专利名称：双电机致动器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及到电机控制电子设备领域，且尤其涉及一种具有用于解决冲突指 令的控制电子设备的双电机致动器。
背景技术：
冗余系统提供了多个部件来控制特殊的机构，从而在一个部件发生故障时，冗余 部件仍能被用来控制该机构。冗余系统普遍地用于航空器上，为了安全起见，在航空器上带 有冗余系统是非常可取的。例如，冗余系统能被用来控制航空器的流体系统内的阀。该系统可包括两个从驾 驶舱到电机致动器的布线通道，用来控制阀。电机致动器也可包括冗余部件，例如，两个用 于对两个相互独立的电机进行指令控制的电机控制器，每个电机都由单独的电源供电。在 冗余系统任何部件出现故障时，相应的冗余部件能按照来自驾驶舱的指令被用来控制阀。在正常操作情况下，两个电机控制器都收到相同的输入指令。但是，在某些情况 下，系统可能遭到损坏，导致电机控制器收到冲突或相互矛盾的指令(例如，一个电机控制 器被命令关闭阀，另一个电机控制器被命令打开阀)。收到相互矛盾的指令会损坏电机和/ 或导致电机相互对立并停转。根据电机的相对强度，较强的电机可能最终压倒较弱的电机来控制阀。然而，由于 很多因素，包括如制造公差和电机部件磨损的差异性，因此，预测哪个电机最终将压倒另一 个电机是非常困难的。因此，几乎无法确定阀将根据从驾驶舱发送的指令、还是根据电力故 障所产生的指令而被控制。
发明内容
本发明提供了一种双电机致动器，其中，电机控制器之间相互通信，以解决矛盾指 令的问题。如果一个或两个电机控制器确定已经接收到矛盾指令，那么电机将被控制在已 定义状态。尤其是根据一个实施例，电机致动器具有一对电机控制器，用于根据所接收到的 指令来控制各自相应的成对电机。电机控制器经由通信链路而在相互之间通信。每个电机 控制器配置成检测对于矛盾指令的接收，例如，一个单个的电机控制器接收到矛盾指令，或 两个电机控制器彼此不同地受指令。每个电机控制器配置成经由通信链路将该每个电机控制器的受指令状态传输到 另一电机控制器。电机控制器通过比较其接收的指令与另一电机控制器接收的指令来确定 它们接收的指令是否矛盾。如果指令不矛盾，则电机控制器根据接收的指令而控制电机；但如果接收的指令矛盾，则电机控制器配置为控制着电机处于已定义状态。已定义状态可以是在检测到矛盾指令之前的即时电机状态、或可以是一个不同的状态，例如缺省状态或不同的运转模式。电机控制器之间的通信链路可以是电隔离式(electrically isolated)通信链 路，例如，由一个或多个光隔离器形成的电隔离式通信链路。根据另一方面，一种控制双电机致动器的方法包括用第一电机控制器接收指令用 于控制第一电机和用第二电机控制器接收指令用于控制第二电机。该方法还包括经通信链 路将每个电机控制器接收到的指令传输到另一电机控制器；确定两个电机控制器是否已经 接收到矛盾指令；以及当指令不矛盾时，根据接收到的指令控制第一电机和第二电机；以 及当指令矛盾时，控制第一电机和第二电机运行在已定义状态。在航空器的示范性实施例中，本系统可包括与阀门相连接的双电机控制器。根据 从驾驶舱里传输来的指令，阀门被命令打开或关闭。如果系统正常运行，一个从驾驶舱传输 来的打开指令将被两个电机控制器接收到。每个电机控制器将会通过通信链路将接收到的 指令传输到另一个电机控制器。然后，两个电机控制器将确定是否已经接收到了矛盾指令。 如果两个电机控制器都接收到打开指令，两个电机控制器将命令电机打开阀门。如果连接至两个电机控制器中之一的通信线路被损坏，例如，从驾驶舱到第一电 机控制器的配线，那么，第一电机控制器可能会接收到错误指令而关闭阀门。因为两个电机 控制器之间经由通信链路相互通信，两个电机控制器将检测到对矛盾指令的接收(例如， 两个电机控制器将检测到其中一个电机控制器被命令关闭，而另一个电机控制器被命令打 开)。然后两个电机控制器命令电机运行在已定义状态，例如，接收矛盾指令前的即时电机 指令状态，在本实例中将会为打开状态。通信线路的损坏也能导致一个电机控制器同时被命令打开和关闭。如果电机控制 器确定其已经接收到了矛盾指令，电机控制器将被配置为命令电机运行在已定义状态。本发明上述的和其它的特征将在下文结合附图做详细描述。应该强调的是术语“包括”用于本说明书中时，被用于详细说明规定的特征、整体、 步骤或部件的存在，但不排除还存在着一个或多个其它特征、整体、步骤、部件或其组合。
图1是一个示范性双电机致动器的横截面视图；图2是图1双电机致动器沿着B-B线的截面图；图3是描述出运用双电机致动器来控制阀的系统的一个示范性的原理框图；图4是双电机致动器中用于电机控制器的可能的命令组合的逻辑图表。
具体实施例方式虽然适用于多种不同的系统，但本发明的原理特别适用于在诸如燃料系统或液压 系统这样的冗余航空器流体系统中对阀加以控制的双电机致动器，因此，本文将主要介绍 这方面。当然应理解和明白，本发明的原理在其它应用中非常有用，在所述的其它应用中， 多电机(包括两个电机以上)被配置成控制同一个阀或系统的其它部件。现在详细谈及附图，先看图1至3，一个示范性致动器，如双电机致动器，通常被标记为10。致动器10包括容纳着电路板13的外壳12，所述电路板13包括一对电机控制器 14、16，每个控制器配置成控制各自相应的电机18、20，以操纵阀22(见图3)。在图1和2 的实施例中，电路板13通过如螺钉或螺栓这样的附连机构21连接到外壳12的侧部。但是 应当理解，其它配置和布置也是可能的。例如，电路板13可被连接到外壳12的顶部或在另
一位置连接。 电机控制器14、16收到来自外部指令源的指令，外部指令源在图3中用24示意性 地表示。例如，指令源24可以是航空器驾驶舱或飞行控制器/飞行控制计算机。关键系统 通常由航空器驾驶舱飞行员的输入来控制，非关键系统往往由飞行控制器或飞行控制计算 机控制。来自指令源24的指令能沿着单独的通信线路传输到与另一个控制器独立的每个 电机控制器。例如，如图1至3所示，来自指令源24的指令经由在图3中用26、28示意性 表示的单独的通信线路而传输到致动器10。例如，通信线路可以是电气通信线路、光纤通信 线路、无线通信线路等。每个通信线路被连接到致动器10内的各自的连接器30、32。连接 器30、32设置有一个穿过外壳12的通道，并通过各自的通信线路33、34连接到电路板13。如图3示意性地所示，电路板13包括一个通信链路40。电机控制器14、16经由通 信链路40彼此相通信。通过通信链路，每个电机控制器能传输它的命令状态到另一个电机 控制器，以确定电机控制器是否已收到相互矛盾的指令。从指令源24到电机控制器14、16的通信线路26、28中的一个或两个有可能被损 坏，以致电机控制器中的一个或两个收到的指令与指令源24发送的指令不同。例如，这样 的损坏可由电气短路、通信线路断路、串扰或对通信线路的其它损坏引起。通过在电机控制 器之间设置通信链路40并通过将每个电机控制器收到的指令传输到另一个电机控制器， 则能检测到对通信线路的损坏，并且电机能被控制在已定义状态，而不是相互冲突的状态。在一些应用中，可能希望在电机控制器14、16间维持电气隔离，例如，以消除或降 低电机控制器之间的电和/或磁噪声、反馈或串扰的影响。因此，通信链路40可采用光隔 离技术，例如，通过在电机控制器之间使用一个或多个光隔离器，以使电机控制器彼此电隔 离。本系统可包括一个用于每个指令输入端的光隔离器，该指令输入端从一个电机控制器 传输到另一个电机控制器。因此，如果每个电机控制器有两个输入，通信链路将有4个光隔 离器，以致从第一电机控制器到第二电机控制器的每个传输都是经光隔离的。通信链路40也可使用其它隔离形式使电机控制器彼此电隔离。例如，电气隔离可 以是由电容性隔离、电感耦合、电流感测、霍尔效应感测或其它隔离技术来提供。如上所述，电机控制器14、16控制各自相应的电机18、20。电机18、20连接到共 用齿轮箱42，共用齿轮箱42包括用于对阀22加以控制的输出轴杆44。电机可以是双向电 机，它根据接收自指令源24的指令，使输出轴杆44顺时针或逆时针旋转，以打开或关闭阀。 应该明白，这里描述的原理不局限于双向电机，而同样适用于不同类型的电机，例如，用于 控制调制式阀或其它部件的电机。如图1和2所示，外壳12可以是多片式的外壳，外壳包括齿轮箱42，齿轮箱42可 被预先装配在中心板43上，并通过螺栓48附连到盖部分46。优选地，外壳12是敞开的或 密封的。齿轮箱42包括齿轮50的布置，齿轮50的布置提供齿轮和/或速度减少(尽管在某些应用中，齿轮的布置可能是速度或齿轮倍增器(gear multiplier))和/或扭矩放大。 每个电机18、20包括各自相应的小齿轮52，小齿轮52与齿轮箱42的输入齿轮54啮合。输出轴杆44适于枢接于(journaled)齿轮箱42中并与各自的凸轮56连接。凸轮 通过连接机构58连接到输出轴杆，连接机构如螺栓。凸轮56可以配置成以与各自的凸轮 从动件60啮合来接触限位开关66的各自的柱塞64，从而向控制器14、16提供冲击力移除 的末端和位置反馈。反馈可由信号的传输媒介提供，如通信线路68。尽管已经如图所示有 各自相应的成对凸轮、凸轮从动件、柱塞和限位开关，应该认识到其它布置也是可能的。此 夕卜，部分或全部部件能相互结合。每个电机控制器14、16根据接收到的指令可操作以分别控制各自相应的电机18、 20。电机可配置成与另一个电机一起同时控制阀，从而，输出轴杆44被两个电机同时旋转， 以打开/闭合阀22。电机还可配置成顺序操作，从而使得，在一定的时间内，只有一个电机 被提供动力来控制阀22。在这样的布置中，电机之一可能是主电机，另一个电机可能是辅助 或备用电机，其只有在需要时才启动。例如，只有在如果主电机控制器收到矛盾的指令的情 况下，辅助电机控制器可接通电源来控制辅助电机。如图3所示，由第一电源80经由通信线路82和连接器30将电力供给第一电机控 制器14。同样，由第二电源84经由通信线路86和连接器32将电力供给第二电机控制器 16。电源80、84彼此分开，以向致动器10提供冗余，从而，在一个电源向一个电机控制器提 供电力出现故障时，另一个电源仍可提供电力到另一个电机控制器，以控制阀22的运行。虽然图3示出了在连接器30、32，电源80、84和指令源24之间各自独立的通信线 路26、28和82、86，应该认识到，来自电源和指令源的通信线路可被全部或部分地捆成单个 线束。例如，从第一电源80到第一连接器30的通信线路82和从指令源24到第一连接器 30的通信线路26可部分或全部组合到单个线束内，该单个线束沿着第一路径行进；从第二 电源84到第二连接器32的通信线路86和指令源24到第二连接器32的通信线路28可部 分或全部组合到第二线束内，该第二线束沿着第二路径行进。连接器30、32可以是插入式连接器，其在致动器10和指令源24以及电源80、84 之间提供连接。最好如图1、2所示，每个连接器30、32有一定数目的引脚88，用于接收从指 令源24传输来的指令。连接器能被配置成使得每个引脚88接收来自指令源24的输入命 令。例如，每个电机控制器14、16可包括两个离散输入端来控制电机，一个输入端用于命令 打开阀(例如，顺时针运转电机)和一个输入端用于命令关闭阀(例如，逆时针运转电机)。 因此，用于打开阀22的指令可由一个引脚接收，用于关闭阀22的指令可由另一个不同的引 脚接收。应该明白，打开和关闭命令也能被同一个引脚接收。额外的引脚能被用于从电源 向电机控制器传输电力。此外，连接器可有其它引脚，例如，用于接收用以控制阀的其它指 令，用于向驾驶舱提供反馈，或用于其它目的。如上所述，第一电机控制器14接收的指令可能与第二电机控制器16接收的指令 不一样。两个电机控制器经由通信链路40相互通信，每个电机控制器接收的指令被发送到 另一个电机控制器，以确定指令是否矛盾。如果指令是矛盾的，那么电机控制器配置成命令 电机运行在已定义状态；如果指令不矛盾，电机控制器命令电机按照指令运行。电机控制器14、16可配置成每当命令状态改变时就比较指令状态。例如，当在控 制所述电机关闭阀之前，第一电机控制器被命令从打开到关闭时，第一电机控制器可经由通信链路40传输关闭指令到第二电机控制器。第一电机控制器也能同时接收第二电机控 制器的指令位置，并将其与新收到的指令做比较。同样地，第二电机控制器也可配置成进行 相同的比较来与第一电机控制器指令状态做比较。通过这种方式，一旦指令状态发生变化， 两个电机控制器就将检测到矛盾指令的存在。电机控制器14、16能配置成相互间持续地比较指令状态。电机控制器也能配置成 相互间周期性比较指令状态，例如，按照预定时间对指令进行抽样。 在一个示范性环境中，阀22是用于航空器燃料系统的燃料阀，在正常工作状态 下，阀22打开以允许燃料供给到发动机。在一个如图3所示的冗余系统中，打开燃料阀的 指令沿着通信线路26、28从驾驶舱传输到致动器10。如果从驾驶舱到燃料阀致动器的通 信线路中一个被损坏，例如，如果通信线路26因为混乱、火灾、意外磨损、串扰或其它任何 形式的故障导致损坏，第一电机控制器14可能意外地收到关闭阀22的指令。如果连接到 第二电机控制器16的通信线路28未损坏，第二电机控制器将继续命令打开阀。通过通信 链路40，电机控制器14、16将检测到第一电机控制器已收到的指令与第二电机控制器收到 的指令矛盾。在检测到矛盾指令的基础上，两个电机控制器自动返回到已定义状态，例如， 先前命令状态，在本实施例中是打开状态。因此，尽管收到矛盾的指令，阀保持打开状态，否 则，矛盾的指令能导致电机控制器命令电机相互对峙。也可能对电机控制器14、16编程，使已定义状态是预定义状态或缺省状态，而不 是先前命令状态。因此，与维持阀22处于打开状态不同，电机控制器能配置成自动关闭阀 22。作为一种选择，如果电机控制器处于想要的缺省位置，电机控制器可配置成能自动打开 阀门。此外，或者作为一种选择，已定义状态可以是从电机控制器传输到系统另一部件的命 令，例如，该另一部件为一旁通阀或其它部件。在另一种选择中，已定义状态可因为检测到的矛盾的功能而变化。例如，当同一个 电机控制器收到矛盾的指令时，已定义状态可能是打开状态；但是，如果第一电机控制器收 到打开命令而第二电机控制器收到关闭命令，已定义状态可能是关闭状态。应该认识到，其 它变化也是可能的。图4的逻辑表展示了上面所述的双电机致动器中电机控制器可接收到的指令的 不同组合。在图4中，每个电机控制器14、16都有两个输入端，一个接收“打开”指令，一个接 收“关闭”指令。一个输入端上接收到一个肯定的指令标记为“1”，“0”代表着尚未接收到 指令。电机控制器可接收的指令有十六种可能的组合，电机控制器可被编程，以对每个检测 状况作出响应。在第I列中，电机控制器没有收到任何指令，因此，电机的命令状态是禁用状态。 例如，这可能是因为致动器处于空闲状态或因为电源已被关闭。在第II至V列中，一个电机控制器处于激活或工作状态，另一个电机控制器处于 停用状态或闲置状态。例如，电机控制器可布置成在特定的时间内只有一个电机控制器和 电机在工作状态下控制着阀门。在第II、III列中，第一电机控制器处于工作状态，而第二电 机控制器处于非工作状态；在第IV、V列中，第二电机控制器处于工作状态，而第一电机控 制器处于非工作状态。在第II至V列中，工作状态的电机控制器配置成测定另一电机控制器是否处于非工作状态或尚未收到打开或关闭阀门的指令。因此，工作状态的电机控制器的命令状态与 非工作状态的电机控制器的命令状态并不矛盾。在这种情况下，工作状态的电机控制器根 据接收到的指令通过命令相应的电机来采取对阀门的控制。关于图4的第II至V列，应该认识到，当一个电 机控制器接收到指令而另一个电 机控制器未接收到任何指令时，电机控制器也可配置成用来检测矛盾指令。例如，在第II列 中，第一电机控制器被命令打开，而第二电机控制器没有接收到打开或关闭的命令。在这 种情况下，一个或两个电机控制器可配置为检测矛盾指令，然后，命令电机按已定义状态运 行，如先前命令状态。因此，如果系统从两个电机控制器都被命令打开或被命令关闭的运行 状态(第ν 、νπ列)转换到只有一个电机控制器是工作状态的运行状态(第II至V列)，工 作状态的电机控制器将确定已接收到单个指令，然后工作状态的电机控制器将操纵电机到 命令状态。第VI、Vn列展示的方案，其中，两个电机控制器都处于工作状态，这样两个电机被 控制同时打开或关闭阀门。每个电机控制器接收到的指令通过通信链路发送到另一电机控 制器。每个电机控制器将接收到指令与另一个电机的指令做比较。当指令如第νι、νπ列所 示时，电机控制器没有检测矛盾指令，依照接收自指令源的指令命令每个相应的电机。第VILIX列展示的方案，其中，一个电机控制器被同时命令打开和命令关闭，另一 电机控制器处于闲置或非工作状态。当发生这种情况时，处于工作状态的电机控制器接收 的指令是自相矛盾的。当电机控制器检测到接收了矛盾指令，该电机控制器将被配置成命 令电机运行在已定义状态。此外，已定义状态可以是命令以激活闲置电机控制器来接管对阀门的控制。例如， 第一电机控制器同时接收到打开和关闭的指令(第VDI列)表明通往第一电机控制器的通信 线路遭到损坏。因此，该系统可将对阀门的控制转移到第二电机控制器，依靠系统的冗余， 第二电机能够承担起对阀门的控制。在第X、XI列中，一个电机控制器被命令关闭，另一个电机控制器被命令打开。如 上所述，经由通信链路，每个电机控制器接发送和接收另一电机控制器的命令状态。然后电 机控制器判定电机的命令状态是否是矛盾的。在第X、XI列方案中，两个电机控制器都检测 矛盾指令的存在。一旦检测到矛盾指令，电机控制器操纵电机运行在已定义状态。在第ΧΠ -XV列中，电机控制器经由通信线路接收不同组合的矛盾指令，并且至少 一个电机控制器也同时接收到打开和关闭的指令。例如，在第ΧΠ列中，第一电机控制器被命 令关闭，而第二电机控制器被命令打开和关闭。在这种情况下，第一电机控制器和第二电机 控制器将检测到另一个电机控制器已接收到矛盾指令。此外，第二电机控制器将检测到它 已接收到矛盾指令。在这种情况下，电机控制器配置成命令电机运行在已定义状态。如上所述，已定义状态可以是检测到矛盾指令之前的即时状态或可以是缺省状 态，例如，一个被命令打开或关闭的状态，或电机控制器并没有同时接收到矛盾指令的状 态。已定义状态也可以根据电机控制器接收的指令定制。例如，参考第ΧΠ列，两个电机 控制器都接收到关闭命令，并且第二电机控制器还接收到打开命令。已定义状态可以是两 个电机控制器接收到的共同指令，共同指令在第ΧΠ列中是关闭状态。如上所述，已定义状态 也可能是检测冲突的功能。
如果两个电机控制器接收到同时打开和关闭的指令，如第XVI列所示，然后电机 控制器配置成操纵电机运行在如上所述的已定义状态。虽然上文主要描述了航空器燃料系统中燃料阀的控制，这里描述的原理也可用于 其它系统，例如，包括利用电机控制器控制具有共用齿轮系的多台电机的系统和/或利用 冗余用于控制部件的系统。例如，这里描述的原理可用于调节如调制系统的无刷电机这样 的电机的电机控制器，控制电磁阀的系统、或同类的其它系统。
虽然本发明已经参考一定的实施例进行了展示和描述，但很明显，本领域技术人 员在阅读和理解本说明书和附图的基础上很容易想到等效的改变和改进。特别考虑到上述 元件(部件，组件，装置，组成等)实现的各种功能，用来描述这些元件的术语(包括关联的 “方法”)意图与能实现所述元件的特定功能的任何元件一致(也就是功能上相当)，即使 在结构上与实现这里示出的本发明示范性实施例的功能的公开的结构不相同，除非另外指 出。此外，虽然已经参考几个示出的实施例中的一个或多个描述了本发明的特定特征，但是 这些特征也可与其它实施例中的一个或多个特征进行组合，因为可能需要和便于任何给定 的或特定的应用。
权利要求
一种双电机致动器，包括一对电机控制器，用于根据每个电机控制器接收的指令控制各自的电机；和一种通信链路，用于使每个电机控制器接收到的指令连通至另一个电机控制器；其中，每个电机控制器配置成经由通信链路将电机控制器接收到的指令传输到另一电机控制器；确定电机控制器是否已经接收到矛盾指令；和如果接收到矛盾指令，控制电机运行在已定义状态。
2.根据权利要求1所述的双电机致动器，其中，通信链路是电隔离式通信链路。
3.根据权利要求2所述的双电机致动器，其中，电隔离式通信链路包括至少一个光隔罔器。
4.根据任一项前述权利要求所述的双电机致动器，其还包括一对电机，其中，一个电机 被一个电机控制器控制，另一个电机被另一个电机控制器控制。
5.根据权利要求4所述的双电机致动器，其中，这对电机与阀门连接。
6.根据权利要求5所述的双电机致动器，其中，这对电机与联接在阀门上的输出轴杆 相连接。
7.根据权利要求6所述的双电机致动器，其中，电机转动输出轴杆来控制阀门。
8.根据权利要求4至7所述的双电机致动器，其中，电机为双向电机。
9.根据权利要求5至8所述的双电机致动器，其中，电机运行以同时控制阀门。
10.根据任一项前述权利要求所述的双电机致动器，其中，至少一个电机控制器配置 成通过确定电机控制器何时收到矛盾指令，来确定是其否已收到矛盾指令。
11.根据任一项前述权利要求所述的双电机致动器，其中，电机控制器配置成通过确 定每个电机控制器何时收到与另一个电机控制器接收到的指令相矛盾的指令，来确定其是 否已收到矛盾指令。
12.根据任一项前述权利要求所述的双电机致动器，其中，已定义状态为检测到矛盾指 令之前即时的电机控制器指令状态。
13.根据权利要求1至11所述的双电机致动器，其中，已定义状态为缺省状态。
14.根据任一项前述权利要求所述的双电机致动器，其还包括一对连接器，其中，用于 一个电机控制器的指令通过一个连接器传输，用于另一个电机控制器的指令通过另一个连 接器传输。
15.一种控制双电机致动器的方法，包括利用第一电机控制器接收用于控制第一电机的指令； 利用第二电机控制器接收用于控制第二电机的指令； 通过通信链路将每个电机控制器接收到的指令传输到另一电机控制器； 确定电机控制器是否已经接收到矛盾指令；以及当接收的指令不矛盾时，根据接收到的指令控制第一电机和第二电机；和当接收到的 指令矛盾时，控制第一电机和第二电机运行在已定义状态。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述确定包括将每个电机控制器接收的指令 与另一电机控制器接收的指令对比以确定指令是否矛盾。
全文摘要
本发明涉及到双电机致动器，其中，双电机致动器包括根据每个电机控制器接收的指令来控制各自的电机的一对电机控制器、和用于将每个电机控制器接收到的指令连通至另一个电机控制器的一种通信链路。电机控制器配置成经由通信链路将电机控制器接收到的指令传输到另一电机控制器；确定电机控制器是否已经接收到矛盾指令；如果接收到矛盾指令，则控制所述电机运行在已定义状态。通信链路是电隔离式通信链路，已定义状态可以是检测到矛盾指令之前即时的电机状态。
文档编号H02P5/46GK101969288SQ201010214699
公开日2011年2月9日 申请日期2010年6月25日 优先权日2009年7月27日
发明者J·G·弗伦奇, J·I·谢德, R·S·珀塞尔 申请人:帕克-汉尼芬公司