(57)【要約】      （修正有）【課題】構造物を動かし配置するために構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するためのシステムを提供する。【解決手段】構造物１０４を動かし配置するために構造物１０４に取り付けられた複数のアクチュエータ１０２（１０２ａ〜１０２ｎ）を制御するためのシステム１００が、各アクチュエータ１０２のモータ１１２内の磁束センサ１１８を含む。磁束センサ１１８は、関連したモータ１１２内の磁束を感知し、関連したモータ１１２内の磁束に対応した電気信号を生成する。システム１００は、各アクチュエータ１０２の磁束センサ１１８から電気信号を受信する制御ユニット１２４も含む。制御ユニット１２４は、各アクチュエータ１０２のモータ１１２内で感知された磁束に応じて、各アクチュエータ１０２によって構造物１０４に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータ１０２に対する駆動コマンド信号を生成するように構成されている。【選択図】図１
2018093705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を動かし配置するために前記構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するためのシステムであって、
各アクチュエータのモータ内の磁束センサであって、関連したモータ内の磁束を感知し、前記関連したモータ内の前記磁束に対応した電気信号を生成する、磁束センサ、並びに
各アクチュエータの前記磁束センサから前記電気信号を受信する、制御ユニットを備え、前記制御ユニットが、
特定のアクチュエータの前記関連したモータ内の前記磁束に対応した前記電気信号に基づいて、予め設定された性能リミットの外側にある前記特定のアクチュエータの磁束密度を検出することを含む機能を実行するように構成された、閾値ウインドウ検出器、及び
上側の予め設定されたリミットよりも大きい又は下側の予め設定されたリミットよりも低い前記特定のアクチュエータの前記磁束密度に応じて、前記特定のアクチュエータを起動解除することを含む機能を実行するように構成された、磁束選択器を備える、システム。
【請求項２】
各アクチュエータの前記モータが、三相電気モータを備え、前記磁束センサが、前記三相電気モータの各相のための磁束センサ巻線を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記三相電気モータが、環状固定子を備え、前記環状固定子が、
各相のための複数の固定子ポストであって、個別に、前記環状固定子の周りで連続的に散りばめられている、固定子ポスト、及び
各相のための相巻線であって、各それぞれの相に関連した前記複数の固定子ポストの周りに巻かれた、相巻線を備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
各相のための前記磁束センサ巻線が、関連した相の少なくとも１つの固定子ポストの周りに巻かれた第２の巻線を備え、特定の相の前記相巻線内を流れる電流が、前記特定の相の各固定子ポスト内で磁束を生成し、前記磁束が各固定子ポストにおいて磁場を生成し、前記磁場が前記特定の相のための前記磁束センサ巻線にわたり電圧信号を生成し、前記電圧信号が、周りに前記特定の相のための前記磁束センサ巻線が巻かれるところの前記固定子ポスト内の前記磁束のレベルに対応した振幅を有する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
各相のための前記磁束センサ巻線が、各相のための磁束レベル検出器と電気的に接続され、各磁束レベル検出器が、関連した磁束センサ巻線からの交流（ＡＣ）電圧信号を、前記モータの関連した相における磁束レベルに対応した直流（ＤＣ）電圧信号に変換するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記モータの前記三相からの前記ＤＣ電圧信号から前記モータのための磁束密度を判定するように構成された回路を更に備え、前記モータのための前記磁束密度が、前記モータに電力が加えられたときに前記モータによって供給されるトルクに対応し、前記回路が、前記モータによって前記構造物に供給される前記トルクを表す出力信号を生成する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記モータの前記三相からの前記ＤＣ電圧信号が合計されて、前記モータのための前記磁束密度と前記出力信号とを供給する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
複数の出力信号を受信する比較バランスモジュールを更に備え、各出力信号が、各アクチュエータの前記モータによって前記構造物に供給される前記トルクを表し、前記比較バランスモジュールが、各出力信号を比較し、各アクチュエータによって前記構造物に加えられる前記トルクをバランスさせる、各アクチュエータに対するコマンド信号を生成するように構成されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記磁束選択器が、各アクチュエータの前記モータの前記磁束密度の間の差を無効にすることを含む機能を実行するように更に構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
各アクチュエータの前記モータの前記磁束密度の間の差を無効にすることが、各アクチュエータに関連したアクチュエータ駆動回路のゲインを修正することによって、各アクチュエータの前記モータの前記磁束密度を等しくすることを含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記構造物が、航空機の飛行操縦翼面である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
構造物を動かし配置するために前記構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するための方法であって、
各アクチュエータのモータ内の磁束を感知し、前記モータ内の前記磁束に対応した電気信号を生成すること、及び
各アクチュエータの前記モータ内で感知された前記磁束に応じて、各アクチュエータによって前記構造物に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータに対する駆動コマンド信号を生成することを含む、方法。
【請求項１３】
各アクチュエータの前記モータが、三相電気モータを備え、前記モータ内の前記磁束を感知することが、各相における前記磁束を感知することを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記モータの各相における前記磁束のレベルに対応した振幅を有する各相のための電圧信号を生成することを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記モータの前記三相のための前記電圧信号を合計することによって、各アクチュエータに関連した前記モータのための磁束密度を判定して、前記磁束密度を等しくする出力信号を供給することを更に含み、前記モータのための前記磁束密度が、前記モータによって供給されるトルクに対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
複数の出力信号を比較することであって、各出力信号が各アクチュエータの前記モータによって前記構造物に供給される前記トルクを表す、比較すること、及び
各アクチュエータによって前記構造物に加えられる前記トルクをバランスさせる、各アクチュエータに対するコマンド信号を生成することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
予め設定された性能リミットの外側にある特定のアクチュエータの前記磁束密度を検出すること、及び
上側の予め設定されたリミットよりも大きい又は下側の予め設定されたリミットよりも低い前記特定のアクチュエータの前記磁束密度に応じて、前記特定のアクチュエータを起動解除することを更に含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
各アクチュエータの前記モータの前記磁束密度の間の差を無効にすることを更に含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気機械式アクチュエータに関し、特に、複合的電気機械式アクチュエータ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
輸送体及び他の設備又は構造物は、電気機械式アクチュエータなどのアクチュエータによって動かされ又は配置される構造的構成要素を含み得る。例えば、航空機又は航空宇宙輸送体は、アクチュエータ又は電気機械式アクチュエータによって動かされ配置される、飛行操縦翼面を含む。複数のアクチュエータが使用されて、単一の飛行操縦翼面を動かし配置し得る。アクチュエータが２つ以上の電気モータを含み、又は、幾つかの分離したアクチュエータが同じ翼面に取り付けられ得る。これらのアクチュエータ又はアクチュエータ内のモータは、異なる力又はトルクを用いて飛行操縦翼面に作用し得る。したがって、アクチュエータは、協働して又は共に働くよりもむしろ、翼面を動かし又は配置することにおいて互いに抵抗し又は格闘し得る。リミット若しくは設計パラメータ内で動作しない又は故障したアクチュエータは、翼面を動かす他のアクチュエータの動作を妨げ又はその動作に抵抗し得る。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態によれば、構造物を動かし配置するために構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するためのシステムが、各アクチュエータのモータ内の磁束センサを含む。磁束センサは、関連したモータ内の磁束を感知し、関連したモータ内の磁束に対応した電気信号を生成する。該システムは、各アクチュエータの磁束センサから電気信号を受信する制御ユニットも含む。制御ユニットは、各アクチュエータのモータ内で感知された磁束に応じて、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータに対する駆動コマンド信号を生成するように構成されている。
【０００４】
別の一実施形態によれば、構造物を動かし配置するために構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するためのシステムが、各アクチュエータのモータ内の磁束センサを含む。磁束センサは、関連したモータ内の磁束を感知し、関連したモータ内の磁束に対応した電気信号を生成する。該システムは、各アクチュエータの磁束センサから電気信号を受信する制御ユニットも含む。制御ユニットは、特定のアクチュエータの関連したモータ内の磁束に対応した電気信号に基づいて、予め設定された性能リミットの外側にある特定のアクチュエータの磁束密度を検出することを含む機能を実行するように構成された、閾値ウインドウ検出器を含む。制御ユニットは、上側の予め設定されたリミットよりも大きい又は下側の予め設定されたリミットよりも低い特定のアクチュエータの磁束密度に応じて、特定のアクチュエータを起動解除することを含む機能を実行するように構成された、磁束選択器も含む。
【０００５】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、磁束選択器は、各アクチュエータのモータの磁束密度の間の差を無効にすることを含む機能を実行するように更に構成されている。
【０００６】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、各アクチュエータのモータの磁束密度の間の差を無効にすることは、各アクチュエータに関連したアクチュエータ駆動回路のゲインを修正することによって、各アクチュエータのモータの磁束密度を等しくすることを含む。
【０００７】
別の一実施形態によれば、構造物を動かし配置するために構造物に取り付けられた複数のアクチュエータを制御するための方法が、各アクチュエータのモータ内の磁束を感知すること、及び、モータ内の磁束に対応した電気信号を生成することを含む。該方法は、各アクチュエータのモータ内で感知された磁束に応じて、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータに対する駆動コマンド信号を生成することも含む。
【０００８】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、各アクチュエータのモータは、三相電気モータを含み、磁束センサは、三相電気モータの各相のための磁束センサ巻線（flux sensor winding）を含む。
【０００９】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、三相電気モータは、環状固定子を含む。環状固定子は、各相のための複数の固定子ポストを含む。各相のための固定子ポストは、個別に、環状固定子の周りで連続的に散りばめられている。環状固定子は、各相のための相巻線（phase winding）も含む。各相のための相巻線は、各それぞれの相に関連した複数の固定子ポストの周りに巻かれている。
【００１０】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、各相のための磁束センサ巻線は、関連した相の少なくとも１つの固定子ポストの周りに巻かれた第２の巻線を含む。特定の相の相巻線内を流れる電流は、特定の相の各固定子ポスト内で磁束を生成し、その磁束は、各固定子ポストにおいて磁場を生成する。磁場は、特定の相のための磁束センサ巻線にわたり電圧信号を生成する。電圧信号は、その周りで特定の相のための磁束センサ巻線が巻かれるところの、固定子ポスト内の磁束のレベルに対応した振幅を有する。
【００１１】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、各相のための磁束センサ巻線は、各相のための磁束レベル検出器と電気的に接続されている。各磁束レベル検出器は、関連した磁束センサ巻線からの交流（ＡＣ）電圧信号を、モータの関連した相における磁束レベルに対応した直流（ＤＣ）電圧信号に変換するように構成されている。
【００１２】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、該システムは、モータの三相からのＤＣ電圧信号からモータのための磁束密度を判定するように構成された回路を更に含む。モータのための磁束密度は、モータに電力が加えられたときにモータによって供給されるトルクに対応し、回路は、モータ又はアクチュエータによって構造物に供給されるトルクを表す出力信号を生成する。
【００１３】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、モータの三相からのＤＣ電圧信号が合計されて、モータのための磁束密度と、モータ又は関連したアクチュエータによって構造物に供給されるトルクを表す出力信号とを供給する。
【００１４】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、該システムは、各アクチュエータに関連したモータの磁束密度を判定するように構成された回路から複数の出力信号を受信する、比較バランスモジュールを更に含む。各出力信号は、各アクチュエータのモータによって構造物に供給されるトルクを表す。比較バランスモジュールは、各出力信号を比較し、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータに対するコマンド信号を生成するように構成されている。
【００１５】
別の一実施形態又は以前の実施形態の何れかによれば、構造物は、航空機の飛行操縦翼面である。
【００１６】
上述の特徴、機能、及び利点は、様々な実施形態において単独で実現することが可能であり、又は更に別の実施形態において組み合わせることが可能であるが、これらの実施形態は、以下の説明及び添付図面を参照することによって更に詳細に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の一実施形態による、複合的アクチュエータ制御システムの一実施例のブロック概略図である。
【図２】本開示の別の一実施形態による、磁束センサを含むアクチュエータのための電気モータの一実施例である。
【図３】本開示の一実施形態による、磁束レベル検出器の一実施例の概略図である。
【図４】本開示の一実施形態による、検出された磁束レベルからモータのトルクを判定するための回路の一実施例の概略図である。
【図５】本開示の一実施形態による、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルク又は力をバランスさせる比較バランストルクモジュールの一実施例のブロック概略図である。
【図６】本開示の別の一実施形態による、複合的アクチュエータ制御システムの一実施例のブロック概略図である。
【図７】本開示の一実施形態による、複数のアクチュエータを制御するための方法の一実施例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の実施形態の詳細な説明は添付の図面を参照しており、これら図面は本開示の具体的な実施形態を示している。異なる構造及び操作を含む他の実施形態も、本開示の範囲から逸脱するものではない。同様の参照番号は、異なる図面における同一の要素又は構成要素を表す。
【００１９】
図１は、本開示の一実施形態による、構造物１０４を動かし配置するために構造物１０４に取り付けられた複数のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎ又は電気機械式アクチュエータ（ＥＭＡ）を制御するためのシステム１００の一実施例のブロック概略図である。構造物１０４は、デバイス又はアセンブリ１０６に対して構造物１０４を動かし配置するために複数のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎを必要とする、デバイス又はアセンブリ１０６の任意の種類の構造物又は構成要素であり得る。一実施形態によれば、構造物１０４が、航空機の飛行操縦翼面である。別の一実施例では、構造物１０４が、建物、橋、又は他の土木構造物などの、土木構造物のドア、ドーム、付属物などの、可動構成要素であり、複数のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎが、土木構造物に対して可動構成要素を動かす。本明細書で説明されるシステム１００は、別の構造物に対して任意の構造物を動かすように構成され得る。それは、複数のアクチュエータを必要とする複数の分離したアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎは、デバイス又はアセンブリ１０６に固定され、任意の適切な構成によって構造物１０４に取り付けられている。複数のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎは、デバイス又はアセンブリ１０６が航空機である例示的な実施形態において、インターフェース１１０又は飛行制御システムからの位置信号又は角度信号１０８などの電気信号に応じて、アセンブリ１０６に対して構造物１０４を動かし配置する。
【００２０】
各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎは、電気モータ１１２を含む。一実施形態によれば、電気モータ１１２は、三相電気モータである。各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２は、一組のギア１１４又はギアアセンブリと機械的に連結されている。各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの一組のギア１１４は、任意の適切な構成によって、構造物１０４又は航空機の操縦翼面と機械的に連結され又は取り付けられている。本明細書で説明されるように、動作中のモータ１１２は、位置又は角度信号１０８に応じて、アセンブリ１０６又は航空機に対して、所定の速度で構造物１０４を動かし、所定の位置又は角度で構造物１０４を配置するための、一組のギア１１４によって構造物１０４に機械的に伝達される特定のトルク１１６又は力を供給するように制御可能である。
【００２１】
システム１００は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２内に磁束センサ１１８を含む。磁束センサ１１８は、関連したモータ１１２の動作のためにモータ１１２に加えられている電流に応じて、関連したモータ１１２内の磁束１２０を感知する。磁束は、関連したモータ１１２内の磁束１２０によって生成された磁場の強度に対応し又は比例した、電圧信号１２２を生成する。モータ１１２が三相電気モータである一実施形態によれば、磁束センサ１１８は、各相のための磁束センサ１１８ａ〜１１８ｃ（図２）を含む。各相に関連した磁束センサ１１８ａ〜１１８ｃは、関連した相における磁束を感知する。三相電気モータ１１２の各相のための磁束センサ１１８又は磁束センサ１１８ａ〜１１８ｃは、図２を参照しながら説明される。
【００２２】
システム１００は、磁束センサ１１８又は各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの磁束センサ１１８ａ〜１１８ｃから電気電圧信号１２２を受信する、制御ユニット１２４も含む。制御ユニット１２４は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２内で感知された磁束１２０に応じて、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に加えられるトルク１１６をバランスさせる、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに対する、又は各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに関連した電気機械駆動アクチュエータ（ＥＭＡ）駆動回路１２７に対する、個別の駆動コマンド信号１２６を生成するように構成されている。
【００２３】
一実施形態によれば、制御ユニット１２４は、各磁束センサ１１８に関連した磁束レベル検出器１２８を含む。本明細書でより詳細に説明されるように、磁束センサ１１８は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの三相電気モータ１１２の各相に関連する。各磁束レベル検出器１２８は、モータ１１２の関連した相における磁束レベルに対応した電気信号を生成する。特定のモータ１１２の各相における磁束レベルに基づいて、磁束密度又はトルクを判定するために、特定のモータ１１２の各相のための磁束レベルに対応した電気信号が、回路１３０に送信される。磁束密度又はトルクを判定する回路１３０は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに関連している。磁束レベル検出器１２８の一実施例は、図３を参照しながら説明される。磁束密度又は各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２によって供給されたトルクを判定するための回路１３０の一実施例は、図４を参照しながら説明される。
【００２４】
一実施形態によれば、制御ユニット１２４は、比較バランストルクモジュール１３２も含む。比較バランストルクモジュール１３２は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２によって構造物１０４に供給されたトルク１１６を表す、各回路１３０からの出力信号を受信する。比較バランスモジュール１３２は、回路１３０からの各出力信号を比較し、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に加えられるトルク１１６をバランスさせる、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに対するコマンド信号１２６を生成するように構成されている。アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの各々によって加えられるトルク１１６をバランスさせることは、アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの間の格闘する力又は任意の抵抗を妨げる。それによって、アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎは、構造物１０４を動かし配置することにおいて協働するように作用する。比較バランストルクモジュール１３２の一実施例は、図５を参照しながら説明される。複数の信号を比較すること、及び、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって加えられるトルクをバランスさせるために出力信号を生成することができる、任意のデバイス若しくは回路又はデバイス若しくは回路の組み合わせが、比較バランスモジュール１３２のために使用され得る。
【００２５】
図１の例示的な実施形態によれば、システム１００は、アセンブリ１０６又は航空機に対する構造物１０４又は飛行操縦翼面の実際の位置又は角度を判定するために、１以上の位置又は角度センサ１３４を含む。１以上の位置又は角度センサ１３４は、構造物１０４の実際の位置又は角度に対応した実際の位置信号１３６を、制御ユニット１２４へ送信する。制御ユニット１２４は、構造物１０４の実際の位置又は角度を、インターフェース１１０又は飛行制御システムからの位置信号又は角度信号１０８と比較して、構造物１０４が正しく配置され又は角度を付けられていることを確認する。
【００２６】
図２も参照すると、図２は、本開示の別の一実施形態による、磁束センサ１１８ａ、１１８ｂ、及び１１８ｃを含むアクチュエータのための三相電気モータ１１２の一実施例である。以前に説明されたように、一実施形態によれば、図１の各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２は、三相電気モータ１１２であり、磁束センサ１１８ａ、１１８ｂ、及び１１８ｃは、三相電気モータ１１２の各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための、それぞれの磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃを含む。
【００２７】
三相電気モータ１１２は、環状固定子２０８を含む。環状固定子２０８は、複数の固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃを含む。各相２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃは、関連した複数の固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃを含む。各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃは、個別に、環状固定子２０８の周りで連続的に散りばめられている。
【００２８】
環状固定子２０８は、各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための相巻線２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃも含む。各相のための相巻線２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃは、各それぞれの相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃに関連した複数の固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃの周りに巻かれている。相巻線２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃは、各固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃの周りを１回以上巻かれている。相巻線２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃの各々は、三相電源２１４のそれぞれの相と電気的に接続されている。
【００２９】
各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、関連した相２０６ａ、２０６ｂ、又は２０６ｃの少なくとも１つの固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃの周りに巻かれた第２の巻線である。図２で示される実施形態によれば、磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃは、各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための単一の固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃの周りに巻かれている。各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのためのそれぞれの固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ及び２１０ｃの周りに１回以上巻かれている。特定の相２０６ａ、２０６ｂ、又は２０６ｃの相巻線２１２ａ、２１２ｂ、又は２１２ｃ内を流れる電流は、特定の相２０６、２０６ｂ、又は２０６ｃの各固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、及び２１０ｃ内で磁束を生成し、その磁束は、電流が供給された特定の相の各固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、又は２１０ｃにおいて磁場を生成する。磁場は、特定の相のための磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、又は２０４ｃにわたり電圧信号を生成する。電圧信号は、その周りに各相のための磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、又は２０４ｃが巻かれたところの、固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、又は２１０ｃ内の磁束のレベルに対応した、磁場の強度に対応し又は比例する振幅を有する。
【００３０】
各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃのための磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃは、各相のための磁束レベル検出器１２８ａ、１２８ｂ、及び１２８ｃと電気的に接続されている。したがって、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎ（図１）は、三相電子モータ１１２の各相のための磁束レベル検出器１２８ａ、１２８ｂ、及び１２８ｃに関連する。モータ１１２の動作のための三相電源２１４によって電流がそれぞれ各相に加えられると、磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、及び２０４ｃは、三相電気モータ１１２の各相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃにおいて発達した磁束レベルをサンプリングする。一実施形態によれば、以前に説明されたように、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのための各相のための磁束レベル検出器１２８ａ、１２８ｂ、及び１２８ｃは、制御ユニット１２４の構成要素である。別の一実施形態によれば、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのための磁束レベル検出器１２８ａ、１２８ｂ、及び１２８ｃは、制御ユニット１２４から分離され、又はシステム１００の異なる構成要素内に配置される。
【００３１】
三相電気モータ１１２は、環状固定子２０８内に配置された回転子２１６も含む。図２で示された例示的な実施形態によれば、回転子２１６は、円形状又はディスク形状を有する。回転子２１６は、回転子２１６の外側端部の近くで回転子２１６の周りに円周状に配置された、複数の磁石２１８又は永久磁石を含む。磁石２１８は、固定子ポスト２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃと合致するように間隔を空けられる。したがって、各相巻線２１２ａ、２１２ｂ、及び２１２ｃが連続的に三相電源２１４によって電圧を加えられると、磁石２１８は、各それぞれの相２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃに電力が加えられた際に、各固定子２１０において生成された磁場によって引き付けられ、回転子２１６が環状固定子２０８内で回転することをもたらす。以前に説明されたものと同様に、構造物１０４を動かし配置するためにモータ１１２から構造物１０４へトルク１１６を加えるために、ハブ又は駆動軸２２０が一組のギア１１４（図１）と機械的にリンクされる。
【００３２】
図３を参照すると、図３は、本開示の一実施形態による、磁束レベル検出器３００の一実施例の概略図である。一実施形態によれば、磁束レベル検出器３００は、図１及び図２の各磁束レベル検出器１２８ａ〜１２８ｃのために使用される。磁束レベル検出器３００は、関連した磁束センサ１１８ａ、１１８ｂ、若しくは１１８ｃ、又は磁束センサ巻線２０４ａ、２０４ｂ、若しくは２０４ｃからの交流（ＡＣ）電圧信号を、モータ１１２の関連した相における磁束レベルに対応した直流（ＤＣ）電圧信号に変換するように構成されている。例示的な磁束レベル検出器３００は、磁束センサ巻線２０４の一端に接続された正の入力端子３０４と、磁束センサ巻線２０４の別の一端に電気的に接続された負の入力端子３０６とを有する、増幅器３０２を含む。磁束センサ巻線２０４の両側の端は、入力電圧を増幅器３０２に供給するために、増幅器３０２への入力において、短絡抵抗器３０８によって短絡されている。短絡抵抗器３０８の値は、増幅器３０２に所望の入力電圧を供給するために、且つ、磁束センサ１１８によって感知された磁束１２０のレベルに基づいて選択される。
【００３３】
ブリッジ整流器３１０は、増幅器３０２からの出力信号を受信して、ＡＣ電圧信号をＤＣ電圧信号に変換する。平滑コンデンサ３１２が、ブリッジ整流器３１０からのＤＣ出力電圧信号内の任意のリップル又はノイズを平滑し又は除去する。ブリーダー抵抗器３１４が、平滑コンデンサ３１２を放電させるために、接地抵抗器３１６を介して接地電位に接続されている。受信器３１８は、平滑されたＤＣ電圧信号３２０又は出力ＤＣ電圧信号を受信する。平滑されたＤＣ電圧信号３２０は、磁束センサ１１８に関連したモータ１１２の特定の相における磁束レベルに対応する。別の一実施形態によれば、ブリッジ整流器３１０は、磁束センサ１１８によって検出された磁束１２０の変化率を判定するための回路又はデバイスによって置き換えられる。本明細書で説明されるように、磁束１２０の変化率は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に加えられるトルク１１６を制御するために使用される磁束１２０の変化率に対応したＤＣ電圧信号３２０に変換される。
【００３４】
図４を参照すると、図４は、本開示の一実施形態による、検出された磁束レベルからモータのトルク４０２を判定するための回路４００の一実施例の概略図である。一実施形態によれば、回路４００は、図１の制御ユニット１２４の構成要素である。別の一実施形態によれば、回路４００は、制御ユニット１２４から分離した構成要素である。回路４００は、関連したモータ１１２の三相の各々からのＤＣ電圧信号３２０から、関連したモータ１１２のための磁束密度を判定するように構成されている。回路４００は、関連したモータ１１２の各相２０６ａ〜２０６ｃと関連した磁束レベル検出器１２８ａ〜１２８ｃ（図２）又は３００（図３）の受信器３１８ａ〜３１８ｃから、出力ＤＣ電圧信号３２２ａ〜３２２ｃを受信するための増幅器４０４ａ〜４０４ｃを含む。各出力ＤＣ電圧信号３２２ａ〜３２２ｃは、モータ１１２の三相のうちの１つのための平滑されたＤＣ電圧信号３２０に対応する。それぞれの増幅器４０４ａ〜４０４ｃによって増幅されたＤＣ電圧信号３２２ａ〜３２２ｃは、加算デバイス４０６によって合計される。関連したモータ１１２の各相２０６ａ〜２０６ｃに関連したＤＣ電圧信号３２２ａ〜３２２ｃの総和は、関連したモータ１１２のための磁束密度を提供する。関連したモータ１１２のための磁束密度は、関連したモータ１１２に電力が加えられたときに、その関連したモータ１１２によって供給されるトルク４０２に対応する。回路４００は、モータ１１２によって構造物１０４に供給されたトルク４０２を表す、出力信号４０８を生成する。
【００３５】
図５を参照すると、図５は、本開示の一実施形態による、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に加えられるトルク又は力をバランスさせる比較バランストルクモジュール１３２の一実施例のブロック概略図である。一実施形態によれば、比較バランストルクモジュール１３２は、図１の比較バランストルクモジュール１３２のために使用され、制御ユニット１２４の構成要素である。別の一実施形態によれば、比較バランストルクモジュール１３２は、制御ユニット１２４から分離した構成要素である。比較バランストルクモジュール１３２は、複数の出力信号４０８ａ〜４０８ｎを受信する。各出力信号４０８ａ〜４０８ｎは、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２によって構造物１０４に供給されるトルク４０２を表す。比較バランストルクモジュール１３２は、各出力信号４０８ａ〜４０８ｎをモニタし比較するように構成されている。出力信号４０８ａ〜４０８ｎの間の任意の差は、それぞれのモータ１１２によって構造物１０４に加えられたトルク４０２、又は、関連したアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に加えられたトルク１１６における差に対応する。モータ１１２によって供給されたモータのトルク４０２は、一組のギア１１４によって伝達され、対応するトルク１１６として、一組のギア１１４によって構造物１０４に加えられる。出力信号４０８ａ〜４０８ｎの間の差は、比較バランストルクモジュール１３２によってゼロにされ又は等しくされて、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４（図１）に加えられるトルク１１６又は力をバランスさせる、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに対する駆動コマンド信号４１０ａ〜４２０ｎを生成する。
【００３６】
図６は、本開示の別の一実施形態による、複合的アクチュエータ制御システム６００の一実施例のブロック概略図である。複合的アクチュエータ制御システム６００は、制御システム６００が異なる又は修正された制御ユニット１２４’を含むことを除いて、図１のアクチュエータ制御システム１００と同様である。制御ユニット１２４’は、各モータ１１２のための磁束密度を判定するためのモジュール６０４を含む。図６で示される例示的な実施形態によれば、各モータ１１２の磁束密度を判定するためのモジュール６０４は、各モータ１１２の各相に関連した磁束レベル検出器１２８又は３００、及び、各モータ１１２の磁束密度を判定するための各モータ１１２に関連した回路１３０又は４００を含む。
【００３７】
制御ユニット１２４’は、閾値ウインドウ検出器６０６と磁束選択器６０８も含む。閾値ウインドウ検出器６０６は、特定のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎの磁束密度が予め設定された性能リミットの範囲内にあるか否かを検出することを含む機能を実行するように構成されている。磁束選択器６０８は、上側の予め設定されたリミットよりも大きい又は下側の予め設定されたリミットよりも低い特定のアクチュエータの磁束密度に応じて、特定のアクチュエータを起動解除することを含む機能を実行するように構成されている。一実施形態によれば、磁束選択器６０８は、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２の磁束密度の間の差を無効にすることを含む機能を実行するように更に構成されている。各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２の磁束密度の間の差を無効にすることは、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎに関連したアクチュエータ（ＥＭＡ）駆動回路１２７のゲインを修正することによって、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎのモータ１１２の磁束密度を等しくすることを含む。一実施形態によれば、磁束選択器６０８又は制御ユニット１２４’は、各ＥＭＡ駆動回路１２７にコマンド信号を送信し、それは、各モータ１１２に電圧を加える駆動電圧のゲイン又は振幅が、各アクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎによって構造物１０４に等しいトルク１１６を供給することをもたらす。
【００３８】
図７は、本開示の一実施形態による、複数のアクチュエータを制御するための方法７００の一実施例のフローチャートである。一実施形態によれば、方法７００は、図１のシステム１００又は図６のシステム６００内で具現化され、図１のシステム１００又は図６のシステム６００によって実行される。複数のアクチュエータは、図１のアクチュエータ１０２ａ〜１０２ｎと同様であり、以前に説明したものと類似して、構造物１０４を動かし配置するために構造物１０４に取り付けられている。ブロック７０２では、各アクチュエータのモータ内の磁束が感知される。一実施形態によれば、モータは、三相電気モータであり、磁束は各アクチュエータの三相電気モータの各相において感知される。ブロック７０４では、モータの各相における磁束に対応した電気信号が生成される。モータの関連した相における磁束のレベルに対応した振幅を有する電圧信号が、各相のために生成される。
【００３９】
ブロック７０６では、関連したモータの磁束密度を等しくする出力信号を供給するために、モータの三相の各々のための電圧信号を合計することによって、各アクチュエータに関連したモータのための磁束密度が判定される。モータのための磁束密度は、モータによって供給されるトルクに対応する。各々が各アクチュエータの関連したモータの磁束密度を表す、各アクチュエータのための複数の出力信号が生成され、各磁束密度は、関連したモータによって供給されるトルクに対応する。
【００４０】
ブロック７０８では、複数の出力信号が比較される。ブロック７１０では、各アクチュエータのモータ内で感知された磁束に応じて、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクをバランスさせる、各アクチュエータに対する駆動コマンド信号が生成される。以前に説明されたものと同様に、出力信号の間の差は、各アクチュエータのモータに対する駆動コマンド信号を生成することにおいてゼロにされ又は等しくされ、それによって、各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクがバランスされる。
【００４１】
別の一実施形態によれば、特定のアクチュエータの磁束密度は、予め設定された性能リミットの外側にあるならば検出される。各アクチュエータのモータの磁束密度が、判定され、上側の予め設定されたリミット及び下側の予め設定されたリミットと比較される。特定のアクチュエータは、上側の予め設定されたリミットよりも大きい又は下側の予め設定されたリミットよりも低い特定のアクチュエータの磁束密度に応じて、起動解除される。
【００４２】
更なる一実施形態によれば、各アクチュエータのモータの磁束密度の間の差が無効にされ又は等しくされる。各アクチュエータによって構造物に加えられるトルクをバランスさせるために、各アクチュエータのモータの磁束密度を無効にし又は等しくすることに応じて、コマンド信号が生成され各アクチュエータに送信される。
【００４３】
図面のフローチャート及びブロック図は、本開示の様々な実施形態によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャ、機能性、及び操作を示すものである。その際、フローチャート及びブロック図の各ブロックは、特定の１以上の論理機能を実装するための１以上の実行可能な命令を含むコードのモジュール、セグメント、又は部分を表わし得る。一部の代替的な実行形態では、ブロック内に記載された機能は、図に記載されている順序を逸脱して発現し得る。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、関連機能に応じて、実質的に同時に実行され得るか、又は、時には逆順に実行され得る。ブロック図及び／又はフローチャートの各ブロック、並びに、ブロック図及び／又はフローチャートにおけるブロックの組み合わせは、特定の機能又は作用を実施する特殊用途のハードウェアベースのシステムによって実装されうるか、或いは、特殊用途ハードウェアとコンピュータ指令との組み合わせによって実行され得ることにも、留意されたい。
【００４４】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本開示の実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用されているように、単数形「一つの（ａ、ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限りは、複数形も含むものとする。更に、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ及び／又はｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、この明細書中で使用される場合、記載されている特徴、実体、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、それら以外の一又は複数の特徴、実体、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれらのグループの、存在又は追加を排除するわけではないことが、理解されよう。
【００４５】
すべての手段又はステップの対応する構造、材料、作用、及び均等物、並びに、下記の特許請求の範囲における機能要素は、具体的に請求されている、その他の請求されている要素と組み合わされて機能を果たすためのいかなる構造、材料、又は作用をも含むことが、意図されている。本実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態の実施形態に限定することを意図していない。当業者であれば、実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく多数の修正及び変更を加えることが可能であることが理解されよう。
【００４６】
本明細書では特定の実施形態を例示し説明しているが、例示されている特定の実施形態は、同じ目的を達成するように企図された任意の設定に置き換えられ得ること、また本実施形態は他の環境で他の用途を有することを当業者は認識するであろう。この出願は、本開示のいかなる改変例または変形例をも対象とすることが意図されている。下記の請求項は、本発明の実施形態の範囲を本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図していない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【外国語明細書】
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