CN112713838B - 致动器和操作致动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及致动器和操作致动器的方法。一种致动器包括电动机和配置为存储电动机电流的参考进程（Tref）的控制器。参考进程（Tref）表示当电动机将致动部件从第一位置移动到第二位置时预期的电动机电流的进程，且包括用于在从第一位置到第二位置的致动范围内的不同致动位置（p）的一组参考电流值（Tq）。控制器进一步配置为通过检查当前电动机电流相对于在当前致动位置（pc）处所预期的电动机电流的参考值（Tref）是否偏离超过设定的容限水平（tc）来检测致动部件的故障致动。

Description

致动器和操作致动器的方法
本申请是申请日为2016年9月8日、申请号为201680058196.7、发明名称为“致动器和操作致动器的方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种致动器和一种操作致动器的方法。特别地，本发明涉及一种致动器，其包括用于将致动部件运动到致动位置的电动机和连接到电动机并配置成检测电动机旋转的控制器。
背景技术
带有电动机和用于控制电动机的控制器的致动器用在其中使致动部件运动的大量应用中。例如，这些致动部件各自通过包括传动轴、齿轮、链条和/或杠杆或杆在内的联接装置联接到致动器或其电动机。根据应用，例如在HVAC（加热，通风，空调和冷却）应用中，致动部件包括阀、阻尼器、挡板等，例如，用于调整孔口以调节通过管子和管道的流体例如水或空气的流量。通常，对于控制致动部件的运动的控制器，控制器需要关于致动部件的当前位置的信息。由于致动部件的位置限定了流体流动并且因此限定了HVAC应用中的热能流动，所以该位置的准确性对于实现规定的HVAC设定点并且达到HVAC应用中的总体能量效率的效果具有显著影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种致动器和一种操作致动器的方法，该致动器和方法不具有现有技术的至少一些缺点。具体而言，本发明的目的是提供一种致动器和一种操作致动器的方法，该致动器和方法能够实现致动部件的准确定位。
根据本发明，这些目的是通过独立权利要求的特征来实现的。 另外，从从属权利要求和说明书得出其他的有利实施例。
致动器包括用于将致动部件运动到致动位置的电动机以及连接到电动机并配置成检测电动机旋转的控制器。
根据本发明，特别实现了上述目的，因为致动器的控制器进一步配置为确定致动位置，通过在电动机以等于或高于指示负载扭矩的阈值运转时计数所检测的电动机旋转，并且在电动机低于所述阈值运转时不计数所检测的电动机旋转。
在一个实施例中，控制器配置成确定电动机的电动机电流，并且通过在电动机电流等于或高于指示负载扭矩的电流阈值时计数所检测的电动机旋转以及在电动机电流低于所述电流阈值时不计数所检测的电动机旋转，确定致动位置。换句话说，控制器被配置为基于电动机旋转的（全部或部分）数量计算致动位置，包括当电动机电流水平指示电动机以负载扭矩运转时执行的电动机旋转，并且不包括当电动机电流水平指示电动机未在负载扭矩下运转时执行的电动机旋转。因此，致动位置的精确性得到提高，因为致动位置的计算中排除了在致动部件未运动时旋转方向的改变期间电动机的空转。
在一个实施例中，控制器进一步配置成在电动机将致动部件从第一致动位置沿向前方向运动到第二致动位置，并且从第二致动位置沿相反方向到第一个致动位置的同时，记录电动机电流的进程，并根据记录的电动机电流进程定义电流阈值。所记录的电动机电流进程表示在电动机的方向改变期间电动机电流水平的变化，并且使得能够检测系统滞后，并且因此定义电流阈值，该电流阈值用于确定电动机是否有效地运动致动部件，并且因此根据电动机的旋转方向来增大或减小致动位置。在一个实施例中，控制器被配置为在控制电动机的同时记录电动机电流进程，例如，在初始和/或重复校准阶段期间，将致动部件从第一致动位置沿向前方向运动到第二致动位置，以从第二致动位置沿相反方向运动到第一致动位置。
在一个实施例中，控制器配置为重复例如周期性地或偶尔不时地记录电动机电流进程并且从所记录的电动机电流进程中重复定义电流阈值。因此，系统滞后的检测且因而是电流阈值适应于由磨损、湿度、温度、污垢等引起的致动系统的变化。
在一个实施例中，控制器进一步配置为通过检查当前电动机电流相对于在当前致动位置处预期的电动机电流的参考值是否偏离超过设定的容限水平来检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，控制器进一步配置为在致动部件正被运动到致动位置的同时通过检查电动机电流是否超过指示过大扭矩的电流阈值来检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，控制器进一步配置为在致动位置不是端点位置时通过检查电动机电流是否达到或超过指示所述端点位置的电流阈值来检测致动部件的故障致动。
在另一个实施例中，控制器配置为使用流量传感器确定通过由致动器控制的阀的流体流量，并且通过在流体流量随着电动机运动而改变的时候计数（包括）所检测的电动机旋转并且通过在流体流量随着电动机运动而保持不变的时候不计数（不包括）所检测的电动机旋转来确定致动位置。
在一个实施例中，控制器进一步配置为通过检查用于将致动部件从第一致动位置运动到第二致动位置的致动时间是否超过指示正常致动时间的时间阈值来检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，控制器进一步配置为通过检查电动机旋转是否超过指示电动机的端点位置的旋转阈值来检测电动机的空转。
在一个实施例中，控制器配置成通过测量分流器上的电压来确定电动机电流。
在一个实施例中，控制器配置为通过使用一个或多个位置传感器来检测电动机旋转。
在一个实施例中，控制器配置为生成用于控制电动机的PWM信号，并且从PWM信号检测电动机旋转。
在一个实施例中，控制器进一步配置为在电动机以低于所述阈值运转的时候控制电动机以更高的速度运转，并且在电动机以所述阈值或高于所述阈值运转的时候控制电动机以更低的速度运转。
根据本发明，通过用于操作致动器的方法进一步具体实现上述目的。该方法包括通过在电动机以等于或高于指示负载扭矩的阈值运转的时候计数所检测的电动机旋转并且通过在电动机以低于所述阈值运转的时候不计数所检测的电动机旋转来在控制器中确定致动位置。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器确定电动机的电动机电流，以及通过在电动机电流等于或高于指示负载扭矩的电流阈值的时候计数所检测的电动机旋转并且在电动机电流低于所述电流阈值的时候不计数所检测的电动机旋转来确定致动位置。
在一个实施例中，该方法进一步包括在电动机将致动部件从第一致动位置沿向前方向运动到第二致动位置以及从第二致动位置沿相反方向到第一个致动位置的时候，控制器记录电动机电流的进程，并根据记录的电动机电流进程定义电流阈值。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器重复记录电动机电流的进程，并从所记录的电动机电流进程重复定义电流阈值。
在一个实施例中，该方法进一步包括通过检查当前电动机电流相对于在当前致动位置处预期的电动机电流的参考值是否偏离超过设定的容限水平，控制器检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，该方法进一步包括通过在致动部件正被运动到致动位置时控制器检查电动机电流是否超过指示过大扭矩的电流阈值来检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，该方法进一步包括在致动位置不是端点位置时通过检查电动机电流是否达到或超过指示所述端点位置的电流阈值，控制器检测致动部件的故障致动。
在另一个实施例中，该方法进一步包括控制器使用流量传感器确定通过由致动器控制的阀的流体流量，并且通过在流体流量随着电动机运动而改变的同时计数电动机旋转以及通过在流体流量随着电动机运动而保持不变的同时不计数电动机旋转来确定致动位置。
在一个实施例中，该方法进一步包括通过检查用于将致动部件从第一致动位置运动到第二致动位置的致动时间是否超过指示正常致动时间的时间阈值，控制器检测致动部件的故障致动。
在一个实施例中，该方法进一步包括通过检查电动机旋转是否超过指示电动机的端点位置的旋转阈值，控制器检测电动机的空转。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器通过测量分流器上的电压来确定电动机电流。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器使用位置传感器检测电动机旋转。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器生成用于控制电动机的PWM信号，并且从PWM信号检测电动机旋转。
在一个实施例中，该方法进一步包括控制器在电动机以低于所述阈值运转的时候控制电动机以更高的速度运转，并且在电动机以所述阈值或高于所述阈值运转的时候控制电动机以更低的速度运转。
附图说明
通过举例的方式，参考附图将更详细地解释本发明，其中：
图1：示意性地示出了具有控制器和电动机的致动器的框图。
图2：示意性地示出了致动器经由联接装置在关闭位置和打开位置之间运动致动部件的框图。
图3：示出曲线图，说明当致动器在两个位置之间运动致动部件时联接到致动部件的致动器的系统滞后，这个滞后反映方向的变化。
图4：示出曲线图，说明当致动器改变致动部件的运动方向时，电动机电流随时间进程变化的系统滞后。
图5：示出了示意性地示出致动器通过联接装置将致动部件从打开位置运动到关闭位置的框图。
图6：示出曲线图，说明示出当致动部件从初始打开位置分别运动到关闭端点位置或闭锁位置时致动器的扭矩。
图7：示出了示意性地示出致动器在应变条件下经由联接装置从关闭位置运动到打开位置的致动器的框图。
图8：示出曲线图，说明在有应变条件或没有应变条件下，当致动部件从初始关闭位置运动到打开端点位置时，致动器的扭矩。
图9：示意性地示出了具有与致动部件的错误联接布置的致动器的框图。
图10：示出曲线图，说明在致动器执行用于将致动部件从初始关闭位置运动到打开位置的运动时致动器的扭矩，此时致动器和致动部件有或者没有错误的联接。
图11：示出了说明用于确定致动部件的位置的示例性步骤序列的流程图。
具体实施方式
在图1、2、5、7和9中，附图标记1表示致动器，例如HVAC致动器。如图1所示，致动器1包括电动机11和连接到电动机11的控制器10。电动机11是直流电动机，特别是无刷直流电动机。控制器10包括逻辑单元，例如ASIC（专用集成电路），编程处理器或另一电子电路。
控制器10或其逻辑单元相应地配置为控制电动机11。具体地，控制器10配置为通过产生用于开关单元13的控制信号以从DC电源4产生用于驱动电动机11的AC电信号来使电动机11换向。更具体地，控制器10配置为产生用于控制开关单元13的PWM（脉宽调制）信号。控制器10进一步配置为确定供应给电动机11的电动机电流i。 在一个实施例中，控制器10配置为根据在分流器上测量并由A / D转换器（模拟/数字）转换的电压来确定电动机电流i。控制器10进一步配置为检测由电动机11执行的旋转。在一个实施例中，致动器1或其电动机11相应地包括一个或多个位置传感器，并且控制器10配置为使用来自位置传感器的位置信号来检测电动机旋转。例如，位置传感器包括电位计或一个或多个霍尔传感器。在另一个实施例中，控制器配置为根据所产生的PWM信号来确定电机旋转。取决于实施例或配置，控制器10和/或位置传感器相应地配置为不仅检测完整旋转，还检测部分旋转，例如，2.25 或5.75转（或使用基于电位计的位置传感器实现的更小增量）。
如在图1、2、5、7和9中示意性地示出的，在其应用和安装状态下，致动器1或其电动机11相应地通过联接装置12联接到致动部件2上。联接装置12使致动器1或其电动机11相应地能够运动致动部件2。例如，联接装置12包括传动轴、齿轮、链条、杠杆、杆、夹具和/或形状配合元件。致动部件2包括阀、阻尼器、闸板、挡板或其他机械部件，例如用于调节通过管道或导管的孔口以调节流体例如水或空气的流动的阀门，例如在HVAC系统中。根据应用、配置和/或安装，由电动机11执行的旋转通过联接装置12转换或传递为致动部件2的旋转或平移运动。
如图1中由附图标记100所示，致动器1、联接装置12和致动部件2形成致动系统100。
图2、5、7和9示出了致动系统100的示例，其中联接装置12包括用于将致动器1联接到致动部件2的杠杆和铰接接头，致动部件2具有布置在管道3中的闸板的形式。如图2、5、7和9所示，联接装置12和致动器1配置为使致动部件2在从第一端点位置（例如关闭位置）到第二端点位置（例如打开位置）的运动范围内运动，其中，在第一端点位置时，闸板关闭通过管道3的通道以阻止任何流体流动，在第二端点位置时，闸板使管道3打开供最大流体流动。图2示出了在被致动器1从由附图标记2'指示的初始打开位置运动之后致动部件2处于关闭位置的情况。
图3以曲线图示出致动系统100的滞后H。系统滞后H反映了致动部件2的运动对电动机11的旋转方向的变化的延迟响应。在x坐标上，图3以电动机旋转的形式示出电动机11的位置m。在y坐标上，图3以角度或相对距离的形式示出致动部件2的位置p。如图3所示，在步骤S1中，电动机11改变其方向并且沿正方向（例如顺时针方向）旋转，使（部分或全部）旋转次数从初始值或电动机位置ml旋转增加到m1*的值或电动机位置。归因于在电动机11从电动机位置m1向m1*的旋转期间致动部件2的运动因为游隙（play）而产生的延迟响应，致动部件2不改变其位置p并保持在位置p1处。在步骤S2中，电动机11保持在与步骤S1中相同的方向旋转；然而，致动部件2现在正被电动机11运动并且改变其位置p。如图3所示，在步骤S2中，当电动机11已旋转或运动到电动机位置m2时，致动部件2从其初始位置p1运动到新位置p2。在步骤S3中，电动机11逆转其方向（例如逆时针方向），将（部分或全部）旋转次数从m2旋转的值或电动机位置减小到m2 *的值或电动机位置。同样地，归因于在电动机11从电动机位置m2向m2*的旋转期间致动部件2的运动因游隙而产生的延迟响应，致动部件2不改变其位置p并保持在位置p2处。在步骤S4中，电动机11保持与步骤S3中相同的方向旋转；然而，致动部件2现在正被电动机11运动并且改变其位置p。如图3所示，在步骤S4中，当电动机11已旋转或移回到电动机位置m1时，致动部件2从其位置p2运动到新位置p1。随着时间的过去，系统滞后H随着游隙的变化而变化，并且取决于各种因素，例如致动器1的机械部件，联接装置12和致动部件的公差和/或磨损以及温度和/或湿度对这些和其他组分如润滑剂的影响。
图4以曲线图示出了当电动机11和致动部件2执行上面结合系统滞后H描述的运动时电动机电流i的时间进程。如图4所示，从时间点t1直到时间点t1*，即在步骤S1期间，电动机电流i处于低电平i0，表示在电动机11上几乎没有任何负载的情况下的最小扭矩。随后，从时间点t1*直到时间点t2，即在步骤S2期间，电动机电流i处于相对较高的电平iL，表示在电动机11上与致动部件2的全部负载对应的负载扭矩。随后，电动机电流i的进程将处于低电平i0，而在步骤S3期间致动部件2没有对电动机11的任何显著负载，并且在步骤S4期间，在高电平iL处，致动部件2的全部负载在电动机11上。
在以下段落中，参照图3和11描述的是由控制器10执行的用于确定致动部件2的致动位置的步骤的可能顺序。实质上，控制器10配置为在计算致动位置p时包括在电动机以等于或大于表示负载扭矩的阈值iT运转时检测到的（部分或全部）电动机旋转m，并且在计算致动位置p时不包括在电动机以低于所述阈值运转时检测到的电动机（部分或全部）旋转m。具体而言，控制器10配置为在计算致动位置p时包括（计数）在电动机电流i处于或高于表示负载扭矩的设定电流阈值iT时检测到的（部分或全部）电动机旋转m，并且在计算致动位置p时不包括（不计数）在电动机电流i低于所述电流阈值iT时检测到的电动机（部分或全部）旋转m。或者，代替将电动机电流i与电流阈值iT进行比较以确定电动机是否在等于或低于负载扭矩运转，控制器10配置为相应地基于扭矩的测量确定电动机11的系统滞后或运转状态。具体而言，控制器10配置为将测量的扭矩与指示负载扭矩的扭矩阈值进行比较。
在替代实施例中，控制器10配置为相应地基于通过由致动器1控制的阀的流体流量的测量来确定电动机11的系统滞后或运转状态。 具体地，控制器10配置为使用流量传感器来确定流体流量，并且在计算致动位置p时包括（计数）在流体流量变化（增大或减小）即表示电动机在负载扭矩下运转时检测到的（部分或全部）电动机旋转m，并且在计算致动位置p时不包括（不计数）在流体流量保持基本上不变即表示电动机不在负载扭矩下运转时检测到的（部分或全部）电动机旋转m。本领域技术人员将理解，用于判定流体流量实际上是变化的还是保持恒定的标准可以相应地与指示流体流量增加或减少的阈值或流体流量恒定的阈值相关联，例如，上限和下限流量变化阈值。
在一个实施例中，相应地为电流阈值或扭矩阈值使用两个不同的值，以便分别允许测量的电动机电流i或扭矩的“噪声”或“抖动”，例如，用于检测滞后H的空闲阶段的开始（在图4中的t1或t2处）的较低阈值以及用于检测滞后H的空闲阶段的结束（在图4中的t1*处）的相对较高的上阈值。确定下阈值和上阈值之间的差值，使得所述差值分别大于所测量的电动机电流i或扭矩上的“噪声”或“抖动”的值。
在另一个实施例中，电流阈值的数值或扭矩阈值的数值相应地由控制器10根据电动机11的速度来设定或调整。例如，对于不同的电动机速度，不同的阈值被存储在控制器10中。具体而言，更高的阈值被存储并且用于增加的或更高的电动机速度。
在又一个实施例中，为了提高效率并改善性能，取决于电动机11或致动部件2的预期或编程方向，控制器10在电动机11上相应地施加正向偏置（对于预期的向前方向）或反向偏置（对于预期的反向），即，控制器10控制电动机11驱动通过系统滞后H的空闲阶段（例如，分别在图4中从电动机位置ml到ml*或从电动机位置m2到m2*），从而，在实际的命令或信号之间没有或仅有最小的延迟，以在预期的方向上运动致动部件2。
如图11所示，在可选步骤S10中，在控制电动机11以在步骤S1和S2中使致动部件2从第一致动位置p1沿向前方向运动到第二致动位置p2并且在步骤S3和S4中使致动部件2从第二致动位置p2沿相反方向运动到第一致动位置p1时，控制器10通过记录电动机电流i的进程来测量系统滞后H。应该指出的是，在一个实施例中，控制器10通过在电动机11的常规运转期间记录电动机电流i的进程来测量系统滞后H，即在校准阶段期间没有有目的地控制电动机11以使致动部件2从第一致动位置p1沿向前方向运动到第二致动位置p2，以及使致动部件2从第二致动位置p2沿相反方向运动到第一致动位置p1。
在步骤S11中，控制器根据所记录的电动机电流i的进程（如图4部分所示）确定指示负载扭矩的电流阈值iT。例如，电流阈值iT被设置为测量的电动机电流i的高电平iL，表示致动部件2的全部负载作用于电动机11上的负载扭矩，或者设置为由高电平电动机电流iL导出的值，例如在iT= iL的95％。本领域技术人员将理解，在基于扭矩测量的方法中，可以基于在电动机11和致动部件2执行上文结合系统滞后H描述的运动时所记录的扭矩值的进程相应地确定扭矩阈值的数值。
如步骤ΔT所示，在一个实施例中，控制器10重复执行电动机电流i的滞后的测量，以便考虑致动系统100中的游隙的时间变化并因此考虑系统滞后H的变化，并根据新的测量结果相应地重新设置当前阈值iT。 因此，控制器10重复记录电动机电流i（或扭矩）的进程，并且从所记录的电动机电流i的进程（或所记录的扭矩进程）重复定义电流阈值（或扭矩阈值）。
如本领域技术人员将理解的，可选地，当前阈值iT（或扭矩阈值）被静态地设置为系统参数，例如，基于指示针对致动器1、电动机11、联接装置12和致动部件2的不同配置和组合的不同电流阈值iT（或不同扭矩阈值）的配置表。
在步骤S12中，控制器10确定是否检测到电动机（部分或全部）旋转。
如果检测到旋转，则控制器10在步骤S13中确定当前的电动机电流i（或扭矩）是否等于或高于设定的电流阈值iT（或扭矩阈值）。 在基于流体流量的方法中，控制器10确定流体流量是否以等于或大于流量变化的设定阈值的变化率而增加或减少。
如果电动机电流i（或扭矩）低于设定的电流阈值iT（或扭矩阈值），则控制器10通过检查是否检测到电动机旋转而在步骤S12中前进。 在基于流体流量的方法中，如果流体流量的变化率低于流量变化的阈值，则控制器10相应地前进。
否则，如果电动机电流i（或扭矩）等于或高于设定的电流阈值iT（或扭矩阈值），则控制器10在步骤S14确定电动机11当前是否正在沿着正向（例如，顺时针）方向运动。在基于流体流量的方法中，如果流体流量的变化率等于或高于流量变化的阈值，则控制器10相应地前进。
如果电动机11正在沿着正向方向运动，则在步骤S15中，控制器10将致动位置p增加一个值，该值对应于由一个（或部分）电动机旋转引起的致动部件2的运动（平移或旋转）。
另一方面，如果电动机11正在沿着负方向（例如逆时针方向）运动，则在步骤S16中，控制器10将致动位置p减小一个值，该值对应于由一个（或部分）电动机旋转引起的致动部件2的运动（平移或旋转）。
本领域的技术人员将会理解，随着方向变化数量的增加，因此是电动机11或致动器1的运转，相应地，通过带有在电动机11与致动部件2之间的游隙的系统滞后H，累计错误增加。因此，随着方向改变的数量的增加，所确定的致动位置的精度恶化并且可能地，确定的致动位置漂移。因此，控制器10随时间重新同步致动位置的值。例如，每当致动部件处于已知位置例如在定义的关闭或打开位置，例如根据配置而在0°或90°时，控制器10就重新同步致动位置的值。
在一个实施例中，系统滞后H的检测不仅用于更准确地确定致动位置，而且还用于在电动机11处于空转模式下旋转时使其加速通过滞后H或电动机11与致动部件2之间的游隙。具体来说，控制器10配置为当电动机11以低于扭矩负载运转时（例如由处于或高于相应的阈值的电动机电流i或扭矩表示，或者由随着旋转的电动机11而增加的流体流量表示），控制电动机11以较高的速度运转，以及当电动机11以扭矩负载运转时（例如由低于相应的阈值的电动机电流i或扭矩表示，或者由在电动机11旋转的同时保持不变的流体流量表示），控制电动机11以较低速度运转。
控制器10进一步配置为使用所确定的致动位置p和当前电动机电流i来识别由于各种原因而导致的故障致动。基本上，控制器10配置为通过检查当前电动机电流i相对于在当前致动位置p处所预期的电动机电流的参考值是否偏离超过设定的容限水平来检测故障，由此，电动机电流代表当前扭矩。
在图6、8和10中，附图标记Tref指的是在正常情况下电动机电流i或相应扭矩的预期进程，此时，致动部件2被电动机11从初始第一端点位置（例如打开位置）移动到第二端点位置（例如关闭位置）。电动机电流或扭矩Tref的这个参考进程相应地例如存储在控制器10中作为用于不同致动位置p的一组参考扭矩或电流值Tq，或者用于从第一到第二端点位置的致动范围内的一系列致动位置p的一组参考扭矩或电流值Tq。在图6、8和10中，电流或扭矩值Tq表示为定义的最大电动机电流或扭矩值Tmax的百分比。
图5示出致动系统100的情况，其中，致动部件2的运动受到障碍物4的限制。障碍物4阻挡致动部件2或联接装置12的部件。在图5所示的示例中，致动部件2被障碍物4阻挡，使得致动部件2不能从由附图标记2'表示的打开位置完全运动到关闭位置。
图6说明了由图5的阻挡情况引起的电动机电流或扭矩Te1的进程。如图6所示，由于障碍物4的阻挡，电动机电流或扭矩Te1的进程明显偏离电动机电流或扭矩Tref的参考进程，因为它在例如约80°的阻挡位置处增加到最大电动机电流或扭矩值Tmax，在端点位置例如约90°的关闭位置之前达到。控制器10配置为通过检查当前电动机电流或扭矩Tq是否在致动部件2到达关闭端点位置之前达到或超过电动机电流或扭矩阈值Tth来检测致动部件2的这种故障致动。
图7示出致动系统100的情况，其中，由于受阻、受损或被卡的联接装置12或铰接接头等，致动部件2的致动发生变形。如图7所示，当致动部件2从由附图标记2'表示的关闭位置运动到打开位置时，障碍物5使致动部件2或联接装置12的部件的致动变形。
图8说明了由图7的阻挡情况引起的电动机电流或扭矩Te2的进程。如图8所示，由于障碍物5，电动机电流或扭矩Te2的进程明显偏离电动机电流或扭矩Tref的参考进程，因为其在致动部件2从大约10°的初始位置到大约90°的打开端点位置的整个运动或致动期间具有增加的水平。 控制器10配置成在致动部件2正在被移动至致动位置时通过检查当前电动机电流或扭矩Tq是否达到或超过表示过大电流或扭矩Tq的电动机电流或扭矩阈值Tth来检测致动部件2的这种故障致动。
在一个实施例中，控制器10配置成通过检查当前电动机电流或扭矩Tq是否偏离在当前致动位置pc处预期的电动机电流或扭矩Tref的参考值超过定义的容限水平tc（例如百分比或数值范围）来检测图5-8的致动部件2的故障致动。
图9示出致动系统100的情况，其中致动部件2的联接装置12有故障。具体而言，联接装置12没有将致动器1正确地联接到致动部件2上，例如，因为联接装置12的安装或者部件出现故障。由于联接装置12的故障，致动器1或其电动机11分别实际上空转，而不移动致动部件2。因此，致动器1不会被致动部件2的端点位置停止或限制，而且将运动到其固有的端点位置（机械地设定或通过编程设定的端点）。
图10示出了由图9的阻挡情况引起的电动机电流或扭矩Te3的进程。与图6和8不同，在图10中，电动机电流或扭矩Te3的进程以及电动机电流或扭矩Tref的参考进程相对于电动机位置m而不是致动位置p进行描述，因为致动部件2实际上没有被致动器1移动。 如图10所示，由于联接装置12的故障，电动机电流或扭矩Te3的进程明显偏离电动机电流或扭矩Tref的参考进程，因为它在延伸的电动机位置m处增加到最大电动机电流或扭矩值Tmax，该延伸的电动机位置超出正常情况下的致动部件2的常规端点位置，例如，在大约105°的电动机端点位置处。控制器10配置为在致动部件2到达预期的端点位置之前，即，在计算的致动位置p处于或超出致动部件2的预期端点位置，即预期的关闭或打开位置之前，通过检查电动机位置m是否超过或达到表示电动机端点位置的位置阈值mth或者通过检查当前电动机电流或扭矩Tq是否达到或超过电动机电流或扭矩阈值Tth，来检测电动机11的这个空转。例如，控制器10配置为通过检查电动机旋转是否超过表示电动机11的端点位置的旋转阈值来检查电动机位置m是否超过或达到电动机端点位置。
控制器10进一步配置成通过检查用于将致动部件2从第一致动位置运动到第二致动位置的致动时间是否超过指示正常致动时间的（存储的）时间阈值来检测致动部件2的故障致动。
关于弹簧复位致动器1，其中，在电力故障的情况下，电动机11并且因此致动部件2通过弹簧运动到安全位置例如致动部件2的关闭或打开位置，控制器10配置为检测受阻和/或变形的复位运动。为此目的，控制器10配置为在测试模式下测量供弹簧用以使电动机11和致动部件2复位到安全位置的复位时间，并检查测量的复位时间是否超过指示变形或受阻复位时间的复位时间阈值例如25秒。
控制器10配置为向用户指示任何检测到的故障或障碍，例如，通过产生声音和/或视觉报警信号。在一个实施例中，控制器10进一步配置成将警报信号传输到更高级别或监督控制系统，向控制系统指示致动器1的标识符和/或位置。在一个实施例中，控制器10进一步配置为生成用于设置致动器1以降低的电动机速度运转的控制信号。

Claims (16)

1.一种HVAC致动器(1)，包括用于使致动机械部件(2)移动到致动位置用于调整孔口以调节通过HVAC系统中的管子或管道的流体流动的电动机(11)，以及连接到电动机(11)的控制器(10)，
其中，HVAC致动器(1)的控制器(10)配置为，存储电动机电流(i)的参考进程(Tref)，该参考进程(Tref)表示当HVAC致动器(1)的电动机(11)将致动机械部件(2)从第一位置移动到第二位置时预期的电动机电流(i)的进程，且包括在从第一位置到第二位置的致动范围内的不同致动位置处所预期的所述电动机电流(i)的一组参考电流值(Tq)；
其中所述控制器(10)配置为确定所述致动机械部件(2)的当前致动位置；以及
其中，控制器(10)进一步配置为通过检查当前电动机电流相对于在所述当前致动位置处所预期的所述电动机电流(i)的所述参考电流值(Tq)是否偏离超过设定的容限水平来检测致动机械部件(2)的故障致动。
2.如权利要求1所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为在致动机械部件(2)正被移动到致动位置的时候通过检查电动机电流(i)是否超过指示过大扭矩的电流阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
3.如权利要求1或2所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为在致动位置不是端点位置时通过检查电动机电流(i)是否达到或超过指示所述端点位置的电流阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
4.如权利要求1或2所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为通过检查用于将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置的致动时间是否超过指示正常致动时间的时间阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
5.如权利要求1或2所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为在电动机(11)将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置时记录电动机电流(i)的进程。
6.如权利要求5所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)配置为在校准阶段期间控制电动机(11)将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置的同时记录电动机电流(i)的进程。
7.如权利要求1或2所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为检测电动机旋转，以及通过在电动机(11)以等于或高于指示负载扭矩的阈值运转的时候计数所检测的电动机旋转和在电动机(11)以低于所述阈值运转的时候不计数所检测的电动机旋转来确定致动位置。
8.如权利要求7所述的HVAC致动器(1)，其中，控制器(10)进一步配置为通过检查电动机旋转是否超过指示电动机(11)的端点位置的旋转阈值来检测电动机(11)的空转操作。
9.一种操作HVAC致动器(1)的方法，该HVAC致动器包括用于将致动机械部件(2)移动到致动位置用于调整孔口以调节通过HVAC系统中的管子或管道的流体流动的电动机(11)，以及连接到电动机(11)的控制器(10)，其中，该方法包括：
在控制器(10)中存储电动机电流(i)的参考进程(Tref)，该参考进程(Tref)表示当电动机(11)将致动机械部件(2)从第一位置移动到第二位置时预期的电动机电流(i)的进程，且包括在从第一位置到第二位置的致动范围内的不同致动位置处所预期的所述电动机电流(i)的一组参考电流值(Tq)；
通过所述控制器(10)来确定所述致动机械部件(2)的当前致动位置；以及
通过检查当前电动机电流相对于在所述当前致动位置处所预期的所述电动机电流(i)的所述参考电流值(Tq)是否偏离超过设定的容限水平来检测致动机械部件(2)的故障致动。
10.如权利要求9所述的方法，其中，该方法进一步包括控制器(10)在致动机械部件(2)正被移动到致动位置的时候通过检查电动机电流(i)是否超过指示过大扭矩的电流阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
11.如权利要求9或10所述的方法，其中，该方法进一步包括控制器(10)在致动位置不是端点位置时通过检查电动机电流(i)是否达到或超过指示所述端点位置的电流阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
12.如权利要求9或10所述的方法，其中，该方法进一步包括控制器(10)通过检查用于将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置的致动时间是否超过指示正常致动时间的时间阈值来检测致动机械部件(2)的故障致动。
13.如权利要求9或10所述的方法，其中，该方法进一步包括控制器(10)在电动机(11)将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置时记录电动机电流(i)的进程。
14.如权利要求13所述的方法，其中，该方法包括控制器(10)在校准阶段期间控制电动机(11)将致动机械部件(2)从第一致动位置移动到第二致动位置的同时记录电动机电流(i)的进程。
15.如权利要求9或10所述的方法，其中，该方法进一步控制器(10)检测电动机旋转，以及通过在电动机(11)以等于或高于指示负载扭矩的阈值运转的时候计数所检测的电动机旋转和在电动机(11)以低于所述阈值运转的时候不计数所检测的电动机旋转来确定致动位置。
16.如权利要求15所述的方法，其中，该方法进一步包括控制器(10)通过检查电动机旋转是否超过指示电动机(11)的端点位置的旋转阈值来检测电动机(11)的空转操作。
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