024110189A1 - Smart redundant lightweight actuator - Google Patents

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WO2024110189A1
WO2024110189A1 PCT/EP2023/081100 EP2023081100W WO2024110189A1 WO 2024110189 A1 WO2024110189 A1 WO 2024110189A1 EP 2023081100 W EP2023081100 W EP 2023081100W WO 2024110189 A1 WO2024110189 A1 WO 2024110189A1
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WO
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actuator
supply
drive
full
redundant
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Application number
PCT/EP2023/081100
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German (de)
French (fr)
Inventor
Lothar Trunk
Original Assignee
Diehl Aerospace Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B3/00Line transmission systems
    • H04B3/54Systems for transmission via power distribution lines
    • H04B3/548Systems for transmission via power distribution lines the power on the line being DC
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/30Special adaptation of control arrangements for generators for aircraft

Definitions

  • the invention relates to an actuator intended for use in a vehicle with redundancy requirements, in particular an aircraft.
  • the object of the invention is to propose improvements with regard to the use of actuators in safety-critical applications in vehicles.
  • the actuator is used or is designed for a vehicle, i.e. for use in a vehicle.
  • the invention is based on a vehicle that has at least two redundant, similar electrical on-board networks. "Similar" means that they have the same nominal voltages. It also means that both on-board networks are of equal value next to each other and serve alternatively and equally to supply a consumer that is optionally connected to both on-board networks. This means that the consumer can be operated completely regularly and permanently in its intended normal operation from each of the redundant networks.
  • Each of the on-board networks is designed to provide a fully functional to provide electrical power for consumers connected to the on-board network, including the actuator, and to provide full powerline communication on or via the on-board network, by means of which the connected consumer and thus the actuator can communicate with other powerline communication counterparts.
  • One such counterpart is, for example, an aircraft's avionics connected via a powerline communication counterpart.
  • “full” means that the power from each of the networks ensures the fully equivalent operation of the actuator and its full powerline communication. In other words, real full redundancy for the actuator from each of the on-board networks is ensured here.
  • the actuator contains an electric drive.
  • the electric drive contains at least one, in particular exactly one, supply input.
  • the supply input serves or is designed to supply the drive with an electrical work output, which is made available to the drive - from outside the drive - at the supply input.
  • the actuator contains at least two similar supply units that are designed to be redundant to one another.
  • “similar” means that each of the supply units is designed to be completely redundant to the others, thus enabling the actuator to operate fully and regularly.
  • Each of the supply units has the following properties:
  • the respective supply unit contains at least one, in particular exactly one, supply output.
  • Each of the supply outputs is connected to at least one, in particular exactly one of the supply inputs and serves to supply this or these supply inputs and thus the drive with the full (in the above sense) working power.
  • the electric drive is supplied with its regular electrical working power, which it needs to carry out its tasks, via each supply output and supply input.
  • exactly one of the supply outputs is connected to exactly one of the supply inputs. Their number is therefore the same.
  • Each of the supply units contains at least one, in particular exactly one, in particular two-pole, mains connection.
  • the mains connection serves or is designed to connect the respective supply unit to at least one, in particular exactly one of the on-board networks.
  • Each of the network connections is at least set up to receive the full working power from the on-board network that is connected as intended.
  • the network connection is also set up for full powerline communication with or via this on-board network.
  • the network connection therefore has a dual function: on the one hand to supply the actuator with the working power, and on the other hand to enable/provide powerline communication between the actuator and a powerline communication counterpart that is also located on the on-board network.
  • the full value of the on-board networks and the redundant supply units with redundant network connections means that the redundancy extends to the actuator, i.e. a consumer. It is ensured that the drive in the actuator has full redundancy with regard to the on-board networks.
  • the actuator can alternatively be operated permanently in full in regular nominal operation, i.e. unrestricted operation, directly from the redundant on-board networks without the use of intermediate distributors or similar. In other words, the redundancy of the on-board networks extends to the actuator (and in particular even to the drive, see below).
  • the supply output is a communication-free output, i.e. electrical power is available via it, but no processing or implementation of communication is possible via the supply output.
  • This also applies in particular to the supply input. In other words, all processing and implementation of any communication with the on-board network or a counterpart takes place in the supply unit, but not on or in the drive.
  • a redundant control unit in the form of the supply unit is integrated in the actuator with a single drive.
  • the actuator therefore requires only two redundant supply connections in the form of the network connections as an interface to the vehicle or aircraft. This results in the following advantages: • Significant savings in the overall system weight, e.g. by more than 40%, since two discrete actuators including the mechanical linkage are not required.
  • a large number of actuators can be addressed/controlled via one power supply, for example up to 255.
  • a standard powerline communication interface is available to communicate with the central avionics backbone.
  • a family concept for actuators is enabled, i.e. actuators of different designs etc. can be made available to be connected to one and the same on-board network. This allows different torque, speed etc. requirements to be met.
  • SRLA Smart Redundant Lightweight Actuator
  • actuators include flap and rudder control, door operation, pump control, rotor head control. Communication in the vehicle can be standardized. Maintenance is simplified. The solution is not dependent on a specific avionics system, so it can work with different avionics generations (including vehicle control). The solution can be used in the retrofit area.
  • the drive has - as already indicated above - exactly one supply input per supply unit. This creates redundancy in the actuator from the mains connection to the respective supply input of the drive, so that only a failure of the drive itself leads to failure of the actuator. All other supply of / control of / communication with the drive in the actuator is then implemented redundantly.
  • the drive contains at least two supply inputs. Starting from the two supply inputs, the drive itself is partially or partly redundant.
  • the redundant parts are redundancy sections of the drive. These lead to a remaining part of the drive that is not redundant.
  • the drive itself is therefore also at least partially redundant with regard to the supply units.
  • the redundancy of the supply units is therefore also extended or expanded "into the drive”. Even a partial failure or partial defect in the redundant part of the drive itself does not have to lead to the failure of the drive and thus the actuator.
  • the common or non-redundant part of the drive forms a fully functional drive together with a respective one of the redundancy sections.
  • the drive has a non-redundant part that is supplied by the redundant redundancy sections, interacts with them, etc., with each of the redundancy sections having at least one of the supply inputs.
  • the drive contains at least one, in particular exactly one, movable output part.
  • This is, for example, a rotor of a rotary motor or a carriage of a linear motor, etc.
  • At least two, in particular all of the redundant sections then each contain a redundant stator part, with at least two of the stator parts acting on the same output part.
  • the drive then therefore contains at least two stator parts. At least two of the stator parts are designed or configured to act on the same drive part.
  • Each stator part together with the associated drive part is designed to work independently as at least part of the drive, in particular as a complete drive, i.e. to fully fulfill the drive functionality, i.e. to independently fulfill the full drive functionality.
  • the drive works completely as intended as long as the output parts and one of the stator parts work together as intended. This also creates a particularly high level of redundancy in the drive.
  • each of the stator parts has exactly one of the supply inputs. This creates a particularly simple actuator that is, however, completely redundant for each stator part.
  • the drive contains, in particular is, an electric motor and each of the stator parts contains its own stator winding of the motor.
  • the stator winding is self-contained and independent of or separate from other stator windings.
  • the corresponding stator winding together with the output part therefore fulfills the entire drive functionality.
  • the drive part is in particular a rotor or a linear slide with a permanent magnet or (rotor) winding.
  • At least one of the supply units is designed as follows: It contains a power module connected to the mains connection and supplied with the working power during operation by this. This is set up to receive the working power from the on-board network. However, it has no power line communication capability, but does have the supply output. In other words, the power module is only set up to supply the drive with power from the on-board network, but not for power line communication with the on-board network.
  • the supply unit also contains a communication module connected to the mains connection. This is set up for power line communication with the on-board network, but not for receiving the working power from the on-board network. In other words, the communication module only fulfills a communication task, but is not used to pass the working power from the on-board network to the drive. Each module can therefore be designed to be optimized for its task. Sensor information, for example, can also be supplied externally via the communication module, see below.
  • At least one of the supply units that contain a power module also contains a control module.
  • the control module is designed to control the drive in terms of its operation by controlling the power module based on the powerline communication.
  • the control module controls the actual drive functionality of the drive, for example switching it on or off depending on which commands/signals/values are delivered via the powerline communication.
  • sensor information for example, is processed in the control module, see below.
  • at least one of the supply units contains at least one sensor module. This serves or is set up to determine sensor information on the actuator. "On the actuator" includes information inside and/or outside the actuator, e.g. in its surroundings.
  • a motor position of a rotor/linear slide or an ambient temperature outside the actuator can be determined and processed inside the actuator or communicated outside the actuator.
  • Other sensor modules can, for example, record temperatures, vibrations, wear, mechanical load, etc. Sensor information can thus be used internally in the actuator, for example for speed control/regulation of the drive, etc.
  • the control module can be designed to be optimized for its task. The actuator is then set up for internal processing and/or forwarding of the sensor information to the powerline communication.
  • the actuator has only one single plug connector per mains connection as electrical connections.
  • the actuator has no other wired or wireless electrical interfaces, including communication and power interfaces. The only electrical power supply and communication therefore takes place via the plug connector.
  • the plug connector is in particular a single plug contact/plug/socket.
  • the plug connector can also be designed as a plug/socket group.
  • the object is also achieved by a vehicle according to claim 11.
  • the vehicle has the above-mentioned at least two redundant, similar electrical on-board networks.
  • Each of the on-board networks is, as described above, designed to provide both a full electrical output and a full powerline communication for an actuator.
  • the vehicle contains at least one actuator according to the invention. This is connected to at least two of the on-board networks by means of at least two of its network connections in such a way that a respective or redundant supply of the full output and a respective or redundant full powerline communication is possible via the at least two of the network connections from the at least two of the on-board networks.
  • the actuator is connected to the at least two on-board networks in a completely redundant manner, with an independent Supply of power and independent powerline communication is possible.
  • several actuators are connected to the on-board network.
  • each of the actuators is uniquely addressed with regard to its powerline communication, so that each actuator can communicate individually and can therefore also be operated, controlled, etc. individually.
  • the vehicle is an aircraft.
  • Figure 1 a vehicle with two on-board networks and actuators in a block diagram
  • Figure 2 shows one of the actuators from Fig. 1 in a block diagram.
  • Figure 1 shows a section of a vehicle 2, here an aircraft in the form of a passenger plane.
  • the vehicle 2 has two redundant on-board networks 4a, b, each of which is designed with two wires.
  • Each of the on-board networks 4a, b is supplied with electrical power from a respective power supply 6a, b, here an electrical on-board generator.
  • a powerline communication unit 8a, b is connected to each on-board network 4a, b, which in turn is communicatively connected to an avionics unit 10a, b of the aircraft.
  • an electrical work output Aa,b from the power supply 6a, b and a powerline communication PLCa,b with or to the powerline communication unit 8a, b or avionics 10a, b are redundantly available for any consumers that may be connected. Both are symbolically indicated by arrows in the figure.
  • a total of 255 actuators 12 are connected to the on-board networks 4a, b, of which only three are shown as examples in Figure 1.
  • Each of the actuators 12 is connected to With the help of a respective mains connection 14a, b, they are redundantly connected to both on-board networks 4a, b.
  • the respective mains connections 14a are connected to the on-board network 4a, the respective mains connections 14b to the on-board network 4b.
  • the relevant actuator 12 is thus supplied with power Aa via a mains connection 14a and enables powerline communication PLCa with the on-board network 4a.
  • Each of the connections 14b enables a corresponding power Ab to be drawn from the on-board network 4b and enables communication PLCb with the on-board network 4b.
  • FIG 2 shows an example of one of the actuators 12 from Figure 1.
  • Each of the actuators 12 contains a drive 16, here a motor 30 in the form of an electric rotary motor.
  • This contains an output part 20 in the form of a rotor that can rotate about an axis of rotation 18, as well as two redundant stator parts 22a, b, as will be explained in more detail below.
  • the electric drive 16 has two redundant supply inputs 24a, b.
  • the supply inputs 24a, b are each used to redundantly or solely supply the drive 16 with the drive power Aa or Ab.
  • a gear 17 (not explained in more detail) is connected downstream of the drive 16.
  • the rotation about the axis of rotation 18 during operation is indicated by arrows.
  • the actuator 12 also contains two supply units 26a, b, which are also designed to be redundant with one another.
  • Each of the supply units 26a, b has a supply output 28a, b. These are connected 1:1 to supply the supply inputs 24a, b.
  • the supply units 26a, b have the respective network connections 14a, b explained above.
  • the network connections 14a, b are therefore each set up to receive power Aa,b from the on-board networks 4a, b and for powerline communication PLCa,b with the on-board networks 4a, b.
  • the drive 16 therefore has exactly one supply input 24a, b per supply unit 26a, b.
  • the drive 16 itself is also constructed at least partially redundantly with respect to the supply units 26a, b. This is achieved by the drive 16 containing two redundancy sections 21a, b. It also contains a single non-redundant movable drive part 20, but has two redundant stator parts 22a, b as parts of the redundancy sections 21a, b. Each of the redundancy sections 21a, b also has one of the supply inputs 24a, b. Each of the redundancy sections 21a, b or each of the stator parts 2a, b together with the output part 20 is designed to to fulfill the full drive functionality of the drive 16.
  • a single redundancy section 21a, b or stator part 22a or 22b together with the output part 20 is sufficient to develop the full drive power of the drive 16, here the motor.
  • the drive 16 can fully fulfill its drive functionality (drive of the rotary axis 18) as intended.
  • Each of the stator parts 22a, b has exactly one of the supply inputs 24a, b.
  • the drive 16 is here the motor 30, the output part 20 is a rotor 32 and each of the stator parts 22a, b contains a stator winding 34a, b.
  • Each of the supply units 26a, b contains a power module 36a, b that is supplied by the respective mains connection 14a, b or is connected to it. This is set up to receive the respective power Aa,b from the on-board network 4a, b, but has no capability for powerline communication PLCa,b and has the respective supply output 28a, b.
  • Each of the supply units 26a, b also contains a communication module 38a, b that is communicatively connected to the network connection 14a, b. This is set up for powerline communication PLCa,b with the respective on-board network 4a, b, but not for receiving/transmitting the respective work output Aa,b.
  • Each of the supply units 26a, b also contains a control module 40a, b. This is connected to the power modules 36a, b and communication modules 38a, b and set up to control the drive 16 by controlling the respective power module 36a, b with regard to its operation on the basis of the powerline communication PLCa,b.
  • the supply units 26a, b also each contain a sensor module 42a, b, here a respective redundant motor position sensor that is coupled to the rotation axis 18 or shaft of the rotor 32.
  • Each of the sensor modules 42a, b is also connected to the control module 40a, b and serves to determine a respective sensor information on the actuator 12. Here, a current angle of rotation of the axis of rotation 18 is determined.
  • the sensor modules 42a, b are used to forward the relevant sensor information to the powerline communication PLCa,b, here by connecting it to the control modules 40a, b.
  • the motor position can be used internally to operate the drive 16, for example to regulate the speed or to determine a specific current rotational position.
  • the sensor information can also be transmitted to the powerline communication PLCa,b via the on-board networks 4a, b to the respective avionics 10a, b, so that it is also available outside the actuator 12.
  • the power connections 14a, b are each designed as single plug contacts 44a, b.
  • the plug contacts 44a, b represent the only electrical connections of the actuator 12.
  • the actuator 12 therefore has no other wired or wireless electrical interfaces.

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Abstract

An actuator (12) for a vehicle (2) having at least two redundant similar vehicle electrical systems (4a,b), which are each provided for full electrical working power (Aa,b) and full powerline communication (PLCa,b), contains an electric drive (16) having supply inputs (24a,b) for the working power (Aa,b) and having similar redundant supply units (26a,b), which comprise a supply output (28a,b) for the full working power (Aa,b) and an electrical-system terminal (14a,b) for the electrical systems (4a,b) for receiving the full working power (Aa,b) and for the full powerline communication (PLCa,b) with the electrical system (4a,b). A vehicle (2) having the electrical systems (4a,b) contains the actuator (12), which is redundantly connected to the electrical systems (4a,b) by means of its electrical-system terminals (4a,b) in order to allow redundant supply with full working power (Aa,b) and to allow redundant full powerline communication (PLCa,b).

Description

Smarter redundanter leichter Aktuator Smart redundant lightweight actuator
Die Erfindung betrifft einen Aktuator, der für den Einsatz in einem Fahrzeug mit Redundanzanforderungen, insbesondere einem Flugzeug, vorgesehen ist. The invention relates to an actuator intended for use in a vehicle with redundancy requirements, in particular an aircraft.
Für Aktuatoren, die in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden sollen, zum Beispiel in einem Flugzeug, ist vollwertige Redundanz notwendig. For actuators that are to be used in safety-critical applications, for example in an aircraft, full redundancy is necessary.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass in sicherheitskritischen Anwendungen zwei getrennte Aktuatoren zum Einsatz kommen, um eine einzige Aktuatoraufgabe zu erfüllen. Mit anderen Worten wird ein zweiter Aktuator verbaut, der die Aufgabe des ersten Aktuators vollständig übernehmen kann, sollte der erste Aktuator ausfallen. It is known from practice that in safety-critical applications two separate actuators are used to perform a single actuator task. In other words, a second actuator is installed that can completely take over the task of the first actuator should the first actuator fail.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf den Einsatz von Aktuatoren in sicherheitskritischen Anwendungen in Fahrzeugen vorzuschlagen. The object of the invention is to propose improvements with regard to the use of actuators in safety-critical applications in vehicles.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. The object is achieved by an actuator according to patent claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of invention emerge from the further claims, the following description and the attached figures.
Der Aktuator dient bzw. ist eingerichtet für ein Fahrzeug, das heißt zum Einsatz in einem Fahrzeug. Die Erfindung geht dabei von einem Fahrzeug aus, welches mindestens zwei redundante gleichartige elektrische Bordnetze aufweist. "Gleichartig" bedeutet, dass diese insbesondere gleiche Nennspannungen aufweisen. Es bedeutet auch, dass beide Bordnetze gleichwertig nebeneinanderstehen und alternativ und gleichwertig zur Versorgung eines Verbrauchers dienen, der an beiden Bordnetzen wahlweise angeschlossen ist. D.h., der Verbraucher kann aus jedem der redundanten Netze jeweils für sich vollständig regulär dauerhaft in seinem bestimmungsgemäßen Normalbetrieb betrieben werden. Dabei ist jedes der Bordnetze jeweils für sich dazu eingerichtet, eine vollwertige elektrische Arbeitsleistung für am Bordnetz angeschlossene Verbraucher, also auch den Aktuator, bereitzustellen sowie eine vollwertige Powerline-Kommunikation am bzw. über das Bordnetz bereitzustellen, vermittels der angeschlossene Verbraucher und damit der Aktuator mit anderen Powerline-Kommunikations-Gegenstellen kommunizieren können. Eine solche Gegenstelle ist z.B. eine über eine Powerline-Kommunikations-Gegenstelle angeschlossene Avionik eines Flugzeuges. Auch hier heißt "vollwertig", dass die Arbeitsleistung aus jedem der Netze für sich genommen den vollständigen gleichwertigen Betrieb des Aktuators und dessen vollwertige Power-Line-Kommunikation sichergestellt ist ermöglicht. Mit anderen Worten ist hier echte vollwertige Redundanz für den Aktuator aus jedem der Bordnetze sichergestellt. The actuator is used or is designed for a vehicle, i.e. for use in a vehicle. The invention is based on a vehicle that has at least two redundant, similar electrical on-board networks. "Similar" means that they have the same nominal voltages. It also means that both on-board networks are of equal value next to each other and serve alternatively and equally to supply a consumer that is optionally connected to both on-board networks. This means that the consumer can be operated completely regularly and permanently in its intended normal operation from each of the redundant networks. Each of the on-board networks is designed to provide a fully functional to provide electrical power for consumers connected to the on-board network, including the actuator, and to provide full powerline communication on or via the on-board network, by means of which the connected consumer and thus the actuator can communicate with other powerline communication counterparts. One such counterpart is, for example, an aircraft's avionics connected via a powerline communication counterpart. Here too, "full" means that the power from each of the networks ensures the fully equivalent operation of the actuator and its full powerline communication. In other words, real full redundancy for the actuator from each of the on-board networks is ensured here.
Der Aktuator enthält einen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, Versorgungseingang. Der Versorgungseingang dient bzw. ist eingerichtet zur Versorgung des Antriebs mit einer elektrischen Arbeitsleistung, welche dem Antrieb - von außerhalb des Antriebs - am Versorgungseingang bereitgestellt wird. The actuator contains an electric drive. The electric drive contains at least one, in particular exactly one, supply input. The supply input serves or is designed to supply the drive with an electrical work output, which is made available to the drive - from outside the drive - at the supply input.
Der Aktuator enthält wenigstens zwei gleichartige Versorgungseinheiten, die redundant zueinander ausgeführt sind. Auch hier bedeutet "gleichartig", dass jede der Versorgungseinheiten vollständig redundant zu den anderen ausgeführt ist, also den vollwertigen regulären Betrieb des Aktuators ermöglicht. Jede der Versorgungseinheiten weist dabei folgende Eigenschaften auf: The actuator contains at least two similar supply units that are designed to be redundant to one another. Here too, "similar" means that each of the supply units is designed to be completely redundant to the others, thus enabling the actuator to operate fully and regularly. Each of the supply units has the following properties:
Die jeweilige Versorgungseinheit enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, Versorgungsausgang. Jeder der Versorgungsausgänge ist mit wenigstens einem, insbesondere genau einem der Versorgungseingänge verbunden und dient zur Versorgung dieses oder dieser Versorgungseingänge und damit des Antriebs mit der vollwertigen (im obigen Sinne) Arbeitsleistung. Mit anderen Worten wird der elektrische Antrieb über jeden Versorgungsausgang und Versorgungseingang mit seiner regulären elektrischen Arbeitsleistung, die er zur Ausführung seiner Aufgaben benötigt, versorgt. Insbesondere ist jeweils genau einer der Versorgungsausgänge mit genau einem der Versorgungseingänge verbunden. Deren Anzahl ist also gleich. The respective supply unit contains at least one, in particular exactly one, supply output. Each of the supply outputs is connected to at least one, in particular exactly one of the supply inputs and serves to supply this or these supply inputs and thus the drive with the full (in the above sense) working power. In other words, the electric drive is supplied with its regular electrical working power, which it needs to carry out its tasks, via each supply output and supply input. In particular, exactly one of the supply outputs is connected to exactly one of the supply inputs. Their number is therefore the same.
Jede der Versorgungseinheiten enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, insbesondere zweipoligen, Netzanschluss. Der Netzanschluss dient bzw. ist eingerichtet zum Anschluss der jeweiligen Versorgungseinheit an wenigstens einem, insbesondere genau einem der Bordnetze. Jeder der Netzanschlüsse ist wenigstens zur Aufnahme der vollwertigen Arbeitsleistung aus dem bestimmungsgemäß angeschlossenen Bordnetz eingerichtet. Ebenso ist der Netzanschluss zur vollwertigen Powerline-Kommunikation mit diesem bzw. über dieses Bordnetz eingerichtet. Der Netzanschluss erfüllt also eine Doppelfunktion: Einerseits zur Leistungsversorgung des Aktors mit der Arbeitsleistung, andererseits zur Ermöglichung / Bereitstellung einer Powerline-Kommunikation des Aktors mit einer Powerline-Kommunikations-Gegenstelle, welche sich ebenfalls am Bordnetz befindet. Each of the supply units contains at least one, in particular exactly one, in particular two-pole, mains connection. The mains connection serves or is designed to connect the respective supply unit to at least one, in particular exactly one of the on-board networks. Each of the network connections is at least set up to receive the full working power from the on-board network that is connected as intended. The network connection is also set up for full powerline communication with or via this on-board network. The network connection therefore has a dual function: on the one hand to supply the actuator with the working power, and on the other hand to enable/provide powerline communication between the actuator and a powerline communication counterpart that is also located on the on-board network.
Durch die Vollwertigkeit der Bordnetze und der redundanten Versorgungseinheiten mit redundanten Netzanschlüssen ist erreicht, dass sich die Redundanz bis in den Aktuator, also einen Verbraucher hinein erstreckt. Es ist sichergestellt, dass für den Antrieb im Aktuator vollwertige Redundanz bezüglich der Bordnetze besteht. Der Aktuator kann - ohne Nutzung von zwischengeschalteten Verteilern oder ähnlichem alternativ direkt aus den redundanten Bordnetzen jeweils vollwertig in einem regulären Nennbetrieb, also uneingeschränktem Betrieb dauerhaft betrieben werden. Mit anderen Worten erstreckt sich so die Redundanz der Bordnetze bis in den Aktuator (und insbesondere sogar bis in den Antrieb, siehe unten) hinein. The full value of the on-board networks and the redundant supply units with redundant network connections means that the redundancy extends to the actuator, i.e. a consumer. It is ensured that the drive in the actuator has full redundancy with regard to the on-board networks. The actuator can alternatively be operated permanently in full in regular nominal operation, i.e. unrestricted operation, directly from the redundant on-board networks without the use of intermediate distributors or similar. In other words, the redundancy of the on-board networks extends to the actuator (and in particular even to the drive, see below).
Insbesondere ist der Versorgungsausgang ein kommunikationsfreier Ausgang, d.h. über diesen steht eine elektrische Leistung zur Verfügung, jedoch ist hier keinerlei Verarbeitung oder Durchführung einer Kommunikation über den Versorgungsausgang möglich. Dies gilt insbesondere auch für den Versorgungseingang. Mit anderen Worten erfolgt dann die gesamte Verarbeitung und Durchführung jeglicher Kommunikation mit dem Bordnetz bzw. einer Gegenstelle in der Versorgungseinheit, nicht jedoch am oder im Antrieb. In particular, the supply output is a communication-free output, i.e. electrical power is available via it, but no processing or implementation of communication is possible via the supply output. This also applies in particular to the supply input. In other words, all processing and implementation of any communication with the on-board network or a counterpart takes place in the supply unit, but not on or in the drive.
Gemäß der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, eine Powerline-Kommunikation in einem Fahrzeug im Hinblick auf Aktuatoren im sicherheitskritischen Bereich zu erweitern bzw. zu optimieren. Gemäß der Erfindung wird eine redundante Kontrolleinheit in Form der Versorgungseinheit im Aktuator mit einem einzigen Antrieb integriert. Diese kommuniziert über die Stromversorgung, also das Bordnetz mit einer Gegenstelle, insbesondere mit der zentralen Flugzeugsteuerung (Avionik) in einem Flugzeug. Der Aktuator benötigt daher insbesondere jeweils nur zwei redundante Versorgungsanschlüsse in Form der Netzanschlüsse als Schnittstelle zum Fahrzeug bzw. Flugzeug. Somit ergeben sich folgende Vorteile: • erhebliche Einsparung im Gesamtsystem-Gewicht, da keine zwei diskreten Aktuatoren inklusive der mechanischen Anlenkung benötigt werden, z.B. um mehr als 40%. According to the invention, it is possible to expand or optimize powerline communication in a vehicle with regard to actuators in safety-critical areas. According to the invention, a redundant control unit in the form of the supply unit is integrated in the actuator with a single drive. This communicates via the power supply, i.e. the on-board network, with a counterpart, in particular with the central aircraft control system (avionics) in an aircraft. The actuator therefore requires only two redundant supply connections in the form of the network connections as an interface to the vehicle or aircraft. This results in the following advantages: • Significant savings in the overall system weight, e.g. by more than 40%, since two discrete actuators including the mechanical linkage are not required.
• Erhebliche Reduzierung der Gesamtsystem- Komplexität. • Significant reduction of overall system complexity.
• Es werden wenigstens zwei redundante Leistungsversorgungen (Power Rails) unterstützt. • At least two redundant power supplies (power rails) are supported.
• Die Kommunikation und Kommandierung über die Stromversorgung (Bordnetz / Netzanschluss) reduziert den Verkabelungsaufwand im Fahrzeug erheblich (keine separaten Datenleitungen zu den Aktuatoren nötig). • Communication and commanding via the power supply (on-board network / mains connection) significantly reduces the wiring effort in the vehicle (no separate data lines to the actuators required).
• Es können eine Vielzahl von Aktuatoren über eine Stromversorgung adressiert / angesteuert werden, zum Beispiel bis zu 255. • A large number of actuators can be addressed/controlled via one power supply, for example up to 255.
• Insbesondere eine Standard-Powerline-Kommunikationsschnittstelle ist verfügbar, um mit der zentralen Avionik (avionics backbone) zu kommunizieren. • In particular, a standard powerline communication interface is available to communicate with the central avionics backbone.
• Ein Familienkonzept für Aktuatoren wird ermöglicht, d.h. Aktuatoren verschiedener Ausführungsformen usw. können zur Verfügung gestellt werden, um an ein und demselben Bordnetz angeschlossen zu werden. So können verschiedene Drehmoment-, Geschwindigkeits- usw. -anforderungen erfüllt werden. • A family concept for actuators is enabled, i.e. actuators of different designs etc. can be made available to be connected to one and the same on-board network. This allows different torque, speed etc. requirements to be met.
• Das Konzept ist sehr wartungsfreundlich; einzelne Aktuatoren können einfach, z.B. in Minuten, ausgetauscht (installiert, entfernt) werden, ggf. auch einfach durch alternative Aktuatoren ersetzt werden. • The concept is very maintenance-friendly; individual actuators can be easily exchanged (installed, removed) e.g. in minutes, and if necessary, simply replaced by alternative actuators.
Die Kommunikation der redundanten integrierten Elektronik in Form der Versorgungseinheit über die Stromversorgung (Bordnetz) ermöglicht eine sehr effiziente Systemauslegung und eine sehr einfache Erweiterbarkeit. Gemäß der Erfindung ergibt sich ein "Smart Redundant Lightweight Actuator (SRLA)". Es ergibt sich also ein smarter redundanter leichtgewichtiger Aktuator. Dieser wird inklusive der notwendigen redundanten Elektronik (Versorgungseinheit) integriert ausgeführt, insbesondere innerhalb eines Aktuatorgehäuses. Gesteuert wird der Aktuator mit Hilfe einer Daten- / Signalübertragung über die Versorgungsleitung, also Powerline-Kommunikation. The communication of the redundant integrated electronics in the form of the supply unit via the power supply (on-board network) enables a very efficient system design and very easy expandability. According to the invention, a "Smart Redundant Lightweight Actuator (SRLA)" is created. This results in a smart redundant lightweight actuator. This is implemented in an integrated manner including the necessary redundant electronics (supply unit), in particular within an actuator housing. The actuator is controlled using data/signal transmission via the supply line, i.e. powerline communication.
Anwendungen für Aktuatoren sind z.B. Klappen und Ruder-Steuerung, Türbedienung, Pumpensteuerung, Rotorkopf-Steuerung. Die Kommunikation im Fahrzeug kann standardisiert werden. Die Wartung ist vereinfacht. Die Lösung ist nicht von einem bestimmten Avionik-System abhängig, kann also mit verschiedenen Avionik-Generationen (al Ig. Fahrzeugsteuerung) arbeiten. Die Lösung kann im Bereich Retrofit eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Antrieb - wie oben schon angedeutet - genau einen Versorgungseingang pro Versorgungseinheit auf. Somit entsteht eine Redundanz im Aktuator vom Netzanschluss bis zum jeweiligen Versorgungseingang des Antriebs, sodass lediglich ein Ausfall des Antriebs selbst zum Ausfall des Aktuators führt. Sämtliche sonstige Versorgung des / Ansteuerung des / Kommunikation mit dem Antrieb im Aktuator ist dann redundant ausgeführt. Applications for actuators include flap and rudder control, door operation, pump control, rotor head control. Communication in the vehicle can be standardized. Maintenance is simplified. The solution is not dependent on a specific avionics system, so it can work with different avionics generations (including vehicle control). The solution can be used in the retrofit area. In a preferred embodiment, the drive has - as already indicated above - exactly one supply input per supply unit. This creates redundancy in the actuator from the mains connection to the respective supply input of the drive, so that only a failure of the drive itself leads to failure of the actuator. All other supply of / control of / communication with the drive in the actuator is then implemented redundantly.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Antrieb wenigstens zwei Versorgungseingänge. Ausgehend von den beiden Versorgungseingängen ist der Antrieb selbst teilweise bzw. zu einem Teil redundant aufgebaut. Die redundanten Teile sind Redundanzabschnitte des Antriebs. Diese führen zu einem restlichen Teil des Antriebs, der nicht redundant aufgebaut ist. Somit ist auch der Antrieb selbst zumindest teilweise redundant im Hinblick auf die Versorgungseinheiten aufgebaut. Somit ist die Redundanz der Versorgungseinheiten auch "in den Antrieb hinein" erweitert bzw. ausgedehnt. Selbst ein Teilausfall bzw. Teildefekt im redundanten Teil des Antriebs selbst muss dann nicht zum Ausfall des Antriebs und damit des Aktuators führen. Der gemeinsame bzw. nicht redundante Teil des Antriebs bildet zusammen mit einem jeweiligen der Redundanzabschnitte einen vollwertigen Antrieb. Im Ergebnis weist also der Antrieb einen nicht redundanten Teil auf, der von den redundanten Redundanzabschnitten versorgt ist, mit diesen zusammenwirkt usw. wobei jeder der Redundanzabschnitte wenigstens einen der Versorgungseingänge aufweist. In a preferred embodiment, the drive contains at least two supply inputs. Starting from the two supply inputs, the drive itself is partially or partly redundant. The redundant parts are redundancy sections of the drive. These lead to a remaining part of the drive that is not redundant. The drive itself is therefore also at least partially redundant with regard to the supply units. The redundancy of the supply units is therefore also extended or expanded "into the drive". Even a partial failure or partial defect in the redundant part of the drive itself does not have to lead to the failure of the drive and thus the actuator. The common or non-redundant part of the drive forms a fully functional drive together with a respective one of the redundancy sections. As a result, the drive has a non-redundant part that is supplied by the redundant redundancy sections, interacts with them, etc., with each of the redundancy sections having at least one of the supply inputs.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Antrieb wenigstens ein, insbesondere genau ein, bewegliches Abtriebsteil. Dieses ist zum Beispiel ein Rotor eines Rotationsmotors oder ein Schlitten eines Linearmotors usw. Wenigstens zwei, insbesondere alle der Redundanzabschnitte enthalten dann je ein redundantes Statorteil, wobei wenigstens zwei der Statorteile auf das selbe Abtriebsteil einwirken. Der Antrieb enthält dann also wenigstens zwei Statorteile. Wenigstens zwei der Statorteile sind zur Einwirkung auf das selbe Antriebsteil eingerichtet bzw. ausgeführt. Je ein Statorteil mit dem zugeordneten Antriebsteil zusammen ist dabei dazu eingerichtet, eigenständig als zumindest Teil des, insbesondere als vollständiger, Antrieb zu arbeiten, d.h. die Antriebsfunktionalität vollständig zu erfüllen, also eigenständig die volle Antriebsfunktionalität zu erfüllen. Mit anderen Worten arbeitet der Antrieb vollständig bestimmungsgemäß, solange die Abtriebsteile und je eines der Statorteile bestimmungsgemäß Zusammenarbeiten. Somit ist eine besonders hohe Redundanz auch im Antrieb geschaffen. In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist jedes der Statorteile genau einen der Versorgungseingänge auf. So entsteht ein besonders einfacher, jedoch vollständig jeweils pro Statorteil redundanter Aktuator. In a preferred variant of this embodiment, the drive contains at least one, in particular exactly one, movable output part. This is, for example, a rotor of a rotary motor or a carriage of a linear motor, etc. At least two, in particular all of the redundant sections then each contain a redundant stator part, with at least two of the stator parts acting on the same output part. The drive then therefore contains at least two stator parts. At least two of the stator parts are designed or configured to act on the same drive part. Each stator part together with the associated drive part is designed to work independently as at least part of the drive, in particular as a complete drive, i.e. to fully fulfill the drive functionality, i.e. to independently fulfill the full drive functionality. In other words, the drive works completely as intended as long as the output parts and one of the stator parts work together as intended. This also creates a particularly high level of redundancy in the drive. In a preferred variant of this embodiment, each of the stator parts has exactly one of the supply inputs. This creates a particularly simple actuator that is, however, completely redundant for each stator part.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält, insbesondere ist, der Antrieb ein elektrischer Motor und jedes der Statorteile enthält eine eigene Statorwicklung des Motors. Dies bedeutet, dass die Statorwicklung für sich abgeschlossen und von anderen Statorwicklungen unabhängig bzw. separat ausgeführt ist. Die entsprechende Statorwicklung zusammen mit dem Abtriebsteil erfüllt also die gesamte Antriebsfunktionalität. Das Antriebsteil ist insbesondere ein Rotor oder ein Linearschlitten mit Permanentmagnet oder (Rotor-)wicklung. In a preferred variant of this embodiment, the drive contains, in particular is, an electric motor and each of the stator parts contains its own stator winding of the motor. This means that the stator winding is self-contained and independent of or separate from other stator windings. The corresponding stator winding together with the output part therefore fulfills the entire drive functionality. The drive part is in particular a rotor or a linear slide with a permanent magnet or (rotor) winding.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Versorgungseinheiten wie folgt ausgeführt: Sie enthält ein am Netzanschluss angeschlossenes und von diesem im Betrieb mit der Arbeitsleistung versorgtes Leistungsmodul. Dieses ist zur Aufnahme der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz eingerichtet. Es weist aber keine Fähigkeit zur Power- line-Kommunikation auf, weist jedoch den Versorgungsausgang auf. Mit anderen Worten ist das Leistungsmodul alleine zur Leistungsversorgung des Antriebs aus dem Bordnetz, jedoch nicht zur Powerline-Kommunikation mit dem Bordnetz eingerichtet. Die Versorgungseinheit enthält außerdem ein am Netzanschluss angeschlossenes Kommunikationsmodul. Dieses ist zur Powerline-Kommunikation mit dem Bordnetz eingerichtet, jedoch nicht zur Aufnahme der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz. Mit anderen Worten erfüllt das Kommunikationsmodul ausschließlich eine Kommunikationsaufgabe, dient jedoch nicht zur Durchleitung der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz an den Antrieb. Somit kann jedes Modul für seine Aufgabe optimiert ausgeführt werden. Auch kann z.B. Sensorinformation über das Kommunikationsmodul nach außen geliefert werden, siehe unten. In a preferred embodiment, at least one of the supply units is designed as follows: It contains a power module connected to the mains connection and supplied with the working power during operation by this. This is set up to receive the working power from the on-board network. However, it has no power line communication capability, but does have the supply output. In other words, the power module is only set up to supply the drive with power from the on-board network, but not for power line communication with the on-board network. The supply unit also contains a communication module connected to the mains connection. This is set up for power line communication with the on-board network, but not for receiving the working power from the on-board network. In other words, the communication module only fulfills a communication task, but is not used to pass the working power from the on-board network to the drive. Each module can therefore be designed to be optimized for its task. Sensor information, for example, can also be supplied externally via the communication module, see below.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält wenigstens eine derjenigen Versorgungseinheiten, die ein Leistungsmodul enthalten, auch ein Steuermodul. Das Steuermodul ist dazu eingerichtet, den Antrieb hinsichtlich seines Betriebs durch Ansteuerung des Leistungsmoduls auf Basis der Powerline-Kommunikation anzusteuern. Mit anderen Worten steuert das Steuermodul die eigentliche Antriebsfunktionalität des Antriebs, schaltet diesen zum Beispiel an oder ab, je nachdem, welche Befehle / Signale / Werte über die Powerline-Kommunikation geliefert werden. Außerdem wird zum Beispiel Sensorinformation in dem Steuermodul verarbeitet, siehe unten. In einer bevorzugten Ausführungsform enthält wenigstens eine der Versorgungseinheiten wenigstens ein Sensormodul. Dieses dient bzw. ist eingerichtet zur Ermittlung einer Sensorinformation am Aktuator. "Am Aktuator" schließt Information innerhalb und/oder außerhalb des Aktuators, z.B. in dessen Umgebung, ein. Zum Beispiel kann eine Motorposition eines Rotors / Linearschlittens oder eine Umgebungstemperatur außerhalb des Aktuators ermittelt werden und innerhalb des Aktuator verarbeitet oder nach außerhalb des Aktuators kommuniziert werden. Weitere Sensormodule können zum Beispiel Temperaturen, Erschütterungen, Verschleiß, mechanische Belastung usw. erfassen. So kann Sensorinformation insbesondere intern im Aktuator genutzt werden, zum Beispiel für eine Drehzahlsteuerung / Regelung des Antriebs usw. Auch hier kann das Steuermodul für seine Aufgabe optimiert ausgeführt werden. Der Aktor ist dann zur internen Verarbeitung und / oder Weiterleitung der Sensorinformation an die Powerline-Kommunikation eingerichtet. In a preferred variant of this embodiment, at least one of the supply units that contain a power module also contains a control module. The control module is designed to control the drive in terms of its operation by controlling the power module based on the powerline communication. In other words, the control module controls the actual drive functionality of the drive, for example switching it on or off depending on which commands/signals/values are delivered via the powerline communication. In addition, sensor information, for example, is processed in the control module, see below. In a preferred embodiment, at least one of the supply units contains at least one sensor module. This serves or is set up to determine sensor information on the actuator. "On the actuator" includes information inside and/or outside the actuator, e.g. in its surroundings. For example, a motor position of a rotor/linear slide or an ambient temperature outside the actuator can be determined and processed inside the actuator or communicated outside the actuator. Other sensor modules can, for example, record temperatures, vibrations, wear, mechanical load, etc. Sensor information can thus be used internally in the actuator, for example for speed control/regulation of the drive, etc. Here, too, the control module can be designed to be optimized for its task. The actuator is then set up for internal processing and/or forwarding of the sensor information to the powerline communication.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aktuator als elektrische Anschlüsse ausschließlich je einen einzigen Steckverbinder pro Netzanschluss auf. Insbesondere weist der Aktuator keine sonstigen drahtgebundenen oder drahtlosen elektrischen Schnittstellen auf, einschließend auch Kommunikations- und Leistungsschnittstellen. Die einzige elektrische Leistungsversorgung und Kommunikation erfolgt also über den Steckverbinder. Der Steckverbinder ist insbesondere ein einziger Steckkontakt / Stecker / Buchse. Alternativ kann der Steckverbinder auch als Stecker- / Buchsengruppe ausgeführt sein. In a preferred embodiment, the actuator has only one single plug connector per mains connection as electrical connections. In particular, the actuator has no other wired or wireless electrical interfaces, including communication and power interfaces. The only electrical power supply and communication therefore takes place via the plug connector. The plug connector is in particular a single plug contact/plug/socket. Alternatively, the plug connector can also be designed as a plug/socket group.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 11 . Das Fahrzeug weist die oben genannten mindestens zwei redundanten gleichartigen elektrischen Bordnetze auf. Jedes der Bordnetze ist wie oben geschildert dazu eingerichtet, jeweils sowohl eine vollwertige elektrische Arbeitsleistung als auch eine vollwertige Powerline- Kommunikation für einen Aktuator bereitzustellen. Das Fahrzeug enthält wenigstens einen erfindungsgemäßen Aktuator. Dieser ist vermittels wenigstens zweier seiner Netzanschlüsse derart an wenigstens zwei der Bordnetze angeschlossen, dass jeweils eine jeweilige bzw. redundante Versorgung mit der vollwertigen Arbeitsleistung und eine jeweilige bzw. redundante vollwertige Powerline-Kommunikation über die wenigstens zwei der Netzanschlüsse aus den wenigstens zweien der Bordnetze ermöglicht ist. Mit anderen Worten wird der Aktuator also vollständig redundant an die wenigstens zwei Bordnetze angeschlossen, wobei über jedes der beiden Bordnetze jeweils eine eigenständige Versorgung mit Arbeitsleistung und eine eigenständige Powerline-Kommunikation ermöglicht ist. Insbesondere sind an dem Bordnetz mehrere Aktuatoren angeschlossen. Insbesondere ist hier bei jeder der Aktuatoren hinsichtlich seiner Powerline-Kommunikation eindeutig adressiert, sodass jeder Aktuator individuell kommunizieren kann und somit auch individuell betrieben, angesteuert usw. werden kann. The object is also achieved by a vehicle according to claim 11. The vehicle has the above-mentioned at least two redundant, similar electrical on-board networks. Each of the on-board networks is, as described above, designed to provide both a full electrical output and a full powerline communication for an actuator. The vehicle contains at least one actuator according to the invention. This is connected to at least two of the on-board networks by means of at least two of its network connections in such a way that a respective or redundant supply of the full output and a respective or redundant full powerline communication is possible via the at least two of the network connections from the at least two of the on-board networks. In other words, the actuator is connected to the at least two on-board networks in a completely redundant manner, with an independent Supply of power and independent powerline communication is possible. In particular, several actuators are connected to the on-board network. In particular, each of the actuators is uniquely addressed with regard to its powerline communication, so that each actuator can communicate individually and can therefore also be operated, controlled, etc. individually.
Das Fahrzeug und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aktuator erläutert. The vehicle and at least some of its possible embodiments as well as the respective advantages have already been explained in connection with the actuator according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Flugzeug. Insbesondere für Flugzeuge wirken sich die oben genannten Vorteile der Erfindung besonders gravierend aus. In a preferred embodiment, the vehicle is an aircraft. The above-mentioned advantages of the invention have a particularly significant impact on aircraft.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze: Further features, effects and advantages of the invention emerge from the following description of a preferred embodiment of the invention and the attached figures. Each of these shows a schematic principle sketch:
Figur 1 ein Fahrzeug mit zwei Bordnetzen und Aktuatoren in einem Blockdiagramm,Figure 1 a vehicle with two on-board networks and actuators in a block diagram,
Figur 2 einen der Aktuatoren aus Fig. 1 in einem Blockdiagramm. Figure 2 shows one of the actuators from Fig. 1 in a block diagram.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Fahrzeug 2, hier einem Flugzeug in Form eines Passagierflugzeuges. Das Fahrzeug 2 weist zwei redundante Bordnetze 4a, b auf, die hier jeweils zweiadrig ausgeführt sind. Jedes der Bordnetze 4a, b wird aus einer jeweiligen Leistungsversorgung 6a, b, hier einem elektrischen Bordgenerator, mit elektrischer Leistung versorgt. An jedem Bordnetz 4a, b ist jeweils eine Powerline Kommunikationseinheit 8a, b angeschlossen, welche ihrerseits mit je einer Avionik 10a, b des Flugzeugs kommunikativ verbunden ist. Somit steht auf jedem der Bordnetze 4a, b für eventuell anzuschließende Verbraucher eine elektrische Arbeitsleistung Aa,b aus der Leistungsversorgung 6a, b sowie eine Powerline-Kommunikation PLCa,b mit bzw. zur Powerline- Kommunikationseinheit 8a,b bzw. Avionik 10a, b jeweils redundant zur Verfügung. Beides ist in der Figur symbolisch durch Pfeile angedeutet. Figure 1 shows a section of a vehicle 2, here an aircraft in the form of a passenger plane. The vehicle 2 has two redundant on-board networks 4a, b, each of which is designed with two wires. Each of the on-board networks 4a, b is supplied with electrical power from a respective power supply 6a, b, here an electrical on-board generator. A powerline communication unit 8a, b is connected to each on-board network 4a, b, which in turn is communicatively connected to an avionics unit 10a, b of the aircraft. Thus, on each of the on-board networks 4a, b, an electrical work output Aa,b from the power supply 6a, b and a powerline communication PLCa,b with or to the powerline communication unit 8a, b or avionics 10a, b are redundantly available for any consumers that may be connected. Both are symbolically indicated by arrows in the figure.
An den Bordnetzen 4a, b sind im Beispiel insgesamt 255 Aktuatoren 12 angeschlossen, von denen in Figur 1 beispielhaft nur drei dargestellt sind. Jeder der Aktuatoren 12 ist mit Hilfe eines jeweiligen Netzanschlusses 14a, b jeweils an beiden Bordnetzen 4a, b redundant angeschlossen. Die jeweiligen Netzanschlüsse 14a sind am Bordnetz 4a, die jeweiligen Netzanschlüsse 14b am Bordnetz 4b angeschlossen. Somit erfolgt über einen Netzanschluss 14a die Versorgung des betreffenden Aktuator 12 mit Arbeitsleistung Aa und ermöglicht eine Powerline-Kommunikation PLCa mit dem Bordnetz 4a. Jeder der Anschlüsse 14b ermöglicht jeweils eine entsprechende Arbeitsleistung Ab aus dem Bordnetz 4b zu beziehen und ermöglicht eine Kommunikation PLCb mit dem Bordnetz 4b. In the example, a total of 255 actuators 12 are connected to the on-board networks 4a, b, of which only three are shown as examples in Figure 1. Each of the actuators 12 is connected to With the help of a respective mains connection 14a, b, they are redundantly connected to both on-board networks 4a, b. The respective mains connections 14a are connected to the on-board network 4a, the respective mains connections 14b to the on-board network 4b. The relevant actuator 12 is thus supplied with power Aa via a mains connection 14a and enables powerline communication PLCa with the on-board network 4a. Each of the connections 14b enables a corresponding power Ab to be drawn from the on-board network 4b and enables communication PLCb with the on-board network 4b.
Figur 2 zeigt beispielhaft einen der Aktuatoren 12 aus Figur 1. Jeder der Aktuatoren 12 enthält einen Antrieb 16, hier einen Motor 30 in Form eines elektrischen Rotationsmotors. Dieser enthält einen um eine Drehachse 18 rotierbaren Abtriebsteil 20 in Form eines Rotors, sowie zwei redundant ausgeführter Statorteile 22a, b, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Der elektrische Antrieb 16 weist zwei redundante Versorgungseingänge 24a, b auf. Die Versorgungseingänge 24a, b dienen jeweils zur redundanten bzw. alleinigen Versorgung des Antriebs 16 mit der Antriebsleistung Aa bzw. Ab. Im Beispiel ist dem Antrieb 16 ein nicht näher erläutertes Getriebe 17 nachgeschaltet. Die Rotation um die Drehachse 18 im Betrieb ist durch Pfeile angedeutet. Figure 2 shows an example of one of the actuators 12 from Figure 1. Each of the actuators 12 contains a drive 16, here a motor 30 in the form of an electric rotary motor. This contains an output part 20 in the form of a rotor that can rotate about an axis of rotation 18, as well as two redundant stator parts 22a, b, as will be explained in more detail below. The electric drive 16 has two redundant supply inputs 24a, b. The supply inputs 24a, b are each used to redundantly or solely supply the drive 16 with the drive power Aa or Ab. In the example, a gear 17 (not explained in more detail) is connected downstream of the drive 16. The rotation about the axis of rotation 18 during operation is indicated by arrows.
Der Aktor 12 enthält weiterhin zwei Versorgungseinheiten 26a, b welche ebenfalls redundant zueinander ausgeführt sind. Jede der Versorgungseinheiten 26a, b weist je einen Versorgungsausgang 28a, b an. Diese sind 1 zu 1 zur Versorgung der Versorgungseingänge 24a, b mit diesen verbunden. Außerdem weisen die Versorgungseinheiten 26a, b die jeweiligen oben erläuterten Netzanschlüsse 14a, b auf. Die Netzanschlüsse 14a, b sind also jeweils zur Aufnahme von Arbeitsleistung Aa,b aus den Bordnetzen 4a, b sowie zur Powerline-Kommunikation PLCa,b mit den Bordnetzen 4a, b eingerichtet. Somit weist der Antrieb 16 genau einen Versorgungseingang 24a, b pro Versorgungseinheit 26a, b auf. The actuator 12 also contains two supply units 26a, b, which are also designed to be redundant with one another. Each of the supply units 26a, b has a supply output 28a, b. These are connected 1:1 to supply the supply inputs 24a, b. In addition, the supply units 26a, b have the respective network connections 14a, b explained above. The network connections 14a, b are therefore each set up to receive power Aa,b from the on-board networks 4a, b and for powerline communication PLCa,b with the on-board networks 4a, b. The drive 16 therefore has exactly one supply input 24a, b per supply unit 26a, b.
Der Antrieb 16 selbst ist außerdem zumindest teilweise redundant im Hinblick auf die Versorgungseinheiten 26a, b aufgebaut. Dies ist dadurch bewerkstelligt, dass der Antrieb 16 zwei Redundanzabschnitte 21a,b enthält. Weiterhin enthält er ein einziges nicht redundantes bewegliches Antriebsteil 20, jedoch als Teile der Redundanzabschnitte 21a, b zwei redundante Statorteile 22a, b aufweist. Jeder der Redundanzabschnitte 21a,b weist auch einen der Versorgungseingänge 24a, b auf. Jeder der Redundanzabschnitte 21a,b bzw. jedes der Statorteile 2a, b zusammen mit dem Abtriebsteil 20 ist dazu eingerichtet, die volle Antriebsfunktionalität des Antriebs 16 zu erfüllen. Mit anderen Worten reicht ein einziger Redundanzabschnitt 21a, b bzw. Statorteil 22a oder 22b zusammen mit dem Abtriebsteil 20 aus, um die volle Antriebsleistung des Antriebs 16, hier des Motors, zu entfalten. D.h., auch bei Ausfall des Startorteils 22a oder des Startorteils 22b kann der Antrieb 16 vollständig bestimmungsgemäß seine Antriebsfunktionalität (Antrieb der Drehachse 18) erfüllen. Jedes der Statorteile 22a, b weist genau einen der Versorgungseingänge 24a, b auf. Der Antrieb 16 ist hier der Motor 30, das Abtriebsteil 20 ein Rotor 32 und jedes der Statorteile 22a, b enthält eine Statorwicklung 34a, b. The drive 16 itself is also constructed at least partially redundantly with respect to the supply units 26a, b. This is achieved by the drive 16 containing two redundancy sections 21a, b. It also contains a single non-redundant movable drive part 20, but has two redundant stator parts 22a, b as parts of the redundancy sections 21a, b. Each of the redundancy sections 21a, b also has one of the supply inputs 24a, b. Each of the redundancy sections 21a, b or each of the stator parts 2a, b together with the output part 20 is designed to to fulfill the full drive functionality of the drive 16. In other words, a single redundancy section 21a, b or stator part 22a or 22b together with the output part 20 is sufficient to develop the full drive power of the drive 16, here the motor. This means that even if the starter part 22a or the starter part 22b fails, the drive 16 can fully fulfill its drive functionality (drive of the rotary axis 18) as intended. Each of the stator parts 22a, b has exactly one of the supply inputs 24a, b. The drive 16 is here the motor 30, the output part 20 is a rotor 32 and each of the stator parts 22a, b contains a stator winding 34a, b.
Jede der Versorgungseinheiten 26a, b enthält ein vom jeweiligen Netzanschluss 14a, b versorgtes bzw. an diesem angeschlossenes Leistungsmodul 36a, b. Dieses ist dazu eingerichtet, die jeweilige Arbeitsleistung Aa,b aus dem Bordnetz 4a, b aufzunehmen, besitzt jedoch keinerlei Fähigkeit zur Powerline-Kommunikation PLCa,b und weist den jeweiligen Versorgungsausgang 28a, b auf. Each of the supply units 26a, b contains a power module 36a, b that is supplied by the respective mains connection 14a, b or is connected to it. This is set up to receive the respective power Aa,b from the on-board network 4a, b, but has no capability for powerline communication PLCa,b and has the respective supply output 28a, b.
Jede der Versorgungseinheiten 26a, b enthält außerdem ein am Netzanschluss 14a, b kommunikativ angeschlossenes Kommunikationsmodul 38a, b. Dieses ist zur Powerline- Kommunikation PLCa,b mit dem jeweiligen Bordnetz 4a, b eingerichtet, jedoch nicht zur Aufnahme / Durchleitung der jeweiligen Arbeitsleistung Aa,b. Jede der Versorgungseinheiten 26a, b enthält außerdem ein Steuermodul 40a, b. Dieses ist mit den Leistungsmodulen 36a, b und Kommunikationsmodulen 38a, b jeweils verbunden und dazu eingerichtet, den Antrieb 16 durch Ansteuern des jeweiligen Leistungsmoduls 36a, b hinsichtlich seines Betriebs auf Basis der Powerline-Kommunikation PLCa,b anzusteuern. Die Versorgungseinheiten 26a, b enthalten außerdem jeweils ein Sensormodul 42a, b, hier einen jeweiligen redundant ausgeführten Motorpositions-Sensor, der mit der Drehachse 18 bzw. Welle des Rotors 32 gekoppelt ist. Jedes der Sensormodule 42a, b ist ebenfalls mit dem Steuermodul 40a, b verbunden und dient zur Ermittlung einer jeweiligen Sensorinformation am Aktuator 12. Hier wird ein aktueller Drehwinkel der Drehachse 18 ermittelt.Each of the supply units 26a, b also contains a communication module 38a, b that is communicatively connected to the network connection 14a, b. This is set up for powerline communication PLCa,b with the respective on-board network 4a, b, but not for receiving/transmitting the respective work output Aa,b. Each of the supply units 26a, b also contains a control module 40a, b. This is connected to the power modules 36a, b and communication modules 38a, b and set up to control the drive 16 by controlling the respective power module 36a, b with regard to its operation on the basis of the powerline communication PLCa,b. The supply units 26a, b also each contain a sensor module 42a, b, here a respective redundant motor position sensor that is coupled to the rotation axis 18 or shaft of the rotor 32. Each of the sensor modules 42a, b is also connected to the control module 40a, b and serves to determine a respective sensor information on the actuator 12. Here, a current angle of rotation of the axis of rotation 18 is determined.
Außerdem dienen die Sensormodule 42a, b zur Weiterleitung der betreffenden Sensor- Information an die Powerline-Kommunikation PLCa,b, hier durch Anschluss an die Steuermodule 40a, b. In den Steuermodulen 40a, b kann die Motorposition intern zum Betrieb des Antrieb 16 genutzt werden, zum Beispiel zu einer Drehzahlregelung oder der Ermittlung einer bestimmten aktuellen Drehposition. Jedoch kann die Sensorinformation auch zur Powerline-Kommunikation PLCa,b über die Bordnetze 4a, b an die jeweilige Avionik 10a, b übermittelt werden, so dass diese auch außerhalb des Aktuators 12 zur Verfügung steht. Die Netzanschlüsse 14a, b sind hier jeweils als einzige Steckkontakte 44a, b ausgeführt. Die Steckkontakte 44a, b stellen die einzigen elektrischen Anschlüsse des Aktuators 12 dar. Der Aktuator 12 weist also keine sonstigen drahtgebundenen oder drahtlosen elek- frischen Schnittstellen auf. In addition, the sensor modules 42a, b are used to forward the relevant sensor information to the powerline communication PLCa,b, here by connecting it to the control modules 40a, b. In the control modules 40a, b, the motor position can be used internally to operate the drive 16, for example to regulate the speed or to determine a specific current rotational position. However, the sensor information can also be transmitted to the powerline communication PLCa,b via the on-board networks 4a, b to the respective avionics 10a, b, so that it is also available outside the actuator 12. The power connections 14a, b are each designed as single plug contacts 44a, b. The plug contacts 44a, b represent the only electrical connections of the actuator 12. The actuator 12 therefore has no other wired or wireless electrical interfaces.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
2 Fahrzeug 2 Vehicle
4a, b Bordnetz 4a, b On-board network
6a, b Leistungsversorgung 6a, b Power supply
8a, b Powerline-Kommunikationseinheit 8a, b Powerline communication unit
10a, b Avionik 10a, b Avionics
12 Aktuator 12 Actuator
14a,b Netzanschluss 14a,b Mains connection
16 Antrieb 16 Drive
17 Getriebe 17 Gearbox
18 Drehachse 18 Rotation axis
20 Abtriebsteil 20 Output section
21a, b Redundanzabschnitt 21a, b Redundancy section
22a, b Statorteil 22a, b Stator part
24a, b Versorgungseingang 24a, b Supply input
26a, b Versorgungseinheit 26a, b supply unit
28a, b Versorgungsausgang 28a, b supply output
30 Motor 30 Engine
32 Rotor 32 Rotor
34a, b Statorwicklung 34a, b Stator winding
36a, b Leistungsmodul 36a, b Power module
38a, b Kommunikationsmodul 38a, b Communication module
40a, b Steuermodul 40a, b Control module
42a, b Sensormodul 42a, b Sensor module
44a, b Steckkontakt 44a, b plug contact
Aa,b Arbeitsleistung Aa,b Work performance
PLCa,b Powerline-Kommunikation PLCa,b Powerline communication

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Aktuator (12) für ein Fahrzeug (2) mit mindestens zwei redundanten gleichartigen elektrischen Bordnetzen (4a, b), wobei jedes der Bordnetze (4a, b) dazu eingerichtet ist, jeweils sowohl eine vollwertige elektrische Arbeitsleistung (Aa,b) als auch eine vollwertige Powerline-Kommunikation (PLCa,b) für den Aktuator (12) bereitzustellen, 1. Actuator (12) for a vehicle (2) with at least two redundant, similar electrical on-board networks (4a, b), each of the on-board networks (4a, b) being designed to provide both a full electrical work output (Aa, b) and a full powerline communication (PLCa, b) for the actuator (12),
- mit einem elektrischen Antrieb (16) mit wenigstens einem Versorgungseingang (24a, b) zur Versorgung des Antriebs (16) mit einer elektrischen Arbeitsleistung (Aa,b), - with an electric drive (16) with at least one supply input (24a, b) for supplying the drive (16) with an electrical working power (Aa, b),
- mit wenigstens zwei gleichartigen redundanten Versorgungseinheiten (26a, b), wobei jede der Versorgungseinheiten (26a, b): - with at least two identical redundant supply units (26a, b), wherein each of the supply units (26a, b):
- einen mit wenigsten einem der Versorgungseingänge (24a, b) verbundenen Versorgungsausgang (28a, b) zur Versorgung wenigstens eines der Versorgungseingänge (24a, b) mit der vollwertigen Arbeitsleistung (Aa,b), und - a supply output (28a, b) connected to at least one of the supply inputs (24a, b) for supplying at least one of the supply inputs (24a, b) with the full working power (Aa, b), and
- einen Netzanschluss (14a, b) zum Anschluss der Versorgungseinheit (26a, b) an wenigstens einem der Bordnetze (4a, b) aufweist, - a mains connection (14a, b) for connecting the supply unit (26a, b) to at least one of the on-board networks (4a, b),
- wobei der Netzanschluss (14a, b) wenigstens zur Aufnahme der vollwertigen Arbeitsleistung (Aa,b) aus dem Bordnetz (4a, b) und zur vollwertigen Powerline-Kommunikation (PLCa,b) mit dem Bordnetz (4a, b) eingerichtet ist. - wherein the mains connection (14a, b) is designed at least to receive the full working power (Aa, b) from the on-board network (4a, b) and for full powerline communication (PLCa, b) with the on-board network (4a, b).
2. Aktuator (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) genau einen Versorgungseingang (24a, b) pro Versorgungseinheit (26a, b) aufweist. 2. Actuator (12) according to claim 1, characterized in that the drive (16) has exactly one supply input (24a, b) per supply unit (26a, b).
3. Aktuator (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) wenigstens zwei Versorungseingänge (24a, b) enthält und der Antrieb (16) ausgehend von den Versorgungseingängen (24a, b) teilweise redundant in Form eines jeweiligen Redundanzabschnittes (21 a,b) aufgebaut ist. 3. Actuator (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive (16) contains at least two supply inputs (24a, b) and the drive (16) is constructed partially redundantly in the form of a respective redundancy section (21 a, b) starting from the supply inputs (24a, b).
4. Aktuator (12) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) wenigstens ein bewegliches Abtriebsteil (20) enthält und wenigstens zwei der Redundanzabschnitte (21a, b) je ein redundantes Statorteil (22a, b) zur Einwirkung auf das selbe Abtriebsteil (20) enthält, wobei je ein Statorteil (22a, b) mit dem zugeordneten Abtriebsteil (20) dazu eingerichtet ist, eigenständig die volle Antriebsfunktionalität des Antriebs (16) zu erfüllen. 4. Actuator (12) according to claim 3, characterized in that the drive (16) contains at least one movable output part (20) and at least two of the redundancy sections (21a, b) each contain a redundant stator part (22a, b) for acting on the same output part (20), wherein each stator part (22a, b) with the associated output part (20) is designed to independently fulfill the full drive functionality of the drive (16).
5. Aktuator (12) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Statorteile (22a, b) genau einen der Versorgungseingänge (24a, b) aufweist. 5. Actuator (12) according to claim 4, characterized in that each of the stator parts (22a, b) has exactly one of the supply inputs (24a, b).
6. Aktuator (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (16) einen Motor (30) enthält und jedes der Statorteile (22a, b) eine eigene Statorwicklung (34a, b) des Motors enthält. 6. Actuator (12) according to one of claims 4 to 5, characterized in that the drive (16) contains a motor (30) and each of the stator parts (22a, b) contains its own stator winding (34a, b) of the motor.
7. Aktuator (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Versorgungseinheiten (26a, b): 7. Actuator (12) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the supply units (26a, b):
- ein vom Netzanschluss (14a,b) versorgtes Leistungsmodul (36a, b) enthält, das zur Aufnahme der Arbeitsleistung (Aa,b) aus dem Bordnetz (4a, b) eingerichtet ist, aber keine Fähigkeit zur Powerline-Kommunikation (PLCa,b) besitzt und den Versorgungsausgang (28a, b) aufweist, und - contains a power module (36a, b) supplied from the mains connection (14a, b), which is designed to receive the working power (Aa, b) from the on-board network (4a, b), but has no capability for powerline communication (PLCa, b) and has the supply output (28a, b), and
- ein am Netzanschluss (14a, b) angeschlossenes Kommunikationsmodul (38a, b) enthält, das zur Powerline-Kommunikation (PLCa,b) mit dem Bordnetz (4a, b), aber nicht zur Aufnahme der Arbeitsleistung (Aa,b) aus dem Bordnetz (4a, b) eingerichtet ist. - contains a communication module (38a, b) connected to the mains connection (14a, b) which is set up for powerline communication (PLCa,b) with the on-board network (4a, b), but not for receiving the working power (Aa,b) from the on-board network (4a, b).
8. Aktuator (12) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Versorgungseinheiten (26a, b) mit dem Leistungsmodul (36a, b) ein Steuermodul (40a, b) enthält, das dazu eingerichtet ist, den Antrieb (16) durch Ansteuerung des Leistungsmoduls (36a, b) hinsichtlich seines Betriebs auf Basis der Powerline- Kommunikation (PLCa,b) anzusteuern. 8. Actuator (12) according to claim 7, characterized in that at least one of the supply units (26a, b) with the power module (36a, b) contains a control module (40a, b) which is designed to control the drive (16) by controlling the power module (36a, b) with regard to its operation on the basis of the powerline communication (PLCa,b).
9. Aktuator (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Versorgungseinheiten (26a, b) wenigstens ein Sensormodul (42a, b) enthält, das zur Ermittlung einer Sensorinformation am Aktuator (12) eingerichtet ist. 9. Actuator (12) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the supply units (26a, b) contains at least one sensor module (42a, b) which is configured to determine sensor information on the actuator (12).
10. Aktuator (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) als elektrische Anschlüsse ausschließlich je einen einzigen Steckkontakt (44a, b) pro Netzanschluss (14a, b) aufweist. 10. Actuator (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (12) has as electrical connections exclusively a single plug contact (44a, b) per mains connection (14a, b).
11. Fahrzeug (2) mit mindestens zwei redundanten gleichartigen elektrischen Bordnetzen (4a, b), wobei jedes der Bordnetze (4a, b) dazu eingerichtet ist, jeweils sowohl eine vollwertige elektrische Arbeitsleistung (Aa,b) als auch eine vollwertige Powerline- Kommunikation (PLCa,b) für einen Aktuator (12) bereitzustellen, mit wenigstens einem Aktuator (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der vermittels wenigstens zweier seiner Netzanschlüsse (14a, b) derart an wenigstens zwei der Bordnetze (4a, b) angeschlossen ist, dass über die wenigstens zwei der Netzanschlüsse (14a, b) jeweils eine redundante Versorgung mit der vollwertigen Arbeitsleistung (Aa,b) aus und eine vollwertige redundante Powerline-Kommunikation (PLCa,b) mit den wenigstens zweien der Bordnetze (4a, b) ermöglicht ist. 11. Vehicle (2) with at least two redundant, similar electrical on-board networks (4a, b), each of the on-board networks (4a, b) being designed to provide both a full electrical output (Aa, b) and a full powerline communication (PLCa, b) for an actuator (12), with at least one actuator (12) according to one of the preceding claims, which is connected to at least two of the on-board networks (4a, b) by means of at least two of its network connections (14a, b) in such a way that a redundant supply with the full power (Aa, b) and a full redundant powerline communication (PLCa, b) with the at least two of the on-board networks (4a, b) is possible via the at least two of the network connections (14a, b).
12. Fahrzeug (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) ein Flugzeug ist. 12. Vehicle (2) according to claim 11, characterized in that the vehicle (2) is an aircraft.
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