BR102021025472A2

BR102021025472A2 - Atuador eletromecânico, e, método para prevenir rotação de uma haste de atuador em um atuador eletromecânico

Info

Publication number: BR102021025472A2
Application number: BR102021025472-6A
Authority: BR
Inventors: Sebasten Coureux
Original assignee: Goodrich Actuation Systems Sas
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-12-16
Publication date: 2022-07-26
Also published as: CA3141390A1; EP4030593A1; US11915867B2; US20220230795A1

Abstract

ATUADOR ELETROMECÂNICO, E, MÉTODO PARA PREVENIR ROTAÇÃO DE UMA HASTE DE ATUADOR EM UM ATUADOR ELETROMECÂNICO. Um atuador eletromecânico (100) é descrito neste documento compreendendo: uma haste de atuador (13) alojada em um alojamento de atuador (1); um transformador diferencial variável linear LVDT (21) fixado ao alojamento de atuador (1); um componente antirrotação (160) configurado para contatar a superfície externa do referido LVDT; em que a referida superfície externa do transformador diferencial variável linear (21) compreende uma primeira característica de superfície antirrotação (120) e em que o referido componente antirrotação (160) compreende uma segunda característica de superfície antirrotação e em que as referidas primeira e segunda características antirrotação são dimensionadas e formadas entre si de modo que, quando em contato entre si, elas sejam configuradas para evitar rotação da haste de atuador (13) em uso.

Description

ATUADOR ELETROMECÂNICO, E, MÉTODO PARA PREVENIR ROTAÇÃO DE UMA HASTE DE ATUADOR EM UM ATUADOR ELETROMECÂNICO

CAMPO DA TECNOLOGIA

[001] Os exemplos aqui descritos se referem a transformadores diferenciais variável linear (LVDTs).

FUNDAMENTOS

[002] LVDTs são um tipo comum de transdutor eletromecânico que pode converter o movimento retilíneo de um objeto ao qual ele está acoplado mecanicamente em um sinal elétrico correspondente.

[003] LVDTs têm sido amplamente usados em diferentes aplicações, tal como em turbinas de energia, hidráulica, aeronaves, para citar alguns. Um LVDT funciona convertendo uma posição ou deslocamento linear de uma referência mecânica (posição zero ou nula) em um sinal elétrico proporcional contendo informações de fase (para direção) e amplitude (para distância). A operação de LVDT não requer um contato elétrico entre a parte móvel (sonda ou conjunto de núcleo) e o conjunto de bobina, mas, em vez disso, depende de acoplamento eletromagnético. Eles podem, portanto, ser descritos como transdutores de posição/deslocamento linear absoluto e são inerentemente sem atrito.

SUMÁRIO

[004] Um atuador eletromecânico é descrito neste documento compreendendo: uma haste do atuador alojada em um alojamento de atuador; um transformador diferencial variável linear “LVDT” fixado ao alojamento de atuador; um componente antirrotação configurado para contatar a superfície externa do referido LVDT; em que a referida superfície externa do transformador diferencial variável linear compreende uma primeira característica de superfície antirrotação e em que o referido componente antirrotação compreende uma segunda característica de superfície antirrotação e em que as referidas primeira e segunda características antirrotação são dimensionadas e formadas entre si de modo que, quando em contato entre si, elas sejam configuradas para evitar rotação da haste de atuador em uso.

[005] Em alguns dos exemplos aqui descritos, o atuador eletromecânico pode compreender ainda um motor e um conversor mecânico configurado para transformar torque produzido pelo motor em força linear aplicada à referida haste de atuador.

[006] Em alguns dos exemplos aqui descritos, o referido componente antirrotação pode ser posicionado entre o conversor mecânico e o LVDT em uso.

[007] Em alguns dos exemplos aqui descritos, a haste de atuador compreende uma região cilíndrica oca circundando o LVDT.

[008] Em alguns dos exemplos aqui descritos, o referido componente antirrotação é posicionado entre a haste de atuador e o transformador diferencial variável linear em uso.

[009] Em alguns dos exemplos aqui descritos, o LVDT se estende ao longo de um eixo longitudinal central X' entre uma primeira extremidade longitudinal e uma segunda extremidade longitudinal.

[0010] Em alguns dos exemplos aqui descritos, as referidas características de superfície antirrotação podem ser fornecidas na referida primeira extremidade do LVDT.

[0011] Em alguns dos exemplos aqui descritos, o componente antirrotação pode ser usinado diretamente na superfície interna da haste de atuador e ser posicionado em torno da superfície externa do LVDT.

[0012] Em alguns exemplos, as características de superfície antirrotação podem ser formadas por métodos de usinagem.

[0013] Em alguns dos exemplos aqui descritos, as referidas características de superfície antirrotação podem compreender estrias, chavetas ou seções em forma quadrada.

[0014] Um método para evitar rotação de uma haste de atuador eletromecânico é também descrito neste documento compreendendo: fornecer a referida haste de atuador alojada em um alojamento de atuador; fornecer um transformador diferencial variável linear “LVDT” fixado ao alojamento de atuador; fornecer um componente antirrotação configurado para contatar a superfície externa do referido LVDT; fornecer uma primeira característica ou características de superfície antirrotação na referida superfície externa do transformador diferencial variável linear e fornecer uma segunda característica ou características de superfície antirrotação no referido componente antirrotação e em que as referidas primeira e segunda características antirrotação são dimensionadas e formadas entre si de modo que, quando em contato entre si, elas sejam configuradas para evitar rotação da haste de atuador em uso.

[0015] Em alguns dos exemplos, o método pode compreender ainda fornecer um motor e um conversor mecânico, configurado para transformar torque produzido pelo motor em força linear aplicada à referida haste de atuador.

[0016] Em alguns dos exemplos, o método pode compreender ainda posicionar o referido componente antirrotação entre o conversor mecânico e o LVDT em uso.

[0017] Em alguns dos exemplos, o método pode compreender ainda fornecer a haste de atuador para compreender uma região cilíndrica oca circundando o LVDT.

[0018] Em alguns dos exemplos, o método pode compreender ainda posicionar o componente antirrotação entre a haste de atuador e o LVDT em uso.

[0019] Em alguns dos exemplos, as características de superfície antirrotação são estrias, chavetas ou seções em formato quadrado.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0020] Figura 1 mostra um LVDT conhecido em uso em um EMA.

[0021] Figura 2 mostra um novo tipo de LVDT em uso em um EMA.

[0022] Figura 3 mostra o novo tipo de LVDT e uma haste de atuador.

[0023] Figura 4 mostra um conversor mecânico e haste de atuador.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] Um atuador eletromecânico (EMA) 10 conhecido compreendendo um sensor de transformador diferencial variável linear (LVDT) 11 é mostrado na figura 1. O EMA 10 é alimentado eletricamente e está configurado para receber uma ordem de posição de um computador de controle (não mostrado). A fim de executar esta ordem de posição, o motor elétrico 2 é energizado e aplica um torque mecânico ao EMA 10. Quando o movimento de saída de EMA é linear, a rotação do motor é convertida em movimento linear por um conversor mecânico 19, tal como um sistema de parafuso de esfera ou parafuso de rolo. Outros meios também podem ser usados. Como mostrado na figura 4, o conversor mecânico 19 pode compreender uma parte rotativa 4 acionada pelo motor 2, elementos conversores 3 que podem ser rolos ou esferas e um elemento de saída linear, que pode ser considerado um componente separado para o atuador mecânico 19 e o qual no contexto desta invenção é a haste de atuador 13.

[0025] Pode ser visto que o LVDT 11 compreende um corpo alongado tendo um eixo longitudinal X'. A fim de parar a rotação da haste de atuador 13, o EMA compreende um dispositivo antirrotação 12 separado.

[0026] A fim de produzir um movimento puramente linear da haste de atuador 13, é necessário evitar rotação da saída do conversor mecânico. Em sistemas conhecidos, a rotação desta saída de conversor mecânico é impedida por um dispositivo antirrotação dedicado 12. Nestes EMAs lineares conhecidos, um LVDT 11 é fornecido como um componente discreto separado para o dispositivo antirrotação 12. O dispositivo antirrotação 12 deve ser utilizado e localizado na mesma área que a haste de atuador 13 e ao longo do seu eixo X' (que corresponde ao eixo X' do EMA 10). Devido às suas próprias restrições de projeto, que estão intimamente relacionadas às funções a serem satisfeitas e tecnologias, o tamanho do envelope ocupado por ambos esses componentes 11, 12, é importante.

[0027] O dispositivo antirrotação 12 compreende um componente fixo 15 e um componente móvel 16. O componente móvel 16 do dispositivo antirrotação 12 é fixado a uma haste de atuador 13 e não pode girar em torno de seu próprio eixo central X', em virtude de acoplamento com o componente fixo 15, desse modo evitando movimento de rotação. O componente fixo 15 do dispositivo antirrotação 12 é fixado ao alojamento de atuador 1. O componente móvel 16, como mostrado na figura 1, é posicionado entre a haste de atuador 13 e o componente antirrotação fixo 15. Este componente móvel antirrotação 16 não é fixo em relação ao alojamento de atuador 1, mas, em vez disso, é considerado um componente linearmente móvel em uso e é fixado à haste de atuador 13.

[0028] O LVDT 11 também tem tipicamente duas partes; um componente móvel 18, a haste de LVDT, que pode incluir uma sonda (não mostrada) e um componente fixo, o corpo LVDT 17, que pode incluir uma bobina (não mostrada). A parte fixa de LVDT 17 é fixada no lugar em relação ao alojamento de atuador 1 sendo fixada ao alojamento de atuador. Nesta configuração, o componente móvel do LVDT 11 só pode ser deslocado linearmente dentro do corpo de LVDT 17 (parte fixa), que por si só permanece estático em relação ao alojamento de atuador 1. A rotação do componente móvel 18 do LVDT 11 em relação à haste de atuador 13 é impedida por elementos de fixação (não mostrados) conectados à haste de atuador 13 e a rotação do corpo de LVDT 17, ou componente fixo, é evitada por elementos de fixação (não mostrados) conectados ao alojamento de atuador 1. Movimento linear entre ambas as partes do LVDT 11 é gerado pelo movimento da haste de atuador 13 em resposta à ordem de posição mencionada acima. Para operação adequada do LVDT 11, não deve haver movimento rotacional relativo entre os dois componentes do LVDT 11.

[0029] O componente fixo 15 do dispositivo antirrotação da figura 1 também compreende um componente de tubo cilíndrico oco 15 que está posicionado em torno e contata a circunferência externa do corpo de LVDT 11 em uso. Este componente fixo 15 do dispositivo antirrotação 12 é fixado à superfície externa do corpo de LVDT e ao alojamento de atuador 1. Tanto o componente fixo 15 do dispositivo antirrotação 12 quanto o corpo de LVDT 11 são impedidos de girar com em relação ao alojamento de atuador 1 em virtude de serem fixados ao alojamento de atuador 1.

[0030] A fim de evitar rotação da haste de atuador 13 em uso, o primeiro e o segundo componentes antirrotação 15, 16 são colocados em contato um com o outro. A rotação é evitada pelas respectivas formas correspondentes do primeiro e do segundo componentes antirrotação 15, 16, tal como estrias, seções quadradas ou usando componentes adicionais, tal como rolos ou esferas.

[0031] Os exemplos aqui descritos visam fornecer um novo tipo de LVDT que pode ser usado em um EMA (ou outra tecnologia) que tem um envelope de tamanho reduzido. Esses novos exemplos estão relacionados a uma caracteríostica antirrotação 160 do elemento de saída de conversor mecânico (haste de atuador 13).

[0032] Um novo exemplo de um LVDT 21 é mostrado na figura 2. Como pode ser visto nesta figura, o EMA 100 compreende um corpo de LVDT 27, a parte fixa 27 do LVDT 21, que se estende ao longo de um eixo longitudinal X' que corresponde ao eixo longitudinal da haste de atuador 13 e do próprio EMA 100. Este LVDT 21 também inclui uma parte de haste móvel 28. O corpo de LVDT 27 se estende entre uma primeira extremidade longitudinal 1110 do corpo de LVDT 27 e uma segunda extremidade longitudinal 1112 do corpo de LVDT 27. Neste exemplo, o corpo de LVDT 27 permanece fixo ao alojamento de atuador 1 como em sistemas conhecidos.

[0033] A própria superfície externa do corpo de LVDT 27 compreende uma forma externa antirrotação 120 (não mostrada), ou uma pluralidade de formas externas antirrotação 120. Exemplos de tais formas 120 podem ser estrias, chavetas ou seções quadradas. Exceto para a adição desta característica, o LVDT 21 não precisa ser alterado e a haste de LVDT 28 é fixada na haste de atuador 13 em uso, como em sistemas conhecidos.

[0034] Um componente antirrotação 160 também é fornecido. Como mostrado na figura 3, o componente antirrotação 160 compreende formas antirrotação usinadas diretamente na superfície interna do elemento de saída do conversor mecânico 19, que neste caso é a haste de atuador 13. As formas antirrotação 120 fornecidas na superfície externa do corpo de LVDT 15 são projetadas e fabricadas de modo a corresponder em forma e tamanho às formas fornecidas na superfície interna do componente antirrotação 160 que o circunda. Devido a isso, as formas antirrotação 120 fornecidas no corpo de LVDT 15 em combinação com o componente antirrotação 160 no diâmetro interno da haste de atuador 13 são capazes de evitar rotação por interação entre si quando elas entram em contato entre si e travam rotativamente no lugar entre si.

[0035] Pode ser visto, ao comparar o LVDT 11 conhecido (que tem dois componentes antirrotação 15, 16 circundando a circunferência externa do corpo de LVDT 17) com o novo LVDT 21 mostrado na figura 2 (que requer apenas um componente antirrotação 160 usinado na superfície interna da haste de atuador 13 para estar circundando a circunferência externa do corpo de LVDT 27 em virtude de ter formas antirrotação 120 como parte da superfície externa do próprio corpo de LVDT 27 em vez de tais formas serem dispostas sobre um componente separado 15 como nos sistemas conhecidos acima mencionados), o novo LVDT 27 tem a vantagem de que, quando usado em um EMA, há um envelope reduzido na área de haste de atuador. Isso, por sua vez, significa, por exemplo, que se o EMA for fornecido na asa de uma aeronave, a asa de aeronave também pode ser fabricada para ser mais fina e mais leve. Os novos LVDTs também proporcionam uma redução de custo, pois um componente é capaz de fornecer duas funções, ambas fornecidas por um fabricante.

[0036] Os exemplos descritos neste documento reduzem o custo geral de fornecer a função antirrotação para um EMA e, portanto, o custo de fabricação do atuador. Conforme mencionado acima, essa economia é alcançada por não ter mais um componente dedicado para a função antirrotação.

[0037] A lista de material do atuador é reduzida em pelo menos dois números de peças e o tempo de montagem de atuador também é reduzido porque há pelo menos duas peças que não precisarão mais ser montadas. Por fim, espera-se que apenas um fabricante será capaz de projetar e produzir esse novo LVDT com antirrotação integrada contra pelo menos dois fabricantes diferentes com o projeto atual (um para LVDT e outro para dispositivo antirrotação).

[0038]

Claims

Atuador eletromecânico (100), caracterizado pelo fato de que compreende: uma haste de atuador (13) alojada em um alojamento de atuador (1); um transformador diferencial variável linear “LVDT” (21) fixado ao alojamento de atuador (1); um componente antirrotação (160) configurado para contatar a superfície externa do referido LVDT (21); em que a referida superfície externa do transformador diferencial variável linear (21) compreende uma primeira característica de superfície antirrotação (120) e em que o referido componente antirrotação (160) compreende uma segunda característica de superfície antirrotação e em que as referidas primeira e segunda características antirrotação são dimensionadas e formadas uma em relação a outra de modo que, quando em contato uma com a outra, elas são configuradas para evitar rotação da haste de atuador (13) em uso.
Atuador eletromecânico (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um motor (2); um conversor mecânico (19) configurado para transformar torque produzido pelo motor (2) em força linear aplicada à referida haste de atuador (13).
Atuador eletromecânico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o referido componente antirrotação (160) está posicionado entre o conversor mecânico e o transformador diferencial variável linear (21) em uso.
Atuador eletromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a haste de atuador (21) compreende uma região cilíndrica oca circundando o LVDT (21).
Atuador eletromecânico de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o referido componente antirrotação (160) está posicionado entre a haste de atuador (13) e o transformador diferencial variável linear (21) em uso.
Atuador eletromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido LVDT (21) se estende ao longo de um eixo longitudinal central X' entre uma primeira extremidade longitudinal (1110) e uma segunda extremidade longitudinal (1112).
Atuador eletromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido componente antirrotação (160) é usinado diretamente na superfície interna da haste de atuador 13 e está posicionado em torno da superfície externa do LVDT (21).
Atuador eletromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as referidas características de superfície antirrotação (120) são estrias, chavetas ou seções em forma de quadrado.
Método para prevenir rotação de uma haste de atuador em um atuador eletromecânico (100), caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer a referida haste de atuador (13) alojada em um alojamento de atuador (1); fornecer um transformador diferencial variável linear “LVDT” (21) fixado ao alojamento de atuador (1); fornecer um componente antirrotação (160) configurado para contatar a superfície externa do referido LVDT; fornecer uma primeira característica ou características de superfície antirrotação (120) na referida superfície externa do transformador diferencial variável linear (21) e fornecer uma segunda característica ou características de superfície antirrotação no referido componente antirrotação (160) e em que as referidas primeira e segunda características antirrotação são dimensionadas e formadas uma em relação a outra de modo que, quando em contato uma com a outra, elas são configuradas para evitar rotação da haste de atuador (13) em uso.
Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: fornecer um motor (2); um conversor mecânico (19) configurado para transformar torque produzido pelo motor em força linear aplicada à referida haste de atuador (13).
Método de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o referido componente antirrotação (160) entre o conversor mecânico e o transformador diferencial variável linear (21) em uso.
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que a haste de atuador (21) compreende uma região cilíndrica oca circundando o LVDT (21).
Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o referido componente antirrotação (160) entre a haste de atuador (13) e o transformador diferencial variável linear (21).
Atuador eletromecânico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido componente antirrotação (160) é usinado diretamente na superfície interna da haste de atuador (13) e está posicionado em torno da superfície externa do LVDT (21).
Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado pelo fato de que as referidas características de superfície antirrotação (120) são estrias, chavetas ou seções em forma de quadrado.