CN108809175A - 用于降低扭振对发电的影响的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于降低扭振对发电的影响的系统和方法。具体地，提供了用于飞行器推进器的系统和方法，其被配置成响应于传动机构的转动而通过变频发电机发电。所述飞行器推进器包括补偿电路。所述飞行器推进器还包括激励器电路，该激励器电路在通过激励信号供电时，生成与转动的变频发电机相互作用的磁场以发电。所述激励器电路可以通过由所述变频发电机所生成的至少一部分电力来供电。所述补偿电路可以调节所述激励信号，以降低所述传动机构和/或所述变频发电机的扭振对由所述变频发电机所生成的电力的质量的影响。
Description
技术领域
本公开总体上涉及飞行器，并且更具体地说，涉及飞行器推进器发电。
背景技术
某些飞行器推进器可以驱动用于向飞行器提供电力的变频发电机(VFG)。这样的VFG可以通过直接驱动传动机构(gear train)联接至飞行器推进器的发动机核心，其中，直接驱动传动机构可以具有通常不大于大约0.02％或2％的阻尼系数。因为这个低阻尼系数，所以扭振(torsional oscillation)可能通过按一个或更多个固有(例如，谐振)频率振荡，而以限制周期(limit cycle)行为的形式出现在传动机构内。这种频率下的扭振可能因反馈控制而被放大，从而导致持续扭振(STO：sustained torsional oscillation)，其还已知为次同步振荡(SSRO：sub-synchronous oscillation)。
这种扭振可能导致由VFG所生成的电力质量降低。具体来说，扭振可能导致这样的电力，即，其展现了与传动机构的一个或更多个固有频率关联的电压和/或电流的振荡。这样的振荡可能因此将不合需要的噪声引入向飞行器提供的电力，其如果没有得到校正，那么可能造成飞行器电气系统的过度磨损和/或损坏。
发明内容
公开了一种系统和方法，其用于衰减因联接至发电机的飞行器推进器传动机构的扭振而造成的不期望的发电影响。在一个示例中，可以公开一种飞行器发电系统。所述飞行器发电系统可以包括：变频发电机，该变频发电机联接至传动机构，所述传动机构具有关联的扭振频率；激励器电路，该激励器电路用于响应于激励信号而在所述变频发电机中感应出磁场，以响应于所述传动机构的转动而通过所述变频发电机发电；以及补偿电路，该补偿电路电联接至所述激励器电路以调节所述激励信号，从而过滤所述传动机构的扭振频率在由所述变频发电机所提供的电力中的影响。
在另一示例中，可以公开一种操作发电系统的方法。所述方法可以包括以下步骤：利用传动机构来使变频发电机转动，所述传动机构具有关联的扭振频率；响应于激励信号而利用激励器电路在所述变频发电机中感应出磁场；利用所述变频发电机来生成电力，并且利用补偿电路接收所述电力；利用补偿电路调节所述激励信号；以及将所述调节激励信号应用至所述激励器电路，从而过滤所述传动机构的扭振频率在由所述变频发电机所提供的电力中的影响。
在另一示例中，可以公开一种飞行器。所述飞行器可以包括：外壳，机翼，以及联接至所述机身和/或机翼的飞行器推进器。所述飞行器推进器可以包括：动力单元；联接至所述动力单元的传动机构，所述传动机构具有关联的扭振频率；联接至所述传动机构的变频发电机；激励器电路，该激励器电路用于响应于激励信号在所述变频发电机中感应出磁场，以响应于所述传动机构的转动而通过所述变频发电机发电；以及补偿电路，该补偿电路电联接至所述激励器电路以调节所述激励信号，从而过滤所述传动机构的扭振频率在由所述变频发电机所提供的电力中的影响。
本发明的范围通过权利要求书来限定,其通过引用而并入本部分。通过考虑一个或更多个实现的以下详细描述，将为本领域技术人员提供对本公开的更完整理解，以及实现本公开的附加优点。对首先简要描述的附图进行说明。
附图说明
图1A例示了根据本公开一实施方式的飞行器的俯视图。
图1B例示了根据本公开一实施方式的飞行器推进器的立体图。
图2A例示了根据本公开一实施方式的具有扭振补偿系统的飞行器推进器发电系统的一示例的立体图。
图2B例示了根据本公开一实施方式的补偿电路的框图。
图2C例示了根据本公开一实施方式的示例飞行器推进器电力发电系统的框图。
图3是详细说明根据本公开一实施方式的具有扭振补偿系统的飞行器推进器发电系统的操作的流程图。
图4例示了没有扭振补偿系统的飞行器推进器发电系统的建模行为。
图5例示了根据本公开一实施方式的具有扭振补偿系统的飞行器推进器的建模行为。
本公开的示例及其优点通过参照下面的详细描述而最佳地理解。应当清楚，相同的标号用于标识在一个或更多个附图中例示的相同部件.
具体实施方式
提供了用于降低扭振在生成电力中的影响的系统和方法，例如，经由应用通过如下进一步讨论的补偿电路所提供的调节激励信号来过滤所生成电力。在某些示例中，本文所述系统和技术可以被并入联接至诸如飞行器推进器这样的动力装置的发电机。飞行器推进器包括联接至变频发电机(VFG)的动力单元(例如，飞行器推进器的核心引擎和/或其它合适的动力系统)。该动力单元可以经由直接驱动传动机构联接至VFG。这种直接驱动传动机构可以具有低阻尼系数。
该低阻尼系数可能通过按一个或更多个固有(例如，谐振)频率振荡，而以限制周期行为的形式出现在传动机构内。这种扭振可能导致由VFG所生成的电力质量降低。具体来说，扭振可能导致这样的电力，即，其展现了与传动机构的限制周期行为关联的电压和/或电流的振荡。例如，由VFG生成的电力可以被表示为包括在多个频率下的分量的复合波形，并且这些分量中的至少一个分量(例如，一特定频率下的分量)可能归因于限制周期行为，并且可能是不合需要的。
飞行器推进器还可以包括激励器电路。可以使用激励信号来向激励电路供电以在VFG内生成磁场。该激励信号可以基于由VFG所生成的电力。因此，在VFG与激励器电路之间可以存在反馈回路，这可能导致放大由VFG所生成的电力中的不希望的频率分量。
为了有效地滤除不希望的频率分量，可以使用补偿电路来生成调节激励信号。该补偿电路可以包括：电压调节器、处理器以及存储器。该补偿电路可以调节激励信号，以使激励器电路按有效过滤不需要的频率分量的方式来与VFG相互作用。因此，补偿电路最小化或降低传动机构的扭振对由VFG所生成的电力的影响，从而导致增加电力质量并且防止进一步放大不希望的频率分量。因此，可以增加电气组件的使用寿命和/或可以降低维护要求。虽然本公开总体上描述了利用补偿电路来有效实现陷波滤波器，但该补偿电路的其它示例可以有效地实现其它类型的滤波器，如低通滤波器、高通滤波器、和/或带通滤波器。
一般而言，本文所述系统和技术补偿对由VFG所生成的电力的干扰，其由将动力单元联接至VFG的传动机构在某些固有频率下的不希望的振动和/或振荡(例如，限制周期行为)所产生。这种频率的示例包括：低于20赫兹的频率、20赫兹到40赫兹之间的频率、40赫兹到60赫兹之间的频率、以及大于60赫兹的频率。这种频率的具体非限制例包括：25赫兹、34赫兹、37赫兹、以及60赫兹。该补偿电路可以有效地过滤由VFG所生成的电力的频率内容的一小部分。在某些非限制例中，补偿电路可以有效地过滤该电力的频率内容内的关注频率范围(例如，25赫兹、34赫兹、37赫兹、和/或60赫兹)的小于+/-0.5赫兹、小于+/-1赫兹、和/或大于+/-1赫兹的频率。
尽管本公开引用飞行器推进器(例如，生成推力和电力的飞行器动力系统)，但本文所公开的系统和技术还可以应用于生成前进推力和电力的其它推进系统(例如，内燃机、船舶动力系统以及航天器推进系统)。
图1A例示了根据本公开一实施方式的飞行器的俯视图。图1A的飞行器50包括：机身170、机翼172、水平稳定器174、飞行器推进器100A和100B、以及垂直稳定器178。飞行器50上存在各种控制装置和传感器。例如，飞行器50包括驾驶舱104，驾驶员可以在驾驶舱104中输入用于操作飞行器50的指令。飞行器50的驾驶舱104可以包括可以由飞行器50的飞行员操纵的控制装置，以提供用于操作飞行器的指令。例如，驾驶舱104可以包括被配置成控制飞行器推进器100A和100B的操作的一个或多个控制装置。驾驶舱104还可以包括用于确定飞行器50的水平稳定器或其它空气动力装置的配置以及垂直稳定器的配置的控制装置。
输入可以被传送至系统控制器108，其然后可以将输出提供给飞行器50的各种系统(例如，飞行器推进器100A和100B)。飞行器50的各种系统与数字通信106链接，其将来自飞行器50的一个组件的信号提供给一个或更多个其它组件。数字通信信道106例如可以是有线通信电路或无线通信系统。数字通信信道106可以将各种组件链接至系统控制器108。
系统控制器108例如可以包括单核或多核处理器或微处理器、微控制器、逻辑装置、信号处理装置、用于存储可执行指令(例如，软件、固件，或其它指令)的存储器、和/或执行本文所述各种操作中的任何操作的任何部件。在不同示例中，系统控制器108和/或其关联操作可以被实现为单个装置或多个装置(例如，通过诸如数字通信信道106这样的有线或无线连接以通信方式链接)，以共同构成系统控制器108。
系统控制器108可以包括一个或更多个存储器组件或装置以存储数据和信息。存储器可以包括易失性和非易失性存储器。这种存储器的示例包括RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦除只读存储器)、闪速存储器、或其它类型的存储器。在某些示例中，系统控制器108可以适于执行存储在存储器内的指令，以执行本文所述各种方法和处理，包括实现和执行响应于传感器和/或操作员(例如，机组人员)输入的控制算法。
图1A中描述的飞行器50是示例性的，并且可以清楚，在其它实施方式中，飞行器50可以包括较少或附加的组件(例如，没有水平稳定器、附加稳定器、附加传感器、和/或附加控制器)。另外，本文所述概念可以扩展至其它飞行器，如直升机、无人机等。
图1B例示了根据本公开一实施方式的飞行器推进器的立体图。飞行器推进器100(例如，图1A所示的飞行器推进器100A和100B)包括发动机舱(nacelle)102和动力单元136。在图1B所示示例中，发动机舱102包含：动力单元136(与具有转动轴的传动机构210连通，如图2A所示)，和用于生成推力的飞行器推进器100的其它组件，但飞行器推进器的其它示例可以设置风扇，使得该风扇不被发动机舱容纳(举例来说，如涡轮螺旋桨发动机构造)。发动机舱102还可以包括可被移动和/或移除的一个或多个部分，以允许技术人员或其他人员接近飞行器推进器100的内部组件，以例如插入和/或安装一个或更多个电气组件(例如，仪器)，以监测飞行器推进器100的一个或更多个状态。
动力单元136包括一个或更多个风扇，其例如沿气流方向140A吸入和/或增能流入发动机舱102的空气。经由气流方向140A流入发动机舱102的空气可以流过发动机舱102和/或动力单元136内的各种内部流动路径。动力单元136可以包括一个或更多个风扇以及一个或更多个燃烧室和其它组件，其可以被构造成递送和/或燃烧提供给燃烧室的燃料。动力单元136可生成推力，以向飞行器推进器100所联接至的飞行器提供动力。在某些示例中，动力单元136的操作可以包括动力单元136的至少某些部分的转动。动力单元136可以联接至和/或可以包括VFG。动力单元136的转动运动可以通过传动机构用于使飞行器推进器100的VFG转动。
图2A例示了根据本公开一实施方式的具有扭振补偿系统的飞行器推进器发电系统的一示例的立体图。图2A可以包括：动力单元136、传动机构210、VFG 212、激励器电路214、补偿电路222、飞行器电气系统218、以及滤波器控制器220。
动力单元136可以是任何类型的动力装置，如飞行器推进器的发动机或动力单元。因此，动力单元136可以是具有涡轮风扇、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、桨扇、涡轮喷气发动机、Wankel、活塞和/或其它类型发动机的动力单元。动力单元136经由传动机构210连接至VFG 212。在某些示例中，传动机构210可以是直接驱动传动机构，但其它示例可以包括其它类型的传动机构。
在飞行器推进器100的操作期间，动力单元136的一个或更多个组件(例如，输出轴)使传动机构210转动，并且传动机构210随后使VFG 212转动。当激励器电路214接收到激励信号时，激励器电路214生成与VFG 212的发动机线圈相互作用的电磁波以生成电力232，其可以用于向飞行器系统供电。所生成的电力232的至少一部分还可以用于随后以激励信号230的形式向激励器电路214供电，并因此形成至少包括VFG 212和激励器电路214的反馈回路。
传动机构210可以是具有低阻尼系数的传动机构。在某些示例中，传动机构210可以是直接驱动传动机构。在某些示例中，传动机构210的操作可能导致在一个或更多个谐振频率下的限制周期行为。
由于传动机构210可以直接联接至VFG 212，因而这种谐振和/或限制周期行为可以通过生成包括某些不希望的分量(例如，不合需要的频率分量)的电力来降低由VFG 212所生成的电力232的质量。可以经由使用补偿电路222来补偿和/或最小化电力质量的下降。另外，补偿电路222可以最小化和/或防止放大谐振。
补偿电路222至少可以包括电压调节器216和滤波器控制器220。在某些这样的示例中，补偿电路222可以调节提供给激励器电路214的激励信号230，使得激励器电路214与VFG 212相互作用，以对由VFG 212所生成的电力232进行有效地陷波滤波。补偿电路222可以例如通过将差分方程应用于激励信号230来衰减激励信号230的某些频率分量，从而调节该激励信号230。例如，在某些示例中，由VFG 212所生成的电力232可以被表示为：包括多个频率下的分量的复合波形。这些分量中的至少一个分量(例如，特定频率下的分量)可能由传动机构210的限制周期行为所导致，和/或可能被放大，并且可能是不合需要的。在补偿电路222的某些示例中，应用采用不合需要的分量的频率下的负波形的形式的补偿信号，来消除或减少该电力的不需要的分量。
因此，补偿电路222可以被配置成衰减(例如，通过减少或滤除来阻尼)激励信号230的某些频率分量(例如，可以由传动机构210和/或VFG 212内的谐振和/或限制周期行为所产生的频率)。该频率和/或频率范围可以对应于和/或包括传动机构210和/或VFG 212的固有频率。这种频率的非限制例包括：25赫兹、34赫兹、37赫兹、以及60赫兹，但这种频率和/或频率范围可以包括其它频率。这种频率可能例如受到传动机构210和/或VFG 212的设计所影响，如齿数、齿轮重量、齿轮数、齿轮取向、轴承设计、重量、传动机构210和/或VFG 212的组件的构造和/或尺寸、和/或其它这样的因素。
虽然本示例描述了使用补偿电路222来进行有效陷波滤波，但其它示例可以利用实际的陷波滤波器，该滤波器可以被配置成滤除激励信号的特定频率，然后将这样的调节激励信号提供给补偿电路222。
在例示例中，传动机构210和/或VFG 212可以展现出导致扭振的限制周期行为。扭振可以处在1赫兹到1000赫兹之间的频率(例如，25赫兹、34赫兹、37赫兹、和/或60赫兹)。激励信号230可以使用和/或基于由VFG 212所生成的电力232。补偿电路222可以被配置成，调节和/或衰减被提供以驱动激励器电路214的激励信号230的一部分，来补偿这种限制周期行为(例如，通过在提供激励信号230以向激励器电路214供电之前，滤除电力中的这种频率下的分量)。补偿电路222因此滤除和/或最小化这种频率下的分量(例如，34赫兹)，并因此降低激励信号230中的去往激励器电路214的34赫兹下的分量。当激励器电路214由这样的滤波和/或调节激励信号230供电时，由VFG 212所生成的电力的质量可以得到改善。另外，由这种经过滤激励信号230所供电的激励器电路214生成的磁场，可以以防止放大传动机构210和/或VFG 212内的限制周期的这种方式来与VFG 212相互作用。
飞行器电气系统218可以包括飞行器的任何电气系统，包括蓄电池、仪器、灯、舱室系统和/或其它系统。在某些示例中，飞行器可以存储由VFG 212所生成的至少一部分电力，但其它示例可以利用由VFG 212所生成的全部电力来向飞行器的系统供电。另外，在某些其它示例中的飞行器电气系统218可以经由与传递电力232以通过补偿电路222的电路分离的电路而接收来自VFG 212的电力。这样的示例可以直接从VFG 212接收电力和/或从VFG 212接收已经通过其它滤波器滤波的电力。
滤波器控制器220例如可以包括单核或多核处理器或微处理器226、微控制器、逻辑装置、信号处理装置、用于存储可执行指令(例如，软件、固件，或其它指令)的存储器224，和/或执行本文所述各种操作中的任何操作的任何部件。在不同示例中，滤波器控制器220和/或其关联操作可以被实现为单个装置或多个装置(例如，通过有线或无线连接以通信方式链接)，以共同构成滤波器控制器220。
滤波器控制器220可以包括用于存储数据和信息的一个或更多个存储器组件或装置，其共同构成存储器224。存储器224可以包括易失性和非易失性存储器。这种存储器的示例包括RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦除只读存储器)、闪速存储器或其它类型的存储器。在某些示例中，滤波器控制器220可以适于执行存储在存储器224内的指令，以执行本文所述的各种方法和处理，包括实现和执行响应于传感器和/或操作员(例如，机组人员)输入的控制算法，以及存储与传动机构210和/或VFG 212关联的特性。
在某些示例中，补偿电路222可以被配置成过滤激励信号230中的一预定频率和/或频率范围。补偿电路222的其它示例可以被配置成确定传动机构210和/或VFG 212的限制周期行为的频率。例如，飞行器可以包括：可以检测传动机构210和/或VFG 212的扭振的一个或更多个传感器。滤波器控制器220然后可以确定导致限制周期行为的频率和/或用于从电力滤波以补偿限制周期行为的频率。例如，滤波器控制器220可以被配置成使补偿电路222对激励信号230中的某些频率进行滤波，并且可以在操作期间改变，以对激励信号230中的不同频率进行滤波。滤波器控制器220然后可以在检测到传动机构210和/或VFG 212的指示一限制周期的扭振时，循环通过对不同频率的滤波，并记录消除了该限制周期的滤波频率。然后可以维持由补偿电路222以这种频率进行滤波。
在某些示例中，滤波器控制器220可以确定传动机构210的扭振的相位和振幅。一旦相位和幅度被确定，滤波器控制器220就可以基于VFG 212的特性和扭振的特性来确定对激励信号230的调节。激励信号230可以被调节成，使得当经调节激励信号230被应用至激励器电路214时，所生成磁场与VFG 212相互作用，以使VFG 212生成不包括由扭振所产生的频率分量的电力232。在某些这样的示例中，滤波器控制器220可以响应于扭振来改变VFG 212的相位。
图2B例示了根据本公开一实施方式的补偿电路222的框图。在图2B中，补偿电路222包括：电压调节器216、两级电压调节器、以及滤波器控制器220。
在第一调节器级，将命令电压与所测量电压进行比较。命令电压(图2B中的VCMD)是用于操作飞行器的目标电压(例如，270伏或任何其它电压)。命令电压可以从例如滤波器控制器220接收。所测量电压(图2B中的VEFF，也被称为VFG212的“端电压”)针对命令电压进行差分，并且在差分之后，将具有初始调节电压(例如，将测量电压校正成命令电压的结果)的电力(例如，输出228)提供给第一调节器级。在某些示例中，所测量电压可以被测量为来自VFG 212的输出。在某些这样的示例中，对于交流(AC)VFG(例如，三相AC VFG)，所测量电压可以是大约270伏的电压。
第一调节器级可以利用任何类型的调节器将测量电压校正成命令电压。这种调节器的示例包括：被配置成调节一个或更多个AC和/或DC电压的调节器、与一个或更多个二极管串联的诸如电阻器的电子电压调节器、反馈电压调节器、机电调节器、PWN静态电压调节器、稳压器、自动电压调节器、直流稳压器、主动调节器、电压限幅器、旋转变压器(resolver)、和/或其它类型的电压调节器。初始调节电压由第二调节器级接收，在第二调节器级中针对激励器电流Iex(例如，提供给激励器电路214的电流)求和或差分，以提供具有进一步调节的输出电压和增加的电流的电力。在某些示例中，激励电流Iex是干扰输入，并且第二调节器级被配置成调节激励电流Iex的影响。然后将进一步调节的输出电压和增加的电流输出至滤波器控制器220。
在某些示例中，电压调节器216还可以执行直接正交零变换(direct-quadrature-zero transformation)，使得来自VFG 212的AC电压在输出至激励器电路214之前被转换成直流电。如此，激励器电路214可以在这样的示例中被配置成由直流供电。如所描述的，电压调节器216是单输入单输出控制系统。其他示例可以包括其它类型的控制系统的电压调节器。
滤波器控制器220可以接收来自电压调节器216的进一步调节的输出电压和增加的电流，并且通过应用补偿信号来衰减其一部分(例如，该电力中的、对应于与传动机构210和/或VFG 212的固有频率关联的电力分量的一部分)。因此，补偿信号的应用可以防止或最小化由VFG 212生成的电力中的、可能对应于传动机构210和/或VFG 212的固有频率的频率下的分量。由此防止和/或最小化在这样的频率下激励器电路214的任何限制周期的放大。虽然图2B例示了电压调节器216之后的滤波器控制器220，但其它示例可以将滤波器控制器220设置在其它位置(例如，根据这种示例的配置和要求)，如电压调节器216的调节器级之间，和/或在电压调节器216之前。滤波器控制器220然后可以将经调节的激励信号230至少输出至激励器电路214。
图2C例示了根据本公开一实施方式的示例飞行器推进器电力发电系统的框图。图2C包括：动力单元136，图2A的传动机构210、VFG 212，以及激励器电路214。在图2C中，激励器电路214还包括激励器250和励磁线圈252。激励器250可以从补偿电路222(图2C中未示出，但在图2A中示出)接收激励信号230，然后可以向励磁线圈252供电。VFG 212包括定子240和转子242。出于示例性的目的，提供了图2C的VFG 212和激励器电路214。因此，其它示例可以包括更多、更少，或其它组件和/或可以按不同配置来设置这些组件。
在某些示例中，激励器电路214由从补偿电路222接收的激励信号230加以控制。补偿电路222可以从VFG 212接收电力232。在某些示例中，激励器电路214可能希望按期望频率接收“干净的”电力。从VFG 212接收的电力232可以包括某些不合需要的电力分量(例如，除了期望频率之外的某些频率下的分量)，如因传动机构210和/或VFG 212的扭振而造成的分量。例如，传动机构210可以以34Hz的频率展现限制周期行为，并因此由VFG 212所生成的电力232可以包括频率为34Hz的不期望分量。补偿电路222然后可以至少滤除电力232中的34Hz的频率下的分量，以在将基于电力232的调节激励信号230提供给激励器电路214之前“净化”该电力。当激励器电路214与VFG 212相互作用以生成电力时，利用经调节的激励信号232向激励器电路214供电，因而可以导致由VFG 212生成的更高质量的电力。
图3是详细说明根据本公开一实施方式的用于降低扭振对发电的影响的方法300的流程图。图3中描述的方法300可以由包括电压调节器216的诸如飞行器推进器100这样的发电装置来执行。
在框302中，传动机构210联接至VFG 212。在某些示例中，传动机构210可以是直接驱动传动机构。可以在例如制造飞行器推进器100、制造飞行器50、维护飞行器推进器100或另一时段期间执行方框302。
在框304中，飞行器推进器100操作。例如，飞行器推进器100的动力单元136可以被操作以转动联接至传动机构210的一个或更多个输出轴。传动机构210接着转动VFG 212。
在框306中，通过转动VFG 212并向激励器电路214供电来生成电力232。当VFG 212转动时给励磁器电路214供电生成磁场。转动的VFG 212的线圈与由激励器电路214所生成的磁场相互作用以生成电力。然后在框312中，提供由VFG 212生成的一部分电力，以向飞行器电气系统供电，而另一部分电力被提供给补偿电路222。补偿电路222然后可以生成和/或调节向激励器电路214供电的激励信号230，如框308和310所详述的。激励信号230可以基于由VFG 212所生成的电力232。
在框308中，补偿电路222生成和/或调节激励信号230。补偿电路222可以通过提供补偿信号(例如，反相波形)来调节激励信号230，以减少和/或抵消所接收电力中的不需要分量。其它示例可以包括物理陷波滤波器。在框310中，可以将经调节的激励信号230应用至激励器电路214。
要被滤波的频率可以在框314中确定。在某些示例中，可以在飞行器推进器100的设计和/或测试中对传动机构210和/或VFG 212的特性进行建模和/或确定。例如，虽然传动机构210和/或VFG 212可以被配置成以多种不同的转速操作，但传动机构210和/或VFG 212的扭振可以在一些或全部这种转速下发生。扭振可以是设定频率(例如，25Hz、34Hz、37Hz或68Hz)下的振荡，并且这种振荡的频率可以独立于传动机构210和/或VFG 212的转动速度。飞行器推进器100的建模和/或测试可以标识这种振荡频率。
在其它示例中，这种振荡频率可以在飞行器推进器100的台架测试(benchtesting)和/或操作期间被标识。例如，补偿电路222可以包括带通滤波器。在飞行器推进器100的启动和/或操作期间，带通滤波器可以选择性地使激励信号230的特定频率或频率范围通过，并且滤波器控制器220可以检测由通过这样的频率或频率范围而产生的限制周期行为。由于限制周期行为可能需要时间来显现，因而每个这样的频率或频率范围可以通过达一时间段。
如果在该时段期间没有显现限制周期行为，那么可以确定这样的频率或频率范围不会导致限制周期行为，并因此不需要进行陷波滤波。然后带通滤波器可以允许另一频率和/或频率范围通过，以检测限制周期行为。
如果检测到限制周期行为，那么可以确定这样的频率和/或频率范围，以导致限制周期行为，并且补偿电路222然后可以被配置成(例如，通过陷波滤波器)滤波和/或衰减其中检测到限制周期行为的频率和/或频率范围。带通滤波器然后可以允许另一频率和/或频率范围通过。
在图3所述的方法300的实现的例示性示例中，在框302中，可以将飞行器推进器100的传动机构210联接至VFG 212。在框304中，在包含飞行器推进器100的飞行器50已经完全组装之后，在框304中，飞行器50可通过向飞行器推进器100加电而操作。
在框304中，随着飞行器推进器100的核心发动机136使传动机构210转动，其进而使VFG 212转动，向激励器电路214供电并且生成可以与VFG 212的线圈相互作用的磁场以生成电力。飞行器50的电气系统可以由所生成的电力232供电。由VFG 212所生成的电力232还可以被用于向激励器电路214供电。
另外，由于传动机构210的阻尼较差，传动机构210可能显现出限制周期行为。该限制周期行为可以包括传动机构210的扭振。扭振可以是某些特定频率下的振荡，并且这种振荡的频率可以独立于传动机构210的转动速度。这样，尽管传动机构210的转速可以加速或减速，但传动机构210可以继续以这样的频率振动。这种扭振在所生成电力232中可能显现为不合需要的电力分量。电力232中的不合需要的分量可以是电力232的特定频率(例如，34赫兹)下的分量。在某些示例中，电力232中的不合需要的分量可以显现为(manifest)电力232中的某些分量(例如，某些频率下的分量)的峰值化。因此，限制周期行为可能导致由VFG212所生成的电力质量下降。
在框314中，这种限制周期特性的特性可以在制造和操作飞行器推进器100之前，在飞行器推进器100的设计期间被标识。因此，在飞行器推进器100的设计期间，飞行器推进器100的系统特性可以在飞行器推进器100的设计期间建模，以确定电力232中的、因传动机构210的扭振而造成的不合需要的分量的频率。由于激励信号230基于电力232，因而补偿电路222被配置成，生成用于调节激励信号230的补偿信号，以衰减不需要的电力分量。
在框308中，生成经调节的激励信号230。在框310中，可以将这种经调节的激励信号230应用至激励器电路214。这样，由激励器电路214接收的激励信号230可以是滤除了不合需要的分量的激励信号230。当激励器电路214由这种经调节的激励信号230供电时，由VFG 212所生成的电力232的质量可以得到改善。因此，可以改善在框306中生成的电力232的质量。
图4例示了没有扭振补偿系统的飞行器推进器发电系统的建模行为。图5例示了根据本公开的具有扭振补偿系统的飞行器推进器的建模行为。图4和5例示了缺乏陷波滤波器的飞行器推进器的操作模型相对于具有陷波滤波器的飞行器推进器的操作模型。
在图4和图5中，顶部图形例示了TE，其是传动机构210上的来自动力单元136的转矩干扰(如图2A所示)。在该非限制例中，TE是被表示为以全强度开始并逐渐减小到全强度的大约5％(0.05)的标准化信号的脉冲。中间图形例示了TEGEN，其是来自图2A的VFG 212的转矩。底部图形例示了TEEX，其是来自图2A的激励器电路214的激励器转矩。所有这些图形中的x轴是以秒为单位的时间单位。
图4例示了缺乏扭振补偿系统的飞行器推进器的响应。如图4中的底部图形所示，由于激励器电路214所生成的磁场与影响VFG 212的转动的谐振传动机构210之间的相互作用，存在因飞行器推进器的传动机构210的限制周期行为而造成的激励器转矩谐振。在大约7秒钟与8秒钟之间，由VFG 212所生成的电力量改变，从而导致所生成的电力中的间隙，其导致缺少激励器转矩的谐振，如底部图形所示。然后，当再次通过VFG 212生成电力时，激励器转矩的谐振恢复。
图5中的模型与图4中的模型的不同之处在于，在该模型中存在对激励信号230进行有效陷波滤波的补偿电路222，以调节由VFG 212所生成的电力。如图5所示，底部图形(TEEX)例示了：尽管VFG 212在与图4中相同的时间点生成相同量的电力，但由于补偿电路222而使图4中存在的谐振减小。
如本文所述并且如图4和图5所示，扭振补偿系统利用补偿电路222来有效地过滤(例如，陷波滤波)由VFG生成的电力的分量，并将其提供为激励信号。以这种方式调节激励信号防止和/或减少了对传动机构和/或VFG的扭振的反馈感应放大，从而增加了电气组件的使用寿命，降低了维护要求，和/或增加了VFG所生成的电力的质量。
而且，本公开包括根据下列条款的示例：
条款1.一种飞行器推进器(100)，该飞行器推进器包括：变频发电机(212)，该变频发电机联接至传动机构(210)，其中，所述传动机构(210)具有关联的扭振频率；激励器电路(214)，该激励器电路用于响应于激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应出磁场，以响应于所述传动机构(210)的转动而通过所述变频发电机(212)来生成电力(232)；以及补偿电路(222)，该补偿电路电联接至所述激励器电路(214)以调节所述激励信号(230)，从而过滤所述传动机构(210)的扭振频率在由所述变频发电机(212)所提供的所述电力(232)中的影响。
条款2.根据条款1所述的飞行器推进器(100)，其中，响应于所调节的激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应的调节磁场对响应于所述传动机构(210)的转动而生成的所述电力(232)执行陷波滤波。
条款3.根据条款1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述补偿电路(222)包括控制器(220)，该控制器基于所述传动机构(210)的一个或更多个特性来调节所述激励信号(230)。
条款4.根据条款3所述的飞行器推进器(100)，其中，所述一个或更多个特性是存储在所述补偿电路(222)的存储器(224)中的预定特性。
条款5.根据条款3所述的飞行器推进器(100)，其中，所述补偿电路(222)包括控制器(220)，该控制器用于执行测试操作以确定所述一个或更多个特性。
条款6.根据条款5所述的飞行器推进器(100)，其中，所述控制器(220)操作所述激励器电路(214)，以在多个可能扭振频率上选择性地滤波所述电力(232)，从而标识与所述传动机构(210)关联的所述扭振频率。
条款7.根据条款1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述关联的扭振频率包括所述传动机构(210)的固有频率。
条款8.根据条款1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述激励器电路(214)包括激励器(250)，该激励器电联接至励磁线圈(252)，以响应于所述激励信号(230)向所述励磁线圈(252)提供电流，从而感应所述磁场。
条款9.根据条款1所述的飞行器推进器(100)，所述飞行器推进器还包括：动力单元(136)；并且所述传动机构(210)将所述动力单元(136)联接至所述变频发电机(212)，其中，所述传动机构(210)是直接驱动传动机构。
条款10.一种操作飞行器推进器(100)的动力单元(136)的方法(300)，该方法包括以下步骤：利用传动机构(210)来使(304)变频发电机(212)转动，其中，所述传动机构(210)具有关联的扭振频率；响应于激励信号(230)，利用激励器电路(214)在所述变频发电机(212)中感应出磁场；利用所述变频发电机(212)生成(306)电力(232)并且利用补偿电路(222)接收所述电力(232)；利用补偿电路(222)调节(308)所述激励信号；以及将所调节的激励信号应用(310)至所述激励器电路(214)，从而过滤所述传动机构(210)的扭振频率在由所述变频发电机(212)所提供的电力(232)中的影响。
条款11.根据条款10所述的方法(300)，其中，响应于所调节的激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应的调节磁场对响应于所述传动机构(210)的转动而生成的所述电力(232)执行陷波滤波。
条款12.根据条款10所述的方法(300)，其中，所述激励信号(230)基于所述传动机构(210)的一个或更多个特性来调节。
条款13.根据条款12所述的方法(300)，其中，所述一个或更多个特性是预定特性。
条款14.根据条款12所述的方法(300)，所述方法还包括以下步骤：执行测试操作以确定所述一个或更多个特性。
条款15.根据条款14所述的方法(300)，其中，所述测试操作包括以下步骤：操作所述激励器电路(214)，以在多个可能扭振频率上选择性地滤波所述电力(232)，从而标识与所述传动机构(210)关联的所述扭振频率。
条款16.根据条款10所述的方法(300)，其中，所述关联的扭振频率包括所述传动机构(210)的固有频率。
条款17.根据条款10所述的方法(300)，其中，所述激励器电路(214)包括激励器(250)，该激励器电联接至励磁线圈(252)，以响应于所述激励信号(230)向所述励磁线圈(252)提供电流，从而感应所述磁场。
条款18.根据条款10所述的方法(300)，其中，动力单元(136)，该动力单元使(304)所述传动机构(210)转动以使所述变频发电机(212)转动，并且其中，所述传动机构(210)是直接驱动传动机构。
条款19.一种飞行器(50)，该飞行器包括：机身(170)；机翼(172)；以及飞行器推进器(100)，该飞行器推进器联接至机身(170)和/或机翼(172)，所述飞行器推进器(100)包括：动力单元(136)；联接至所述动力单元的传动机构(210)，其中，所述传动机构(210)具有关联的扭振频率；联接至所述传动机构(210)的变频发电机(212)；激励器电路(214)，该激励器电路用于响应于激励信号(230)在所述变频发电机(212)中感应出磁场，以响应于所述传动机构(210)的转动而通过所述变频发电机(212)发电(232)；以及补偿电路(222)，该补偿电路电联接至所述激励器电路(214)以调节所述激励信号(230)，从而过滤所述传动机构(210)的扭振频率在由所述变频发电机(212)所生成的所述电力(232)中的影响。
条款20.根据条款19所述的飞行器(50)，其中，响应于所述调节激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应的调节磁场对响应于所述传动机构(210)的转动而生成的所述电力(232)执行陷波滤波。
上述示例例示但不限制本发明。还应明白，根据本发明的原理，许多修改例和变型例也是可行的。因此，本发明的范围仅通过所附权利要求书来限定。
Claims (15)
1.一种飞行器推进器(100)，该飞行器推进器(100)包括：
变频发电机(212)，该变频发电机(212)联接至传动机构(210)，其中，所述传动机构(210)具有关联的扭振频率；
激励器电路(214)，该激励器电路(214)用于响应于激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应出磁场，以响应于所述传动机构(210)的转动而通过所述变频发电机(212)来生成电力(232)；以及
补偿电路(222)，该补偿电路电(222)联接至所述激励器电路(214)以调节所述激励信号(230)，从而过滤所述传动机构(210)的扭振频率在由所述变频发电机(212)所提供的所述电力(232)中的影响。
2.根据权利要求1所述的飞行器推进器(100)，其中，响应于经调节的激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应出的经调节的磁场对响应于所述传动机构(210)的转动而生成的所述电力(232)执行陷波滤波。
3.根据权利要求1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述补偿电路(222)包括控制器(220)，该控制器(220)基于所述传动机构(210)的一个或更多个特性来调节所述激励信号(230)。
4.根据权利要求3所述的飞行器推进器(100)，其中，所述一个或更多个特性是存储在所述补偿电路(222)的存储器(224)中的预定特性。
5.根据权利要求3所述的飞行器推进器(100)，其中，所述补偿电路(222)包括控制器(220)，该控制器(220)执行测试操作以确定所述一个或更多个特性。
6.根据权利要求5所述的飞行器推进器(100)，其中，所述控制器(220)操作所述激励器电路(214)，以在多个可能扭振频率上选择性地对所述电力(232)进行滤波，从而识别与所述传动机构(210)关联的所述扭振频率。
7.根据权利要求1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述关联的扭振频率包括所述传动机构(210)的固有频率。
8.根据权利要求1所述的飞行器推进器(100)，其中，所述激励器电路(214)包括激励器(250)，该激励器(250)电联接至励磁线圈(252)，以响应于所述激励信号(230)而向所述励磁线圈(252)提供电流，从而感应出所述磁场。
9.根据权利要求1所述的飞行器推进器(100)，所述飞行器推进器(100)还包括：
动力单元(136)；并且
所述传动机构(210)将所述动力单元(136)联接至所述变频发电机(212)，其中，所述传动机构(210)是直接驱动传动机构。
10.一种操作飞行器推进器(100)的动力单元(136)的方法(300)，该方法(300)包括以下步骤：
利用传动机构(210)来使变频发电机(212)转动(304)，其中，所述传动机构(210)具有关联的扭振频率；
响应于激励信号(230)而利用激励器电路(214)在所述变频发电机(212)中感应出磁场；
利用所述变频发电机(212)来生成(306)电力(232)，并且利用补偿电路(222)来接收所述电力(232)；
利用补偿电路(222)来调节(308)所述激励信号；以及
将经调节的激励信号应用(310)至所述激励器电路(214)，从而过滤所述传动机构(210)的扭振频率在由所述变频发电机(212)所提供的电力(232)中的影响。
11.根据权利要求10所述的方法(300)，其中，响应于经调节的激励信号(230)而在所述变频发电机(212)中感应出的经调节的磁场对响应于所述传动机构(210)的转动而生成的所述电力(232)执行陷波滤波。
12.根据权利要求10所述的方法(300)，其中，所述激励信号(230)基于所述传动机构(210)的一个或更多个特性来调节。
13.根据权利要求12所述的方法(300)，其中，所述一个或更多个特性是预定特性。
14.根据权利要求12所述的方法(300)，所述方法(300)还包括以下步骤：执行测试操作以确定所述一个或更多个特性，其中，所述测试操作包括：操作所述激励器电路(214)，以在多个可能扭振频率上选择性地对所述电力(232)进行滤波，从而识别与所述传动机构(210)关联的所述扭振频率。
15.根据权利要求10所述的方法(300)，其中，满足以下各项中的至少一个：
所述关联的扭振频率包括所述传动机构(210)的固有频率；
所述激励器电路(214)包括激励器(250)，该激励器(250)电联接至励磁线圈(252)，以响应于所述激励信号(230)而向所述励磁线圈(252)提供电流，从而感应出所述磁场；以及
动力单元(136)使所述传动机构(210)转动(301)，以使所述变频发电机(212)转动，并且其中，所述传动机构(210)是直接驱动传动机构。
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