KR20110083497A - 전자 기계 액추에이터용 최저 온도 제어부 - Google Patents

Abstract

매우 낮은 온도에서 사용되도록 의도된 부품은 전기 모터용 제어부를 갖는 전자 기계 액추에이터를 구비한다. 제어부는 전자 기계 액추에이터에 의해 경험되는 온도를 표시하는 온도 신호를 수신한다. 제어부는 상당한 토크 없이 열을 생성할 전기 모터로 송신되는 전류 신호를 생성하도록 작동 가능하다. 전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법도 개시된다.

Description

전자 기계 액추에이터용 최저 온도 제어부 {MINIMUM TEMPERATURE CONTROL FOR ELECTROMECHANICAL ACTUATOR}

본 발명은 매우 낮은 온도로 인해 포함된 윤활제의 점도가 너무 높아지지 않을 것을 보장하는 전자 기계 액추에이터용 제어부에 관한 것이다.

전자 기계 액추에이터는 항공기의 임의 개수의 부품을 이동시키는데 이용된다. 일례로서, 안정화 장치(stabilizers)와 같은 플랩, 승강기, 러더(rudders) 등이 전자 기계 액추에이터에 의해 정확한 위치에 모두 위치 설정된다. 전자 기계 액추에이터는 일반적으로, 위치 설정 요소를 구동시켜 항공기 부품의 위치를 이동시키는 구동 모터를 포함한다. 윤활제는 일반적으로, 액추에이터의 원활한 작동을 보장하기 위해 전자 기계 액추에이터에 포함된다.

특히 항공기에서, 전자 기계 액추에이터의 사용을 위한 한가지 과제는 전자 기계 액추에이터가 매우 낮은 온도에 노출된다는 것이다. 또한, 항공편의 긴 순항 동안에, 액추에이터는 거의 사용되지 않을 수도 있어서, 액추에이터가 이들 매우 낮은 온도에 접근하게 된다.

이러한 매우 낮은 온도에서, 액추에이터 윤활제의 점도는 높아서, 마찰 손실이 증가되고 성능이 잠재적으로 저하된다.

현재, 전자 기계 액추에이터는 이러한 문제을 해결하기 위해 이러한 긴 비사용 기간 도중에 주기적으로 이동된다.

매우 낮은 온도에서 사용되도록 의도된 부품은 전기 모터용 제어부를 갖는 전자 기계 액추에이터를 구비한다. 제어부는 전자 기계 액추에이터에 의해 경험되는 온도를 표시하는 온도 신호를 수신한다. 제어부는 상당한 토크 없이 열을 생성할 전기 모터로 송신되는 전류 신호를 생성하도록 작동 가능하다.

전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법도 개시된다.

본 발명의 여러 가지 특징은 이하의 명세서 및 간단한 설명이 아래에 제시된 도면으로부터 잘 이해될 수 있다.

도 1은 항공기를 개략적으로 도시한다.
도 2는 저온을 다루기 위한 시스템의 제1 개략도이다.
도 3은 대안의 개략도이다.

도 1은 임의 유형의 플랩 또는 이동되는 다른 부품일 수도 있는 부품(22)을 갖는 항공기(20)를 개략적으로 도시한다. 위치 설정 요소(26)는 전자 기계 액추에이터(24)에 의해 구동되어, 위치 설정 요소(26)를 이동시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 전자 기계 액추에이터는 요소(26)를 이동시키는 선형 기어 트랜스미션(21)에 대한 로터리와 함께, 전기 모터(23)를 포함할 수도 있다. 공지된 바와 같이, 윤활제는 전자 기계 액추에이터의 하우징(27) 내에 발견된다. 전자 기계 액추에이터를 위한 제어부(28)는 모터의 작동을 제어하여서, 부품(22)의 정밀한 위치 설정을 달성한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 온도 피드백 신호(30)는 온도 블록(32)으로 연장된다. 32에서 보여진 온도가 임계 온도보다 낮다면, 이후 블록(32)은 "온"으로 되고, 손실 전류(Iloss)가 토크/전류 조절기(36)로 전류 신호를 송신하는 제어기로 보내진다. 토크/전류 조절기는 최대 전류 신호와 함께, 전류 신호를 합산 블록(39)에 피드백하며, 합산 블록은 블록(34)에 다시 한계를 제공한다. 또한, 측정된 전류 신호와 같이, 각도 신호가 전자 기계 액추에이터(24)로부터 토크/전류 조절기로 송신된다.

타겟 위치 신호(x*)와 실제 위치 신호(x)를 얻은 위치 설정 조절기(38)는 토크/전류 조절기로 신호를 보내고, 무슨 명령 토크(T FORCE*)가 토크/전류 조절기(36)에 신호로서 전달되어야 하는지를 결정한다. 명령된 토크, 모터 전류(i), 및 모터 위치에 기초하여, 토크/전류 조절기(36)는 인버터(37)에 명령된 전압(v*)을 생성시킨다. 더욱이, 토크/전류 조절기는 앞서 기술된 바와 같이 무-토크(non-torque) 생성 전류를 추가할 수 있다. 인버터(37)는 부품(22)을 위치 설정하기 위해 전자 기계 액추에이터(24)를 구동시키도록 전력을 제공한다. 즉, 토크 전류 조절기(36)는 일반적으로 전기 모터를 제어하고 필요에 따라 전기 모터를 위치 설정하도록 작동 가능하고, 또한 전기 모터(23)에서 무-토크 부하를 제공할 인버터(37)로 전달될 신호를 식별하고/식별하거나 생성하도록 작동 가능하다.

특히, 부품(38, 32, 34, 36, 37 및 39) 모두는 도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(28)의 부분이다.

그러나, 블록(32)이 "온" 상태일 때, 이후 모터를 가열시킨 후 액추에이터를 가열시키기 위해 추가적 무-토크 출력이 요구되는 신호가 보내진다. 열을 생성하기 위해 "무-토크" 전류가 인버터(32)로 보내질 수 있는 다수의 방법이 있다. 전류의 크기, 주파수 및 형태는 전력 품질, EMI 요구사항, 허용 가능한 모터 플럭스 변조, 및 원하는 수준의 생성된 전력 소모에 좌우된다.

한가지 간단한 제어 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 히스테리시스 온도 제어기(hysteresis temperature controller)[블록(32)]를 이용하여 최저 액추에이터 온도를 유지하도록 모터에 전류를 보내는 것이다. 액추에이터 온도가 임계값(TLow)(예를 들면, 0℃)보다 낮을 때, 가열 전류는 액추에이터에 추가된다. 액추에이터 온도가 특정 임계값(THigh, 예를 들면 5℃)을 초과할 때, 가열 전류는 인가되지 않는다.

무-토크 전류를 제공하는 간단한 방법은 매우 높은 주파수에 있고 모터가 토크를 생성할 수 있는 주파수보다 높은 신호를 제공하는 것이다.

영구 자석 모터의 사용에 특히 적용 가능할 수도 있는 또 다른 방법은 영구 자석에 동위상 전력 신호를 제공하는 것이다. 이 방법으로, 임의의 토크가 생성된다기 보다는, 자석의 강도가 단순하게 증가되거나 감소된다.

절환 자기저항 모터의 사용에 특히 적용 가능할 수도 있는 또 다른 방법은 샤프트 상의 순 자기저항 토크(net reluctance torque)가 0이거나 거의 0이도록 기계의 하나 이상의 위상을 통해 변동 전류(fluctuating current)를 제공하는 것이다.

도 3은 온도 오류에 기초하여 피드백이 있을 수도 있는 또 다른 실시예를 도시한다. 예로서, 차이가 0보다 작다면, 토크 전류 조절기는 TMinimum 및 TActual에서 얻는 합산 블록(50)으로부터의 신호를 수용하고, 블록(54)을 통해 신호를 제공한다. 이 신호는 조절기, 예컨대 비례 적분(PI) 제어기(56) 내로 들어가고 이후 토크/전류 조절기(60)로 송신될 신호의 주파수 및 크기를 결정하는 룩-업 테이블(58)로 들어간다. 회로의 나머지 부분은 도 2 회로에서와 같이 일반적으로 작동한다.

요약하면, 전자 기계 액추에이터의 온도가 임계 온도보다 낮은 것으로 발견되면, 신호가 생성되고 전자 기계 액추에이터 내의 모터로 송신되어, 상당한 토크가 생산되지 않으면서 열을 생성시킨다. 용어 "무-토크" 또는 "상당한 토크 없이"는 절대적 표현이라기 보다는, 다소 기능적 표현이라는 것을 이해하여야 한다. 그러나, 부품(22)의 어떠한 상당한 이동 없이 약간의 제한된 토크가 생성될 수 있다는 것일 수도 있다.

두 실시예에서, 온도가 다시 임계값(TLow 또는 T-Min*)을 초과할 때까지 제어가 반복되고 진행 중일 수 있다.

이 발명의 실시예가 기술되었을지라도, 이 당해 분야의 통상의 지식을 가진자는 일정한 변형이 본 발명의 범주에 포함된다는 것을 인식할 것이다. 이 때문에, 이하의 특허청구범위는 이 발명의 진정한 범위와 내용을 결정하기 위해 연구되어야 한다.

Claims (17)

1. 매우 낮은 온도의 환경에서 사용되도록 의도된 전자 기계 액추에이터이며,
   전자 기계 액추에이터의 일부인 전기 모터용 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는 상기 전자 기계 액추에이터에 의해 경험되는 온도를 표시하는 온도 신호를 수신하고,
   상기 제어부는 상당한 토크 없이 열을 생성할 상기 전기 모터로 송신되는 전류 신호를 생성하도록 작동 가능한
   전자 기계 액추에이터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전자 기계 액추에이터는 항공기 부품을 구동시키는
   전자 기계 액추에이터.
3. 제1항에 있어서,
   전류 신호는 고주파 신호인
   전자 기계 액추에이터.
4. 제3항에 있어서,
   상기 고주파 신호는 상기 전기 모터가 상당한 토크를 생성시킬 수 있는 주파수보다 높은
   전자 기계 액추에이터.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전기 모터는 영구 자석 모터이고, 상기 신호는 상기 전기 모터에 의해 상당한 토크가 생성되지 않을 위상에 있는 것으로 선택되는
   전자 기계 액추에이터.
6. 제1항에 있어서,
   상기 전기 모터는 절환 자기저항 모터이고, 상기 신호는 상기 전기 모터에 의해 상당한 토크가 생성되지 않을 위상에 있는 것으로 선택되는
   전자 기계 액추에이터.
7. 제1항에 있어서,
   상기 온도 신호는 미리 정해진 낮은 임계값에 비교되고, 상기 전류 신호는 상기 온도 신호가 상기 임계값보다 낮은 경우에 생성되는
   전자 기계 액추에이터.
8. 제6항에 있어서,
   상기 전자 기계 액추에이터의 상기 온도가 상기 임계값보다 높게 되도록 상기 신호를 조절하기 위해 온도 피드백 및 비례 적분 제어기가 사용되는
   전자 기계 액추에이터.
9. 제1항에 있어서,
   상기 전기 모터로 송신될 전류 신호를 식별하기 위해 상기 비례 적분 제어기와 조합하여 룩-업 테이블이 이용되는
   전자 기계 액추에이터.
10. 제1항에 있어서,
    토크/전류 조절기는 상기 제어부의 일부이고, 신호를 수신하고, 이후 인버터를 통해 상기 전기 모터 쪽으로 전달될 상기 전류 신호를 생성하도록 작동하고, 상기 토크/전류 조절기 및 인버터는 상기 전기 모터를 이동시키기 위한 정상 구동 회로의 일부인
    전자 기계 액추에이터.
11. 부품을 구동시키기 위해 전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법이며,
    a) 전자 기계 액추에이터에 의해 경험되는 온도를 감지하는 단계와,
    b) 상기 감지된 온도를 낮은 임계 온도와 비교하는 단계와,
    c) 상기 감지된 온도가 상기 임계값보다 낮은 경우에 상당한 토크 없이 열을 생성하기 위해 전류 신호를 생성하여 상기 전류 신호를 전기 모터로 송신하는 단계를 포함하는
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    전류 신호는 고주파 사인 곡선 신호인
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 고주파 신호는 상기 전기 모터가 상당한 토크를 생성할 수 있는 주파수보다 높은
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 전기 모터는 영구 자석 모터이고, 상기 신호는 상기 전기 모터에 의해 상당한 토크가 생성되지 않을 위상을 갖는
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
15. 제12항에 있어서,
    상기 전기 모터는 절환 자기저항 모터이고, 상기 신호는 상기 전기 모터에 의해 상당한 토크가 생성되지 않을 위상을 갖는
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 액추에이터에 의해 경험되는 상기 온도가 상기 임계값보다 다시 높게 되도록 상기 신호를 조절하기 위해 온도 피드백이 사용되는
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.
17. 제11항에 있어서,
    전류 신호를 식별하기 위해 비례 적분 제어기와 조합하여 룩-업 테이블이 이용되는
    전자 기계 액추에이터를 작동시키는 방법.

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