專利名稱：用于多相機(jī)電致動(dòng)器的具有兩個(gè)串聯(lián)逆變器的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于多相機(jī)電致動(dòng)器的具有兩個(gè)串聯(lián)逆變器的電源。
背景技術(shù)：
為了對(duì)具有包括形成相位的繞組的多相電動(dòng)機(jī)的機(jī)電致動(dòng)器供電，已知的是
使用包括串聯(lián)的兩個(gè)逆變器的電源。每一個(gè)逆變器具有電壓源，其端子連接至與用 于對(duì)該機(jī)械供電的繞組一樣多的支路。每一條支路包括串聯(lián)的上游受控開(kāi)關(guān)和下游 受控開(kāi)關(guān)。每一個(gè)繞組具有連接至逆變器之一的支路之一上位于所述支路的受控開(kāi) 關(guān)之間的點(diǎn)的第一端、以及連接至另一個(gè)逆變器的支路之一上同樣位于所述支路的 受控開(kāi)關(guān)之間的點(diǎn)的第二端。
如果逆變器之一的支路之一中的受控開(kāi)關(guān)之一發(fā)生故障，從而保持永久地?cái)?開(kāi)或閉合，則已知的是閉合有問(wèn)題的逆變器的某些開(kāi)關(guān)并斷開(kāi)其其他開(kāi)關(guān)，以便在 連接至所述逆變器的繞組的各端部之間創(chuàng)建公共點(diǎn)，該公共點(diǎn)連接至電壓源的端子 之一。由于兩個(gè)電壓源連接至截然不同的接地，因此從另一個(gè)逆變器的觀點(diǎn)來(lái)看公 共點(diǎn)是中性的，且因此變得能夠從該另一個(gè)逆變器單獨(dú)地控制該機(jī)械，從而繼續(xù)確 保旋轉(zhuǎn)機(jī)械以基本上恒定的扭矩工作。
這樣的架構(gòu)由此能夠抵擋受控開(kāi)關(guān)之一的故障。然而，這樣的架構(gòu)并未使得 能夠在繞組之一的端部與相應(yīng)支路斷開(kāi)連接的情況下繼續(xù)正確地操作旋轉(zhuǎn)機(jī)械。例 如，在其繞組之一斷開(kāi)連接的三相旋轉(zhuǎn)機(jī)械上，仍有兩相是可控的。如果逆變器的 開(kāi)關(guān)繼續(xù)像繞組之一并未斷開(kāi)連接那樣被控制，則機(jī)械將會(huì)經(jīng)受有高度波動(dòng)的扭 矩，這在例如致動(dòng)飛行器的高升力設(shè)備或致動(dòng)起落架的某些應(yīng)用中是十分有害的。
如上所述，可尋求通過(guò)恰適地?cái)嚅_(kāi)和閉合逆變器之一的開(kāi)關(guān)來(lái)在兩個(gè)有效相 位之間創(chuàng)建公共點(diǎn)。然而，以此方式經(jīng)由公共點(diǎn)互連的兩個(gè)相位僅能通過(guò)使用總和 為0的電流來(lái)控制，因此這些電流需要被相位偏移角度;r，其聯(lián)合空間偏移了 2;r/3 的相位同樣導(dǎo)致有高度波動(dòng)的扭矩。發(fā)明目的
本發(fā)明的目的在于以使得在開(kāi)關(guān)之一產(chǎn)生故障的情況下以及此外在其他故障 環(huán)境下能夠繼續(xù)可接受地操作致動(dòng)器的方式改善從兩個(gè)串聯(lián)逆變器供電。
發(fā)明簡(jiǎn)要概述
為達(dá)成此目的，本發(fā)明提供了一種用于對(duì)具有電動(dòng)機(jī)的機(jī)電致動(dòng)器供電的具 有兩個(gè)串聯(lián)逆變器的電源，該電動(dòng)機(jī)包括形成相位的多個(gè)繞組，每一個(gè)逆變器連接 至其自己的接地并具有電源，該電源具有跨其連接的與要供電的繞組一樣多的支 路，每一條支路包括串聯(lián)的兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)，受控開(kāi)關(guān)之間設(shè)置有用于連接至繞組之 一的一個(gè)端部的點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，每一個(gè)逆變器包括具有兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)的附加支路， 這兩條附加支路通過(guò)橋路互連，該橋路連接至附加支路中的每一條上位于開(kāi)關(guān)之間 的點(diǎn)。
由此，在正常環(huán)境下，附加支路的受控開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)，從而附加支路和橋路 不影響致動(dòng)器的操作。電源可被重新配置成以常規(guī)方式處理開(kāi)關(guān)故障。
如果繞組之一從支路之一斷開(kāi)連接使得相應(yīng)相位不再能夠受控，則可用總和
并非恒為0的電流對(duì)有效相位供電，從而使得電動(dòng)機(jī)以恒定扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)。源自有效相
位中電流的非零總和的殘余電流經(jīng)由橋路被汲取，從而返回到生成此類電流的逆變 器。橋路和附加支路的存在由此使得致動(dòng)器能以恒定扭矩工作。
具體而言，通過(guò)使用其相位之一斷開(kāi)連接的三相電動(dòng)機(jī)，就能夠通過(guò)適當(dāng)?shù)?控制開(kāi)關(guān)來(lái)在兩個(gè)有效相位與橋路之間創(chuàng)建公共點(diǎn)，從而使得致動(dòng)器能在兩相模式
下以恒定扭矩工作通過(guò)提供相位偏移T/3的電源電流，同時(shí)這些相位自身空間相
位偏移等于2W3的角度，就能獲得恒定扭矩。這使得操作能以恒定扭矩繼續(xù)，甚 至在相位之一斷開(kāi)連接的情況下亦然。
附圖簡(jiǎn)述
本發(fā)明通過(guò)以下參照附圖中的各示圖給出的描述可被更好地理解，附圖中

圖1是用于裝配有三相電動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器的具有兩個(gè)串聯(lián)逆變器的電源的示意 圖，并構(gòu)成本發(fā)明的特定實(shí)施例；
圖2是類似于圖1的示圖，圖解了其中開(kāi)關(guān)之一被阻擋在閉合位置上的故障
情形；
圖3是與圖2等效的圖示，但僅示出起作用的那些支路；圖4是類似于圖1的示圖，示出了其中電動(dòng)機(jī)繞組之一與支路之一斷開(kāi)連接 的故障情形；
圖5是類似于圖4的示圖，示出了管理斷開(kāi)連接的相位的第二方式；以及 圖6是與圖5等效的圖示，但僅示出起作用的那些支路。
發(fā)明詳細(xì)描述
參照?qǐng)D1，在此示出應(yīng)用于設(shè)置有三相電動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)機(jī)械1的機(jī)電致動(dòng)器的電 源架構(gòu)，三相表示為3個(gè)繞組R1、 R2和R3，每一個(gè)常規(guī)地象征性地表示為串聯(lián) 的電阻器、電感器、和反電動(dòng)勢(shì)(反e.m.f.)。繞組中的每一個(gè)形成旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相 位之一，并且每一個(gè)相對(duì)于其他繞組空間偏移2W3。此處示出的本發(fā)明的電源包 括第一變換器或逆變器A以及第二變換器或逆變器B。
逆變器A包括第一電壓源U1，其端子之一連接至第一接地50。有三條支路 Al、 A2和A3跨第一電壓源U1的端子延伸，每一條支路包括沿該支路串聯(lián)的上 游受控開(kāi)關(guān)5和下游受控開(kāi)關(guān)6。作為示例，形成逆變器A和B的部分的受控開(kāi) 關(guān)5和6由雙極結(jié)型晶體管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、門極 可關(guān)斷晶閘管、或?qū)嶋H上由隔離柵格晶體管構(gòu)成。
每一個(gè)繞組R1、 R2或R3具有連接至相應(yīng)支路A1、 A2或A3上位于相應(yīng)受 控開(kāi)關(guān)5與6之間的點(diǎn)的第一端。
類似地，逆變器B具有第二電源U2，其一個(gè)端子連接至與第一接地50無(wú)關(guān) 的第二接地51。有三條支路B1、 B2和B3連接至第二電壓源U2的端子，每一條 支路具有沿該支路串聯(lián)的上游受控開(kāi)關(guān)5和下游受控開(kāi)關(guān)6。
繞組R1、 R2和R3各自具有連接至相應(yīng)支路B1、 B2或B3上位于相應(yīng)受控 開(kāi)關(guān)5與6之間的點(diǎn)的相應(yīng)第二端。
由此，繞組Rl、 R2和R3中的每一個(gè)與第一逆變器A的支路之一和第二逆變 器B的支路之一串聯(lián)。以已知方式控制開(kāi)關(guān)5和6以便使得相位偏移2;r/3的電流 能流經(jīng)繞組R1、 R2和R3 (電流之和恒為0)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械由此被約束成以恒定扭矩 工作。該機(jī)械可在第一逆變器A的幫助下、在第二逆變器B的幫助下、或在同時(shí) 或同步工作的兩個(gè)逆變器的幫助下被控制。
這種類型的電源可用于具有兩個(gè)完全獨(dú)立的有截然不同的接地的電源電路的 飛行器?？商鎿Q地并且以已知方式借助于隔離變壓器或?qū)嶋H上隔離開(kāi)關(guān)模式電源 (SMPS)來(lái)從第一電源電路創(chuàng)建第二電源電路。根據(jù)本發(fā)明，第一逆變器A還具有附加支路A4，其完全類似于支路A1、 A2 和A3。類似地，第二逆變器B具有附加支路B4，其完全類似于支路Bl、 B2和 B3。附加支路A4和B4通過(guò)橋路7互連，橋路7連接至附加支路A4和B4中每一 條上位于其受控開(kāi)關(guān)5和6之間的相應(yīng)點(diǎn)。在正常操作中，附加支路A4和B4的 受控開(kāi)關(guān)5和6保持?jǐn)嚅_(kāi)，使得這些附加支路或橋路7皆不干擾旋轉(zhuǎn)機(jī)械的操作。
在以下示圖中，可看見(jiàn)各種故障模式和處理故障的方式。在這些示圖中，被 阻擋在閉合位置或自發(fā)地保持在閉合位置的開(kāi)關(guān)由電連接表示。被阻擋在斷開(kāi)位置 或自發(fā)地保持在斷開(kāi)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)由開(kāi)路部分表示。
在第一故障模式中，可能發(fā)生第一逆變器A的支路A1、 A2或A3之一的開(kāi) 關(guān)5或6之一故障。例如，如圖2中所示，假設(shè)支路A1中的下游開(kāi)關(guān)6因故障而 被阻擋在閉合位置。
自然，可能想到相應(yīng)的相位可能通過(guò)不對(duì)其供電而被無(wú)效掉。然而，可考慮 通過(guò)應(yīng)用以下方法來(lái)使用全部三相其足以保持支路A2和A3的下游開(kāi)關(guān)6閉合， 并斷開(kāi)支路Al、 A2或A3的上游開(kāi)關(guān)5。這在逆變器A側(cè)的繞組Rl、 R2和R3 的端部之間創(chuàng)建了公共點(diǎn)N。經(jīng)由此公共點(diǎn)N的連接被描繪成粗體。操作隨后像 該電源架構(gòu)如圖3中所示地那樣發(fā)生。
全部三相隨后可繼續(xù)通過(guò)使用第二逆變器B的受控開(kāi)關(guān)5和6來(lái)控制，以使 得相互相位偏移2;r/3的電流能流經(jīng)繞組Rl、 R2和R3。第一逆變器A完全被無(wú) 效掉，并且不再會(huì)影響第二逆變器B對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的控制。具體而言，公共點(diǎn)N的 電勢(shì)實(shí)際上取決于電壓源U1所施加的電勢(shì)，并且不會(huì)被電壓源U2施加。從第二 逆變器B的觀點(diǎn)來(lái)看，公共點(diǎn)N因此具有浮置的電勢(shì)。這使得可用相位偏移2兀/3 的電流來(lái)對(duì)每一種相位供電，從而電流之和恒為0。與空間相位偏移2;r/3相組合， 以此方式被供電的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的扭矩維持恒定并等于開(kāi)關(guān)故障前的標(biāo)稱扭矩。自然， 在恒定電壓U2下，以此方式產(chǎn)生的速度被減半。為返回到初始速度，需要相應(yīng)地 增大電壓U2。
如果第一逆變器A的支路Al、 A2和A3之一中的下游開(kāi)關(guān)6之一被阻擋在 斷開(kāi)位置，則將足以保持所述支路中的其他下游開(kāi)關(guān)6斷開(kāi)并保持所述支路的上游 開(kāi)關(guān)5閉合。這將以相同的方式操作以重建相位之間的公共點(diǎn)，從而旋轉(zhuǎn)機(jī)械仍完 全受控制。
在第一逆變器A的支路Al、 A2和A3之一中的上游開(kāi)關(guān)6之一保持被阻擋 在斷開(kāi)位置或閉合位置時(shí)應(yīng)用相同的補(bǔ)救措施。以相同的方式，如果第二逆變器B的支路B1、 B2和B3的開(kāi)關(guān)5、 6之一保持被阻擋，則應(yīng)用相同的補(bǔ)救措施。
在以上故障的情況下，附加支路A4和B4的開(kāi)關(guān)保持?jǐn)嚅_(kāi)，使得附加支路不
用于處理這樣的故障。
在另一種故障配置中，繞組之一可能與支路之一斷開(kāi)連接。如圖4中可見(jiàn)，
假設(shè)故障是如象征性地示出的其中繞組R1與第一逆變器A的支路Al斷開(kāi)連接的
故障。隨后就不再能夠?qū)ο鄳?yīng)相位供電。因此不能應(yīng)用以上策略。
出于安全性的原因，恰適的是首先通過(guò)斷開(kāi)與繞組Rl相關(guān)聯(lián)的支路Al和Bl
中的開(kāi)關(guān)5和6來(lái)隔離斷開(kāi)連接的繞組Rl，從而避免逆變器之間經(jīng)由故障繞組而
短路的任何風(fēng)險(xiǎn)。
在第一策略中，支路A2、 A3、 B2和B3以及附加支路A4和B4的開(kāi)關(guān)被控 制以使得電流i2和i3能流經(jīng)有效繞組R2和R3，其中電流i2和i3相位偏移;r/3。 在這樣的環(huán)境下，電流i2和i3之和并非恒為0。然而，電流殘余I=i2+i3由橋路7 匯總并經(jīng)其返回到生成電流i2和i3的逆變器。這樣的操作產(chǎn)生恒定的扭矩。圖4 示出對(duì)有效相位(繞組R2和R3)供電的電流i2和i3以及橋路7汲取的電流I。 可以看出，當(dāng)以此方式供電時(shí)，旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生恒定扭矩，但該扭矩等于在繞組之一 未斷開(kāi)連接的情況下本會(huì)產(chǎn)生的扭矩的57%。
如果期望恢復(fù)標(biāo)稱扭矩，則恰適的是相應(yīng)地增大電源電流。在該工作模式中， 致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)速度等于標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度。
在圖5和6中所示的第二策略中，在有效相位與橋路7之間創(chuàng)建公共點(diǎn)N。 出于此目的，其余支路A2和A3的下游開(kāi)關(guān)6保持閉合，附加支路A4的下游開(kāi) 關(guān)6亦然。支路Al、 A2和A3的上游開(kāi)關(guān)5以及附加支路A4的上游開(kāi)關(guān)5保持 斷開(kāi)。這在繞組R2和R3的端部與橋路7之間創(chuàng)建了公共點(diǎn)N。第一逆變器A由 此被無(wú)效掉。
如圖5中所示，橋路7和兩個(gè)有效繞組R2和R3現(xiàn)在具有一個(gè)公共端部。第 二逆變器B的支路B2和B3以及附加支路B4的開(kāi)關(guān)被控制以使得電流i2和i3流 經(jīng)有效繞組R2和R3，其中電流i2和i3相位偏移;r/3。在這樣的環(huán)境下，電流i2 和i3之和并非恒為0。然而，電流殘余I=i2+i3由在公共點(diǎn)N匯總并流經(jīng)橋路7以 返回第二逆變器B。這使得致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能在單個(gè)逆變器的幫助下被控制。在 此同樣地，所產(chǎn)生的扭矩是恒定的并且等于標(biāo)稱扭矩的57%。然而，在恒定電壓 U2下，旋轉(zhuǎn)速度被減半。為了返回到標(biāo)稱旋轉(zhuǎn)速度，恰適的是相應(yīng)地增大電壓U2。
在沒(méi)有附加支路A4和B4的情況下，以及在沒(méi)有橋路7的情況下，或許就不能用相位偏移;r/3的電流來(lái)對(duì)有效繞組R2和R3供電?？赡鼙仨毚_保電流i2與i3 之和為0，因?yàn)榭赡軟](méi)有傳遞電流殘余的途徑。因此可能必須以相位偏移為;r的電 流i2和i3來(lái)對(duì)繞組供電，從而導(dǎo)致有高度波動(dòng)的扭矩，這在某些應(yīng)用中可能是有 害的。
通過(guò)橋路連接在一起的附加支路A4和B4的存在由此使得能以恒定扭矩進(jìn)行 故障模式操作，甚至在繞組之一斷開(kāi)連接的情況中亦然。
所示電源架構(gòu)由此能夠抵抗逆變器支路中的開(kāi)關(guān)之一的故障，并且還能夠抵 抗旋轉(zhuǎn)機(jī)械的繞組之一斷開(kāi)連接。
本發(fā)明并不被限定于以上描述，而是相反地涵蓋落在權(quán)利要求所定義的范圍 內(nèi)的任何變形。
具體而言，本發(fā)明并不被限定于對(duì)包括三相旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)電致動(dòng)器供電，而 是適應(yīng)于可具有超過(guò)三相的多相機(jī)械。
此外，盡管本發(fā)明是參照裝配有也稱為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)電致動(dòng)器 來(lái)描述的，但本發(fā)明也適應(yīng)于對(duì)具有線性電動(dòng)機(jī)的致動(dòng)器供電。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)具有電動(dòng)機(jī)的機(jī)電致動(dòng)器供電的具有兩個(gè)串聯(lián)逆變器(A、B)的電源，所述電動(dòng)機(jī)包括形成相位的多個(gè)繞組(R1、R2、R3)，每一個(gè)逆變器連接至其自己的接地(50；51)并具有電源(U1；U2)，所述電源(U1；U2)具有跨其連接的與要供電的繞組一樣多的支路(A1、A2、A3；B1、B2、B3)，每一條支路包括串聯(lián)的兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)(5、6)，所述受控開(kāi)關(guān)之間設(shè)置有用于連接至所述繞組之一的一個(gè)端部的點(diǎn)，所述電源的特征在于每一個(gè)逆變器包括具有兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)的附加支路(A4；B4)，所述兩條附加支路通過(guò)橋路(7)互連，所述橋路連接至所述附加支路中的每一條上位于所述開(kāi)關(guān)之間的點(diǎn)。
2. —種包括如權(quán)利要求1所述的電源連同所述電源連接至的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的組裝件。
3. —種使用如權(quán)利要求1所述的電源的方法，所述方法包括以用以在所述橋 路(7)與所述逆變器之一中的至少兩個(gè)繞組(Rl; R2)之間創(chuàng)建公共點(diǎn)(N)的 方式來(lái)控制所述逆變器之一的開(kāi)關(guān)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)具有電動(dòng)機(jī)的機(jī)電致動(dòng)器供電的具有兩個(gè)串聯(lián)逆變器(A、B)的電源，該電動(dòng)機(jī)包括形成相位的多個(gè)繞組(R1、R2、R3)，每一個(gè)逆變器連接至其自己的接地(50；51)并具有電源(U1；U2)，該電源(U1；U2)具有跨其連接的與要供電的繞組一樣多的支路(A1、A2、A3；B1、B2、B3)，每一條支路包括串聯(lián)的兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)(5、6)，受控開(kāi)關(guān)之間設(shè)置有用于連接至繞組之一的一個(gè)端部的點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，每一個(gè)逆變器包括具有兩個(gè)受控開(kāi)關(guān)的附加支路(A4；B4)，這兩條附加支路通過(guò)橋路(7)互連，該橋路連接至附加支路中的每一條上位于開(kāi)關(guān)之間的點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P27/04GK101589542SQ200780046271
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者D·馬特, J·雅克, N·齊格勒 申請(qǐng)人:梅西耶-道提股份有限公司