CN105015786A - 适于飞机内发动机和发电机控制的设备和系统 - Google Patents
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Abstract
提供用于发动机和发电机控制的一种系统。所述系统包括复合式交流(AC)发电机、发电机控制单元(GCU)模块和发动机电子控制器(EEC)模块。复合式交流(AC)发电机包括轴,以及配置成由轴驱动以生成AC功率信号的永磁发电机(PMG)。GCU模块配置成控制复合式交流发电机。PMG耦联到GCU模块和EEC模块,使得其配置成同时给GCU模块和EEC模块供应AC功率信号。
Description
技术领域
本发明通常涉及飞机,以及更具体地涉及适于飞机内发动机和发电机控制的设备和系统。
背景技术
飞机包括发动机和发电机,当发动机在运行时,发电机是对于飞机而言的主电源。发动机电子控制器(EEC)是一个处理器,其监测并控制所需的参数(例如:燃料流量、压力、温度、转速(每分钟转数rpm)等)使得飞机发动机根据需要运行。发动机电子控制器具有专用的独立电源,称为永磁交流发电机(PMA)。PMA可安装到发动机的变速箱上,并且当发动机在运行(例如,旋转)时用于适于发动机电子控制器的主电力源。当发动机不运行时或不能从PMA获得电力时,用来自飞机的电力给发动机电子控制器供电。
发电机控制单元(GCU)是用于监测并控制由发电机所产生电力的控制器。发电机包括内置于其内的给GCU供电的小型永磁发电机(PMG)。该PMG具有与给EEC供电的独立PMA近似的功率输出。
希望提供一种用于控制飞机发电机和发动机的改进的系统。本发明的其它所需特征和特性从随后的详细描述和所附的权利要求、结合所附附图和前述的技术领域和背景技术将变得显而易见。
发明内容
在一个实施例中,提供一种系统,其包括发动机,复合式交流发电机,发电机控制单元(GCU)模块和配置成控制发动机的发动机电子控制器(EEC)模块。复合式交流(AC)发电机包括轴和配置成由轴驱动以生成AC功率信号的永磁发电机(PMG)。GCU模块配置成控制复合式交流发电机。根据所公开的实施例,PMG耦联到GCU模块和EEC模块,使得其配置成给GCU模块和EEC模块供应AC功率信号。
在另一个实施例中,提供组合的发动机电子控制器-发电机控制单元(EEC-GCU)模块,其配置成由共同的AC功率信号供电。组合的EEC-GCU模块包括配置成执行GCU功能以便控制复合式AC发电机的发电机控制单元(GCU)模块以及配置成执行EEC功能以便控制发动机的发动机电子控制器(EEC)模块。
附图说明
在下文将结合以下附图对本发明进行描述,其中相同的附图标记指代相同的元件,以及
图1是根据所公开实施例的一个示例性实施方式的在飞机内实施的系统的框图。
图2是根据所公开实施例的另一个示例性实施方式的在飞机内实施的系统的框图。
图3是根据所公开实施例的一个示例性实施方式的示出图2所示的组合的发动机电子控制器(EEC)-发电机控制单元(GCU)模块的框图。
具体实施方式
如本文所用,词语“示例性”意味着“充当实例、例子或例证”。以下的详细描述在本质上仅仅是示例性的,而并非意旨限制本发明或本发明的应用和用途。在本文中描述成“示例性”的任何实施例并不一定被解释成优于或胜过其它实施例。在本具体实施方式部分中所述的所有实施例是为了使得本领域的技术人员能够实现或使用本发明而并非为了限制由权利要求所限定的本发明范围而提供的示例性实施例。此外,决不意旨受到在前面的背景技术或以下的具体实施方式部分所呈现的任何理论的约束。
根据所公开的实施例,嵌入到飞机发电机内的现有永磁发电机(PMG)给发动机电子控制器(EEC)供电。此外,在一些实施例中,通常在专用发电机控制单元(GCU)内实施的发电机控制功能可在EEC内实施。例如,在一个实施方式中,GCU硬件与EEC放在一起(co-locate),以及EEC的处理器可执行发电机控制功能。例如,EEC的处理器配置成控制GCU控制回路,并给GCU硬件提供命令。这样,通常由专用GCU执行的发电机控制功能被转移到EEC和发动机上,处于控制下的发电机在物理上也安装到发动机上。因此,所公开的实施例可消除用于执行给EEC供电的独立的专用永磁交流发电机(PMA)的需求以及对其它硬件的需求,所述其它硬件诸如专用GCU处理器,EEC和PMA之间的接线,和/或适于GCU的将通常安装在飞机内的单独壳体。更大地整合具有类似功能和能力的系统组件可降低总的飞机重量和阻力。将专用的PMA从发动机附件变速箱取消也降低了变速箱的重量和成本。通过减小在发动机附件变速箱内的轴和齿轮的数量,这又降低了发动机的机械寄生损耗。较小的发动机变速箱也允许使用较小的发动机舱,这可有助于降低总的飞机阻力。因此,所公开的实施例可允许减轻重量、优化变速箱和减少组件。
图1是根据本公开实施例的一个示例性实施方式的在飞机(未示出)中实施的系统100的框图。为了简明起见没有示出飞机,但如本领域内已知的那样,飞机包括发动机160。
系统100包括复合式交流发电机110,发电机控制单元(GCU)模块140,和配置成控制所述发动机160的发动机电子控制器(EEC)模块150。
复合式交流发电机110包括轴112,永磁发电机(PMG)120,励磁马达级(或阶段)124,和功率马达级130。励磁马达级124包括励磁转子128,励磁转子128由励磁转子128周围的励磁定子126包围。励磁转子128包括绕组,其具有旋转二极管来整流由GCU 140所生成的经调节的直流(DC)输出信号144。功率马达级130包括由功率定子132包围的功率转子134。功率定子132配置成生成三相交流电压输出信号146,其供应给各个飞机系统147并且其还由GCU模块140监测。
根据一些所公开的实施例,PMG 120配置成由轴112驱动,并生成交流(AC)功率信号135。AC功率信号135是频率可变、电压可变的信号。PMG 120将AC功率信号135供应到GCU模块140和EEC模块150,以便给GCU模块140和EEC模块150供电。换言之,根据所公开的实施例,来自PMG 120的AC功率信号135将电功率提供给EEC模块150和GCU模块140两者。PMG 120不同于通常用于给EEC供电的独立永磁交流发电机(PMA)。值得注意的是,根据所公开的实施例,飞机无需包括用于给EEC模块150供应电功率的独立永磁交流发电机(PMA)。此外,也无需将EEC模块150连接或耦联到独立的PMA。
发电机控制单元(GCU)模块140接收AC功率信号135和三相AC电压输出信号146。GCU模块140配置成控制复合式AC发电机110以调节由功率马达级130所生成的三相AC电压输出信号146。为了进一步解释,GCU模块140利用三相AC电压输出信号146和AC功率信号135来调节DC输出信号144,其输出到励磁定子126。为了进一步解释,为了补偿飞机电功率需求的变化(例如,响应于由147所消耗功率上的变化,诸如当发动机速度变化时),GCU模块140感测/监测三相AC电压输出信号146并调节/调制流入励磁定子126绕组内的经调节的直流输出信号144。
经调节的DC输出信号144使得励磁定子126的绕组产生电磁场。当励磁转子128在电磁场内旋转时,电流在励磁转子128的绕组内流动。这些电流由包括在励磁转子128绕组内的旋转二极管整流。这样,由励磁转子128所生成的AC电压输出信号129当其被提供给功率马达级130时被整流。
响应于AC电压输出信号129,功率马达级130的功率转子134产生旋转磁场,其感生功率定子132内的三相AC电压输出信号146。
图2是根据所公开实施例的另一个示例性实施方式的在飞机内实施的系统200的框图。图2包括许多与如图1中所示的元件相同的元件,并且为了简明起见,将不再对这些元件进行描述。系统200与图1所示系统100的不同之处在于GCU模块140和EEC模块150在同一个地方,以及两者都在组合的EEC-GCU模块170内实施。例如,在一个实施方式中,组合的EEC-GCU模块170可包括集成到组合的EEC-GCU模块170内的GCU硬件和处理器,所述处理器配置成执行用于控制所述发动机的EEC功能并且还配置成执行用于控制复合式AC发电机110的GCU功能。如下文参照图2所述的那样,GCU硬件与所述处理器通信,以及所述处理器配置成生成到GCU硬件并用于控制复合式AC发电机110的命令。
图3是根据所公开实施例的一个示例性实施方式的示出图2所示的组合的发动机电子控制器(EEC)-发电机控制单元(GCU)模块170的框图。
根据所公开的实施例,组合的EEC-GCU模块170包括用于执行EEC功能的块,并且还包括用于执行GCU功能的附加块。在该实施例中,组合的EEC-GCU模块170例如包括处理器210、发动机传感器输入-输出接口220、发动机气门驱动器硬件230、包括功率调节和转换的电子器件240的GCU硬件、发电机系统输入-输出接口250、DC电压调节器260以及发电机功率质量监测模块270。
处理器210利用处理器210和下述块中每一个之间的任何类型的连接,通信地耦联到发动机传感器输入-输出接口220、发动机气门驱动器硬件230、功率调节和转换的电子器件240、发电机系统输入-输出接口250和DC电压调节器260。处理器210执行计算和控制功能,并且可包括任何类型的一个处理器210或多个处理器210、诸如微处理器的单个集成电路或配合工作以实现处理单元功能的任何适当数量的集成电路装置和/或电路板。
处理器210、发动机传感器输入-输出接口220,发动机气门驱动器硬件230和功率调节和转换的电子器件240用于执行EEC功能。此外,处理器210、功率调节和转换的电子器件240、发电机系统输入-输出接口250、直DC电压调节器260和发电机功率质量监测模块270用于执行GCU功能。处理器210以及功率调节和转换的电子器件240用于执行EEC和GCU功能两者。因此,根据该实施例可以无需包括独立的EEC和GCU模块。
发动机传感器输入-输出接口220接收来自各种发动机子系统(未示出)的数据213,并将其提供给不同的传感器222,例如其可包括流体流量传感器、温度传感器、速度传感器、气门位置传感器等。传感器222生成提供给处理器210的传感器数据输出信号214。
作为EEC功能的一部分,处理器210处理各种飞机系统所提供的数据212、传感器数据输出信号214和经处理的AC信号215,以生成发动机气门控制信号219,其提供给发动机气门驱动器硬件230以控制飞机的发动机。处理器210还将数据212提供给其它飞机系统。
作为GCU功能的一部分,发电机功率质量监测模块270接收来自复合式AC发电机110的功率定子132的三相AC输出信号146,并生成发电机输出功率质量信号217。功率调节和转换的电子器件240接收从PMG120输出的AC功率信号135,并生成提供给处理器210的经处理的AC信号215,以及提供给DC电压调节器260的输出信号241。处理器210生成电压调节器控制信号216,其连同来自功率调节和转换的电子器件240的输出信号241一起提供给DC电压调节器260。DC电压调节器260处理电压调节器控制信号216和输出信号241,以生成经调节的DC输出信号144,其作为控制电压提供给图2所示的励磁定子126。
本领域内的那些技术人员将进一步了解结合本文所公开实施例描述的各种说明性的模块和电路可作为电子硬件、计算机软件或两者的组合来实施。在上文中,在功能和/或逻辑块组件(或模块)方面对一些实施例和实施方式进行了描述。然而,应当理解的是这样的块组件(或模块)可通过配置成执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件来实现。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性,各种说明性的组件、块、模块和电路在上文已经大致在其功能性方面进行了描述。至于这种功能是作为硬件还是作为软件来实施取决于施加到整个系统上的特定应用和设计约束。熟练技能的技术人员可以不同的方式实现针对每一特定应用的所述功能,但是这种实施方式决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。例如,系统或组件的实施例可采用各种集成的电路组件,例如存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等,其可在一个或多个微处理器或其它控制装置的控制下执行各种功能。此外,本领域内的那些技术人员将理解的是本文所述的实施例仅仅是示例性的实施方式。
结合本文所公开实施例描述的各种示例性逻辑块、模块、以及电路可以使用通用目的的处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、离散硬件组件或设计成执行本文所述功能的其任何组合来实施或执行。通用目的的处理器可以是微处理器,但在替代方案中,处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可作为计算装置的组合来实施,所述组合例如DSP和一个微处理器、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器的组合,或任何其它这样的配置。
结合本文所公开实施例描述的系统可直接实现在硬件中,在由处理器执行的软件模块中,或在这两者的组合中。软件模块可驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可换磁盘、CD-ROM或本领域内已知的任何其它形式的存储介质内。示例性的存储介质耦联到处理器,使得该处理器能够从存储介质读取信息,以及将信息写入到存储介质。在替代方案中,存储介质可集成到处理器。处理器和存储介质可驻留在ASIC内。
在该文献中,诸如第一、第二等的关系术语可单独使用以将一个实体或动作与另一个实体或动作进行区分,而不一定要求或暗示这些实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。诸如“第一”、“第二”、“第三”等的数字序号仅仅代表着多个中的不同单个,而并不意味着任何顺序或序列,除非由权利要求语言具体限定。在任何权利要求中上下文的顺序并不意味着工艺步骤必须根据这样的序列以时间或逻辑的顺序来执行,除非由权利要求语言具体限定。工艺步骤可以任何顺序互换而不会脱离本发明的范围,只要这样的互换并不与权利要求的语言相矛盾以及在逻辑上不是没有意义的即可。
此外,根据上下文,用于描述不同元件之间关系的诸如“连接(connect)”或“耦联到(coupled to)”的词语并不意味着必须在这些元件之间进行直接的物理连接。例如,两个元件可以通过物理、电、逻辑方式或以任何其它方式通过一个或多个附加元件连接到彼此。
尽管已经在本发明的前面的详细描述中呈现至少一个示例性实施例,但应当理解到存在大量的变型。还应当理解的是,一个示例性实施例或多个示例性实施例仅仅是实例,且并不意旨以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反,前面的详细描述将给本领域的技术人员提供用于实施本发明示例性实施例的方便路线图(road map)。应当理解的是,在不脱离如在所附的权利要求及其法律等同物中提出的本发明范围的情况下,可对元件的功能和布置进行各种改变。
Claims (20)
1.一种系统,其包括:
复合式交流发电机,其包括配置成由轴驱动以生成交流功率信号的永磁发电机(PMG);
发动机电子控制器(EEC)模块,其配置成控制发动机;以及
发电机控制单元(GCU)模块,其配置成控制复合式交流发电机,其特征在于,PMG耦联到GCU模块和EEC模块,使得所述复合式交流发电机配置成同时给GCU模块和EEC模块供应交流功率信号。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,来自复合式交流发电机的PMG的交流功率信号将电功率提供给EEC模块和GCU模块。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,GCU模块和EEC模块共同定位于组合的EEC-GCU模块内,使得GCU模块和EEC模块都在组合的EEC-GCU模块内实施。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述组合的EEC-GCU模块包括:
处理器,其配置成执行EEC功能以便控制所述发动机以及执行GCU功能以便控制复合式交流发电机。
5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,组合的EEC-GCU模块包括:
集成在组合的EEC-GCU模块内的GCU硬件。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,所述GCU硬件与处理器通信地耦联,其中所述处理器配置成生成到GCU硬件并用于控制复合式交流发电机的命令。
7.根据权利要求5所述的系统,其特征在于,组合的EEC-GCU模块包括:
处理器;
发动机传感器输入-输出接口;以及
发动机气门驱动器硬件;
其中GCU硬件包括:组合的EEC-GCU模块的功率调节和转换的电子器件;
发电机系统输入-输出接口;
直流电压调节器;以及
发电机功率质量监测模块。
8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述处理器、所述发动机传感器输入-输出接口、所述发动机气门驱动器硬件和功率调节和转换的电子器件用于执行EEC功能。
9.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述处理器、所述功率调节和转换的电子器件、所述发电机系统输入-输出接口、所述直流电压调节器和所述发电机功率质量监测模块用于执行GCU功能。
10.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述处理器以及功率调节和转换的电子器件用于执行EEC和GCU功能两者。
11.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述飞机不包括配置成给EEC模块供电的专用和独立的永磁交流发电机(PMA)。
12.一种组合的发动机电子控制器(EEC)-发电机控制单元(GCU)模块,其配置成通过共同的交流功率信号供电,所述组合的EEC-GCU模块包括:
发电机控制单元(GCU)模块,其配置成执行GCU功能以便控制复合式交流发电机;以及
发动机电子控制器(EEC)模块,其配置成执行EEC功能以便控制发动机。
13.根据权利要求12所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,所述共同的交流功率信号由复合式交流发电机的永磁发电机(PMG)生成。
14.根据权利要求13所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,来自复合式交流发电机的PMG的交流功率信号将电功率提供给EEC模块和GCU模块。
15.根据权利要求14所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,PMG耦联到GCU模块和EEC模块以便将交流功率信号提供给GCU模块和EEC模块。
16.根据权利要求12所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,复合式交流发电机配置成生成三相交流输出信号146。
17.根据权利要求12所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,所述发电机控制单元(GCU)模块配置成调节由复合式交流发电机所生成的三相交流输出信号146。
18.根据权利要求12所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,包括:
处理器,其配置成执行EEC功能以便控制所述发动机以及执行GCU功能以便控制复合式交流发电机。
19.根据权利要求18所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,还包括:
与处理器通信的GCU硬件,其中所述处理器配置成生成到GCU硬件并用于控制复合式交流发电机的命令。
20.根据权利要求19所述的组合的EEC-GCU模块,其特征在于,还包括:
发动机传感器输入-输出接口;
发动机气门驱动器硬件;
功率调节和转换的电子器件;
发电机系统输入-输出接口;
直流电压调节器;以及
发电机功率质量监测模块;
其中所述处理器、所述发动机传感器输入-输出接口、所述发动机气门驱动器硬件和功率调节和转换的电子器件用于执行EEC功能;
其中所述处理器、所述功率调节和转换的电子器件、所述发电机系统输入-输出接口、所述直流电压调节器和所述发电机功率质量监测模块用于执行GCU功能;以及
其中,所述处理器以及功率调节和转换的电子器件用于执行EEC和GCU功能两者。
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