包括電源和負(fù)載間的電氣絕緣的機(jī)電致動(dòng)和/或發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域和現(xiàn)有技術(shù)
[0002]本發(fā)明涉及交流電(AC)旋轉(zhuǎn)電子機(jī)器的領(lǐng)域。這種機(jī)器具體包括異步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)機(jī)器，以及同步電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)。這種電子機(jī)器傳遞電壓或者由電壓供電，該電壓可以是單相或三相的、或更少見的為雙相的。在電動(dòng)機(jī)或發(fā)電機(jī)操作中，存在由通過(guò)施加電能而達(dá)到的扭矩和旋轉(zhuǎn)速度表征的工作點(diǎn)。
[0003]由于功率電子學(xué)變得可用，可以使用使電子機(jī)器在其整個(gè)扭矩/速度利用范圍上被控制的控制器轉(zhuǎn)換器。
[0004]當(dāng)電動(dòng)機(jī)和/或發(fā)電機(jī)以及控制器轉(zhuǎn)換器相對(duì)于彼此移動(dòng)時(shí)，已知利用移動(dòng)觸點(diǎn)，一般是旋轉(zhuǎn)觸點(diǎn)，諸如滑環(huán)組件。這例如應(yīng)用于噴氣式飛機(jī)，例如其中需要?jiǎng)討B(tài)控制葉片間距的無(wú)涵道槳扇:用作葉片樞軸的電機(jī)自身繞引擎的軸旋轉(zhuǎn)、并且由外部控制器轉(zhuǎn)換器來(lái)控制，該外部控制器轉(zhuǎn)換器使電子機(jī)器中可能通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能來(lái)執(zhí)行制動(dòng)并且通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)執(zhí)行致動(dòng)。連接經(jīng)由滑環(huán)組件來(lái)提供。
[0005]對(duì)于相對(duì)于其控制器轉(zhuǎn)換器而旋轉(zhuǎn)的電子機(jī)器，在冷卻觸點(diǎn)以及在需要維持觸點(diǎn)時(shí)遇到難題。旋轉(zhuǎn)觸點(diǎn)具有有限的壽命，其程度使得電氣致動(dòng)尚未取代基于旋轉(zhuǎn)接頭的液壓致動(dòng)系統(tǒng)，液壓致動(dòng)系統(tǒng)自身也有其他弱點(diǎn)，特別是泄漏風(fēng)險(xiǎn)?？刂破鬓D(zhuǎn)換器有時(shí)甚至被安裝于運(yùn)動(dòng)參考系中以避免對(duì)于在靜態(tài)參考系和運(yùn)動(dòng)參考系之間發(fā)送功率控制的需要，但導(dǎo)致其他困難，諸如位于約束條件下的電子設(shè)備的加速老化，約束條件諸如振動(dòng)、離心力和潛在的高溫，還導(dǎo)致與傳遞控制信號(hào)有關(guān)的困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決這些問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種包括AC旋轉(zhuǎn)電子機(jī)器的致動(dòng)器或發(fā)電機(jī)設(shè)備，該AC旋轉(zhuǎn)電子機(jī)器具有用于將電能傳遞至機(jī)器定子的端子的電連接，該設(shè)備的特征在于該連接包括變壓器。因而，取決于電子機(jī)器是在電動(dòng)機(jī)模式中還是在發(fā)電機(jī)模式中工作這可用于將電子機(jī)器與AC電源或負(fù)載電隔離。變壓器可用于利用其電流或電壓變換比對(duì)電能進(jìn)行附加整型，并且因此其可使得功率轉(zhuǎn)換器得以簡(jiǎn)化或者能使其適用于電動(dòng)機(jī)，反之亦然。
[0007]本發(fā)明可以在機(jī)載電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)，例如飛機(jī)電網(wǎng)。因此，可能對(duì)輔助電源裝置(APU)渦輪的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電，以便通過(guò)基于本文檔中描述的原理使用變壓器來(lái)啟動(dòng)它。根據(jù)相同的原理，為啟動(dòng)目的，也可能對(duì)渦輪噴氣式飛機(jī)的主渦輪機(jī)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)供電。
[0008]借助于本發(fā)明，通過(guò)磁耦合將電子機(jī)器與源電隔離或者與其電負(fù)載電隔離。
[0009]機(jī)器可以是異步機(jī)器或者它可以是包括阻尼電路或阻尼條的同步機(jī)器，在后一情況下，盡管有在零速度下伺服控制扭矩中所涉及的約束條件，還是可能通過(guò)變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
[0010]有利的是，變壓器可以是具有適用于優(yōu)化控制器轉(zhuǎn)換器和/或電動(dòng)機(jī)的特定變壓比率的變壓器。
[0011]有利的是，變壓器可以是旋轉(zhuǎn)變壓器，該情況下它可以取代在滑環(huán)組件中找到的那種動(dòng)觸點(diǎn)，或者它可以取代基于旋轉(zhuǎn)接頭的液壓旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器系統(tǒng)。
[0012]變壓器能夠避免將控制器轉(zhuǎn)換器置于旋轉(zhuǎn)區(qū)域(旋轉(zhuǎn)區(qū)域也可以是高溫區(qū)域)中，同時(shí)還避免提供特定冷卻的需求，并同時(shí)使目標(biāo)系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)期間或者在靜止時(shí)被致動(dòng)。變壓器和電動(dòng)機(jī)可以彼此間隔。
[0013]設(shè)備可以包括被配置成執(zhí)行矢量控制和/或伺服控制的控制單元。因此，電動(dòng)機(jī)控制命令可能在沒(méi)有使變壓器飽和，提供關(guān)于那些命令滿足特定的標(biāo)準(zhǔn)，特別是使電壓除以頻率的比率v/f最小的情況下而極大地變化。
[0014]在一實(shí)施例中，設(shè)備具有至少一個(gè)第二 AC電子機(jī)器，其具有用于使其由一源電力供電的電連接，該源向定子的端子施加電壓，第二電動(dòng)機(jī)的連接包括變壓器，設(shè)備還包括用于致動(dòng)兩個(gè)不同目標(biāo)系統(tǒng)的兩個(gè)機(jī)械連接，每個(gè)機(jī)械連接都通過(guò)兩個(gè)電動(dòng)機(jī)中的相應(yīng)一個(gè)來(lái)致動(dòng)。
[0015]在還有另一實(shí)施例中，設(shè)備具有至少一個(gè)第二 AC電子機(jī)器，其具有用于使其由一源電力供電的電連接，該源向定子的端子施加電壓，設(shè)備還包括兩個(gè)機(jī)械連接，每個(gè)機(jī)械連接都由兩個(gè)電動(dòng)機(jī)中的相應(yīng)一個(gè)來(lái)致動(dòng)，設(shè)備還包括用于同步這兩個(gè)機(jī)械連接的同步鏈接。
[0016]在還有另一實(shí)施例中，致動(dòng)器或發(fā)電機(jī)設(shè)備還包括用于將電能傳遞至轉(zhuǎn)子的端子的第二變壓器。這能夠改變到機(jī)器的電力，例如，取決于它是否啟動(dòng)或者它是否在穩(wěn)態(tài)條件下旋轉(zhuǎn)。
[0017]設(shè)備還可能包括用于修改主變壓器和次級(jí)變壓器之間的電壓或電流比的配置單
J L.ο
[0018]本發(fā)明被應(yīng)用于具有可變間距葉片的推進(jìn)引擎，并且包括上述的致動(dòng)器設(shè)備，該致動(dòng)器設(shè)備被設(shè)置以致動(dòng)引擎的至少一個(gè)葉片，其中變壓器是將電力從在引擎工作時(shí)不在旋轉(zhuǎn)的電子機(jī)器區(qū)域傳遞至正在旋轉(zhuǎn)的區(qū)域的旋轉(zhuǎn)變壓器。在電子機(jī)器的發(fā)電機(jī)操作中，旋轉(zhuǎn)變壓器或用于將電力從旋轉(zhuǎn)區(qū)域傳遞至非旋轉(zhuǎn)區(qū)域、或用于控制電能作為電子機(jī)器中熱能的耗散。引擎可以是具有無(wú)涵道槳扇的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0019]本發(fā)明還提供了包括上述致動(dòng)器或發(fā)電機(jī)設(shè)備的機(jī)載電網(wǎng)。
[0020]附圖簡(jiǎn)沐
[0021]以下參照通過(guò)圖示給出的附圖描述了本發(fā)明。
[0022]圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)供電和控制的電動(dòng)機(jī)。
[0023]圖2示出按照現(xiàn)有技術(shù)、應(yīng)用于圖1電動(dòng)機(jī)的矢量控制的示例。
[0024]圖3示出圖2矢量控制對(duì)圖1電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的效應(yīng)。
[0025]圖4示出按照本發(fā)明供電和控制的電動(dòng)機(jī)。
[0026]圖5示出本發(fā)明一實(shí)施例。
[0027]圖6示出按照本發(fā)明、應(yīng)用于圖4電動(dòng)機(jī)的矢量控制的示例。
[0028]圖7示出圖6矢量控制對(duì)圖4或圖5的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的效應(yīng)。
[0029]圖8示出本發(fā)明的變化實(shí)施例。
[0030]圖9示出本發(fā)明的另一變化實(shí)施例。
[0031]圖10和11示出本發(fā)明的兩個(gè)其他實(shí)施例。
[0032]本發(fā)明的詳細(xì)描述
[0033]圖1示出現(xiàn)有技術(shù)致動(dòng)器設(shè)備，更一般而言是能量轉(zhuǎn)換器設(shè)備，該設(shè)備包括具有電連接20的AC電動(dòng)機(jī)30，電連接20用于施加和取得來(lái)自源10的AC電力并將其施加至設(shè)備的定子。電連接20包括至少兩個(gè)導(dǎo)體電纜，電纜數(shù)量是所使用的AC電力的類型的函數(shù)，所使用的AC電力的類型可以特別是是單相、三相或六相。對(duì)于三相電力，定子可以用星形連接或三角形連接連至電連接。電動(dòng)機(jī)具有機(jī)械連接40，機(jī)械連接40連至電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子用于致動(dòng)目標(biāo)系統(tǒng)50。
[0034]源10 —般包括控制器轉(zhuǎn)換器，其在電連接20之前的最后一個(gè)組件用于控制在控制電子設(shè)備所定義的頻率下的電壓或電流。
[0035]除了導(dǎo)體電纜以外，電連接20還可具有與滑環(huán)或摩擦環(huán)耦合的一組刷型旋轉(zhuǎn)拾取器。
[0036]電動(dòng)機(jī)30可以是異步的、同步的、直流的(DC)或壓電的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于異步的機(jī)器，電動(dòng)機(jī)可以使用恒定的V/f比(電壓除以頻率)下的標(biāo)量控制來(lái)控制，或者在頻率低時(shí)，用恒定的E/f比(電動(dòng)勢(shì)(emf)除以頻率)來(lái)控制。
[0037]對(duì)于異步的機(jī)器，圖2示出在現(xiàn)有技術(shù)中在電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子被鎖定時(shí)由源10施加于電動(dòng)機(jī)30的矢量控制的示例。圖2a的圖表示出所施加的電壓的頻率，圖2b的圖表示出所施加的電壓的分量，圖2c的圖表示出這兩個(gè)值的比率。所示的順序具有三個(gè)連續(xù)階段:首先是對(duì)于50伏的一個(gè)電壓分量開始而在1V(另一分量為零)穩(wěn)定的DC通量階段；其次是較高電壓下的階段，其分量為35V，對(duì)于接近I的V/f比以2.7赫茲(Hz)交替(忽略乘法因子)；最后是較低電壓和頻率下的階段，其V/f比為8。
[0038]圖3示出轉(zhuǎn)子上的這一控制的效應(yīng)。圖3a的圖表示出轉(zhuǎn)子受到的通量分量，圖3b的圖表示出轉(zhuǎn)子中始發(fā)的扭矩。圖3c的圖表