檢測伺服閥故障的方法及應用該方法的伺服閥的制作方法
【專利摘要】一種檢測兩級伺服閥的故障的方法，其中控制功率的可移動構件通過機械反饋連接到先導級的力矩馬達的轉子。響應于檢測到力矩馬達的轉子已接合止擋件而生成故障信號。本發(fā)明還提供了包括用于實施這樣的方法的裝置的伺服閥。
【專利說明】檢測伺服閥故障的方法及應用該方法的伺服閥
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于檢測兩級流量伺服閥的故障的方法和裝置，其中，用于分配功率的可移動構件通過機械反饋連接到先導級的力矩馬達的轉子。本發(fā)明還提供了包括這樣的裝置的伺服閥。
【背景技術】
[0002]常規(guī)的伺服閥由擺動或偏轉射流型先導級或具有擋板的噴嘴型先導級構成，其中擋板控制功率級的可移動功率分配構件。功率級的功能是傳送與傳送到先導級的指令成比例的壓力或流量。
[0003]在這樣的伺服閥中，先導級的液壓發(fā)射器(噴嘴或噴射器)和液壓接收器(固定擋板、偏轉器或接收器)的相對位置產(chǎn)生壓差，該壓差用于輕微移動伺服閥的功率級的可移動功率分配構件。通常，液壓發(fā)射器或接收器的位置由力矩馬達控制，力矩馬達使先導級的面對的液壓元件(用于擋板-噴嘴伺服閥的擋板、用于可移動噴射器伺服閥的噴射器和用于固定噴射器伺服閥的偏轉器)中的一個移動。響應于來自使用者的請求，計算機向力矩馬達發(fā)送呈電流形式的指令。該指令引起力矩馬達的轉子相對于定子轉動，這更改了液壓發(fā)射器和接收器的相對位置，藉此產(chǎn)生越過功率級的可移動功率分配構件的壓差。可移動功率分配構件然后以與力矩馬達所接收的電指令基本上成比例的量移動。可移動功率分配構件的移動然后使一組鉆孔通道與開口連通，這些開口處于允許壓力或流量作為所述功率分配構件的移動的函數(shù)而被傳送的布置。當已獲得所需效果(通常是由連接到伺服閥的功率級的致動器驅動的元件的定位)時，計算機發(fā)送停止指令，伺服閥然后停止傳送壓力或流量。在致動器的移動和提供給伺服閥的指令之間的控制環(huán)通常通過計算機建立。
[0004]這樣的伺服閥通常包括在力矩馬達的轉子和可移動功率分配構件之間的機械連接，例如，稱為“反饋”桿。該機械連接通常安裝在可移動元件的中間，并且還固定到擋板或噴射器。
[0005]這樣的伺服閥廣泛用于航空領域，特別是用于飛行控制或用于操縱一個或多個輪子。
[0006]由于那些構件的功能是關鍵性的，對于飛機安全來說，重要的是能夠監(jiān)測伺服閥的操作是令人滿意的，并且因此在故障的情況下警告機載計算機，甚至在伺服閥的故障操作產(chǎn)生伺服閥所控制的硬件的可察覺故障之前。飛行員或系統(tǒng)可于是斷開已識別為故障的設備，并啟動備用的設備(如果有的話)。
[0007]常規(guī)地，在來自飛行員的請求之后，機載計算機向力矩馬達發(fā)出指令，以便力矩馬達生成適于實現(xiàn)液壓元件的所需移動的壓力或流量。計算機還接收使其能夠證實所需移動已經(jīng)正確地發(fā)生的信息。
[0008]可能影響伺服閥的故障均對可移動功率分配構件的位置產(chǎn)生影響。可特別提及以下故障:
[0009]a)在行程末端位置的滑塊引起伺服控制迅速地突然傾側(lurch);反饋桿損壞，某些填料墊被擠出；
[0010]b)受阻的滑塊引起取決于滑塊受阻的流量的或多或少的突然傾側:夾塞在填料和滑塊之間的塵屑；
[0011]c)至先導級的液壓進料的中斷:結構部件的開裂、至第一級的液壓進料的堵塞；和
[0012]d)電能的中斷:兩個線圈的破損、電源線的破損。檢測這類故障通常依靠計算機的監(jiān)測裝置。
[0013]伺服控制的突然傾側被感知為其所控制的諸如致動器的硬件的故障狀態(tài)，該硬件快速且突然地占據(jù)處于其極端位置中的一個的位置。例如，對于致動器來說，伺服控制突然傾側引起致動器桿迅速地移動到其“完全延伸”位置或其“完全回縮”位置。在伺服控制環(huán)中的伺服閥也處于故障狀態(tài)，可能地為以上所提及的狀態(tài)a)到d)中的一個，其中，由于功率構件的分配滑塊處于錯誤位置，伺服閥傳送與所需不同的輸出流量或壓力。
[0014]測量在由計算機請求的位置和其實際位置之間的可移動功率分配構件的位置誤差反映伺服閥的故障。
[0015]目前，可移動功率分配構件的位置由線性可變差動變換器(LVDT)型的無源線性移動傳感器確定。為了能夠操作，該類型的傳感器需要稱之為“調(diào)節(jié)器”的電子模塊。這樣的傳感器的優(yōu)點是:結構簡單，且能在極其困難的環(huán)境中操作，同時還具有良好的分辨率。然而，在伺服閥中結合該類型的傳感器引起以下問題:
[0016]伺服閥的尺寸根據(jù)型號增加10%到50% ；
[0017]伺服閥的重量增加5%到20%。該影響在設備的重量輕是必要條件的航空應用中特別有害；
[0018]以這種方式裝配的伺服閥的成本比不這樣裝配的伺服閥的成本高5%至20% ；
[0019]平均無故障時間增加了 10%到20% ;和
[0020]對來自傳感器的信號進行工況處理的需求進一步使尺寸、重量、成本和可靠性方面不利。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明的目的是提出一種檢測具有機械反饋的兩級伺服閥的故障的簡單方法。
[0022]為此，本發(fā)明提供了一種檢測伺服閥的故障的方法，該伺服閥具有帶有用于分配功率的可移動構件的功率級和包括力矩馬達的先導級，力矩馬達具有定子和轉子，轉子占據(jù)被控制的位置以便以受控制的方式移動用于分配功率的可移動構件，所述用于分配功率的可移動構件通過機械反饋連接到力矩馬達的轉子，本發(fā)明的方法包括檢測馬達的可移動部分接合止擋件并響應于這樣的檢測而生成故障信號。
[0023]該方法基于檢測離散狀態(tài):轉子接合止擋件。該類狀態(tài)可被諸如干觸點或無觸點(例如，磁性的)傳感器的簡單裝置檢測。根據(jù)要實現(xiàn)的檢測電路的性質，特別是根據(jù)其受其周圍環(huán)境干擾的敏感性或根據(jù)處理生成的信號的計算機的能力，來選擇那些檢測裝置。這些裝置的簡化還可具有提高裝置的可靠性的效果，并且還具有減少其成本和重量的效果。可以為現(xiàn)有的伺服閥裝配這樣的裝置，該裝置特別穩(wěn)固和可靠并且適于生成清晰和快速的故障信號，而很少有額外成本和額外重量。[0024]發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，伺服閥的故障操作通常導致力矩馬達的轉子接合止擋件。
[0025]在伺服閥故障時，機載計算機發(fā)出關于伺服閥的修正指令(增加/減少/停止液壓進料)。這產(chǎn)生施加到轉子的電磁扭矩，只要液壓元件未執(zhí)行所需的移動。因此，在伺服閥故障的情況下，由于恒定的扭矩被施加到轉子，轉子接合其止擋件中的一個，假定連接到轉子的元件足夠柔韌以允許這樣的移動。
[0026]本發(fā)明還提供了設有用于實施這樣的方法的裝置的伺服閥。
[0027]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點在閱讀本發(fā)明的特定、非限制實施例的以下描述時呈現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]對附圖進行參考，其中:
[0029]圖1是處于無故障配置的伺服閥的圖解視圖；以及
[0030]圖2是處于具有故障的配置的伺服閥的圖解視圖。
【具體實施方式】
[0031]圖1是賦予整體標號I的伺服閥的功能圖。該閥可結合在控制電路中，控制電路用于控制諸如用于控制機翼上的襟翼(flap)的致動器12的液壓設備。伺服閥包括標號為MC的力矩馬達。
[0032]伺服閥I具有先導級和功率級。先導級包括在計算機100的控制下移動的力矩馬達MC，計算機100經(jīng)由指令通道10向力矩馬達MC發(fā)送其指令。功率級連接到液壓動力源P、返回端口 R、以及兩個出口 Cl和C2。出口 Cl和C2經(jīng)由管14為雙作用致動器12的兩個室進料。計算機100經(jīng)由操作監(jiān)測通道11接收來自力矩馬達的信息并且還經(jīng)由信息通道13接收關于致動器位置的信息。
[0033]力矩馬達MC包括定子2和轉子3。定子2為籠子，該籠子圍繞轉子3且具有用于在其極端位置處接納轉子的磁性止擋件2.1。轉子3包括兩個主要元件:
[0034]磁性擋板3.1，其通過由定子形成的磁場作用并相對于伺服閥I的主體可移動；和
[0035]柱3.2，其從定子伸出并穿入伺服閥的主體內(nèi)部。
[0036]轉子3固定到面向固定接收器5的流體噴射器4。噴射器4根據(jù)轉子3的移動選擇性地導向液壓流體。呈反饋桿6形式的機械返回裝置將用于分配功率的可移動構件，即，滑塊7機械地連接到空間3.2。
[0037]在該示例中呈常開開關2.2形式的止擋件接合檢測器被布置成靠近磁性止擋件
2.1，并且其以這樣的方式布置，以便在轉子3抵接時被磁性擋板3.1的端部致動。檢測器經(jīng)由操作監(jiān)測通道11與計算機100通信。固定接收器5具有兩個圖解示出的通道8，通道8通入位于滑塊任一側上的室9中。轉子3的移動使噴射器4相對于偏轉器5移動。兩個不同的流然后經(jīng)由通道8導向至位于滑塊7的任一側上的室9中。這些流在室9中形成壓差，藉此引起滑塊7平移移動并且經(jīng)由管14作用以從伺服閥I向致動器12輸出流量，該流量與施加到力矩馬達MC的輸入的控制電流基本上成比例。
[0038]圖2示出處于異常狀態(tài)的伺服閥1，在該示例中，反饋桿6已損壞。在這種情況下，滑塊7將立即抵接室9中的一個或另一個的端部，引起伺服閥突然傾側。大流量然后由伺服閥I經(jīng)由管14輸送到致動器12。在借助于信息通道13獲知致動器12的移動時，計算機100經(jīng)由指令通道10將修正指令發(fā)送到伺服閥。該指令采用施加到力矩馬達MC的電流的形式，以便引起擋板在使致動器12能夠執(zhí)行所需的返回移動的方向上移動。只要致動器2未按指令移動，該修正指令就一直保持。由于其經(jīng)受來自定子2的恒定的磁力矩，轉子3的磁性擋板3.1靠在磁性止擋件2.1中的一個上并且閉合開關2.2中的一個。響應于這樣的止擋件接合，該電路的閉合在操作監(jiān)測通道11上生成故障信號?？赡苡杏玫氖?，在檢測開關2.2中的一個的閉合時添加超時或濾波器，因為高流量需求可引起轉子3暫時接合止擋件。然而，第一級的快速動態(tài)響應意味著本發(fā)明的裝置檢測故障的速度具有與包括伺服閥滑塊上的LVDT型傳感器的系統(tǒng)的速度相同的量級。
[0039]故障信號會觸發(fā)對飛機飛行員的警告，或者其可由計算機直接處理，計算機可決定應用包括停用故障伺服閥和啟動備用設備(如果有的話)的安全規(guī)程。
[0040]自然，本發(fā)明不限于所描述的實施例，而是涵蓋了如權利要求書所定義的本發(fā)明范圍內(nèi)的任何變型。
[0041]特別地:
[0042].伺服閥可以是傳送壓力設定點的伺服閥；
[0043].可通過其它類型的傳感器檢測到轉子3接合止擋件，例如電感式傳感器、常開或常閉開關、測壓傳感器、電阻傳感器，或者真正地測量定子和轉子之間的電阻；
[0044].例如通過測量柱3.2的扭轉可在系統(tǒng)的任何位置檢測與止擋件的接合；
[0045].止擋件接合傳感 器2.2可由轉子本身承載，藉此能夠提供緊湊的元件；
[0046].止擋件接合傳感器2.2可由定子2本身承載，藉此能夠提供緊湊的元件，特別是通過取代磁性止擋件2.1來實現(xiàn)；
[0047].止擋件接合傳感器2.2可定位在定子2的籠子內(nèi)部或外部；
[0048].力矩馬達MC可將扭轉力施加到轉子3 ；
[0049].指令通道10和操作監(jiān)測通道11可以是相同的通道(多路復用)；
[0050]?可將與止擋件接合檢測器并聯(lián)連接且在沒有向線圈饋送電流的情況下閉合的電路添加到裝置；并且
[0051].雖然本發(fā)明在該示例中涉及具有呈定子形式的固定部分和呈轉子形式的可移動部分的力矩馬達，本發(fā)明同樣很好地適用于固定部分使可移動部分平移移動的線性馬達。
【權利要求】
1.一種檢測伺服閥(I)的故障的方法，所述伺服閥(I)具有帶有用于分配功率的可移動構件(7)的功率級和包括馬達(MC)的先導級，所述馬達(MC)具有固定部分(2)和可移動部分(3)，所述可移動部分(3)占據(jù)被控制的位置以便以受控制的方式移動所述用于分配功率的可移動構件(7)，所述用于分配功率的可移動構件(7)通過反饋構件(6)連接到所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)，所述方法的特征在于檢測所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)接合止擋件并且響應于這樣的檢測而生成故障信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，通過傳感器(2.2)檢測所述轉子(3)接合止擋件，所述傳感器(2.2)以這樣的方式操作地連接到所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)，以便在所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)接合止擋件時改變狀態(tài)，而且狀態(tài)的改變生成故障信號。
3.一種伺服閥(I)，包括帶有用于分配功率的可移動構件(7)的功率級和包括馬達(MC)的先導級，所述馬達(MC)具有固定部分(2)和可移動部分(3)，所述可移動部分(3)占據(jù)被控制的位置以便以受控制的方式移動所述用于分配功率的可移動構件(7)，所述用于分配功率的可移動構件(7)通過反饋構件(6)連接到所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)，所述伺服閥的特征在于其裝配有用于檢測所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)接合止擋件的裝置(2.2)。
4.根據(jù)權利要求3所述的伺服閥，包括傳感器(2.2)，所述傳感器(2.2)以這樣的方式操作地連接到所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)，以便在所述馬達(MC)的所述可移動部分(3)接合止擋件時 改變狀態(tài)，狀態(tài)的改變生成故障信號。
【文檔編號】F15B13/02GK104019082SQ201310062979
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權日:2013年2月28日
【發(fā)明者】G·奧澤洛 申請人:In-Lhc公司