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A fault-tolerant triple-redundant voice coil motor for direct drive valves:Design, optimization, and experiment

Chinese Journal of Aeronautics 2013年第4期26卷 1071-1079页

作者： Wu Shuai Jiao Zongxia Yan Liang Yu Juntao Chen Chin-Yin School of Electrical Engineering and Automation Science Beihang University Taiwan Ocean Research Institute "National"Applied Research Laboratories

A direct drive actuator （DDA） with direct drive valves （DDVs） as the control device is an ideal solution for a flight actuation system. This paper presents a novel triple-redundant voice coil motor （TRVCM） used for redundant DDVs. The TRVCM features electrical/mechanical hybrid triple-redundancy by securing three stators along with three moving coils in the same frame. A permanent magnet （PM） Halbach array is employed in each redundant VCM to simplify the system structure. A back-to-back design between neighborly redundancies is adopted to decouple the magnetic flux linkage. The particle swarm optimization （PSO） method is implemented to optimize design parameters based on the analytical magnetic circuit model. The optimization objective function is defined as the acceleration capacity of the motor to achieve high dynamic performance. The optimal geometric parameters are verified with 3D magnetic field finite element analysis （FEA）. A research prototype has been developed for experimental purpose. The experimental results of magnetic field density and force output show that the proposed TRVCM has great potential of applications in DDA systems.

关键词： direct drive valve hydraulic flight control magnetic field optimization particle swarm optimization redundant motor

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