CN101478198B - 摆动式电磁作动器 - Google Patents
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Abstract
一种摆动式电磁作动器，属于电磁作动器技术领域。其特征在于包括：转轴(8)、安装于转轴(8)上起转子作用的永磁体(14)、以及与永磁体(14)对应放置的其定子作用的铲形极板(3)、铲形极板绕有激励线圈(18)、转轴(8)一端安装有作动器角度传感器(1)、另一端装有轮盘(7)。该作动器能够在一定角度范围、一定频带范围内实现往复运动，摆角位置实时可控，结构模块化设计的摆动式电磁作动器。
Description
所属技术领域
本发明属于电磁作动器技术领域，本发明可应用于无自动倾斜器旋翼的驱动系统、主动振动控制的作动系统等方面。
技术背景
目前可以用于驱动直升机旋翼伺服襟翼的电作动器主要有智能材料作动器和电磁作动器。常见的智能材料有压电陶瓷、形状记忆合金、电/磁致伸缩材料等。智能材料可以方便的制成薄片状作动器，易于埋入或嵌入桨叶内部，在电场或磁场的作用下发生变形，其本身既是作动器又是传感器。然而，智能材料作动器有一个明显的弱点，即驱动位移很小，必须通过位移放大机构才能获得足够的位移输出。即便如此，通常智能材料作动器在旋翼工作状态下也只能使襟翼偏转2至5度，见参考文献(Chopra，I.Status of Application of Smart StructuresTechnology to Rotorcraft Systems.AHS Journal，October，2000.228-252.)。用于减振降噪尚可，用于旋翼主操纵就显得力不从心。
目前国际上已研制出的用于驱动旋翼系统伺服襟翼的电磁作动器包括美国DTI公司的HeliflapTM作动器(Fink，D.A.；Hawkey，T.J.；Gaudreau，P.J.AnElectromagnetic Actuator for Individual Blade Control.AHS 56th Annual Forum，2000.)和法国EADS公司的COCE作动器(Toulmay，F.；Kloppel，V.；Lorin，F.Active Blade Flaps-The Needs and CurrentCapabilities.AHS 57th Annual Forum，2001.)。其中，HeliflapTM作动器已经过地面旋翼台81％额定转速的旋转测试，襟翼偏角达±8度(机械位置限制)，静态最大输出扭矩48.3Nm，动态扭矩峰值91.5Nm，所需电功率10kw，最高工作温度200℃，作动器净重4.3kg。这种作动器的定子线圈部分置于桨叶D型大梁中，转子部分与大弦长襟翼合为一体，稀土永磁体嵌入襟翼前缘构成混合磁路。这种转子/襟翼一体化设计使作动器结构简洁紧凑，但从气动角度考虑是不利，同时这种设计使襟翼的弦长比超过了50％，襟翼偏转一定的角度，过大的襟翼弦长比会使作动器付出非常大的功率代价。COCE作动器总重小于4kg，其襟翼设计偏角±5度，输出扭矩大于25Nm，该作动器角度偏转有限。此外，这两种电磁作动器本身重量较大，在旋翼工作时产生巨大的离心力，无法保证作动器正常工作，同时这两种作动器所需电功率较大，并且偏转角度有限，无法达到无自动倾斜器变距所要求的襟翼偏转角度。因而无法满足无自动倾斜器旋翼主操纵的需求。
发明内容
本发明提供了一种能够在一定角度范围，一定频带范围内实现往复运动的、且摆角位置实时可控制的、结构模块化设计的摆动式电磁作动器。
一种摆动式电磁作动器，其特征在于包括：产生驱动信号给功放驱动作动器工作的控制器、转轴、安装于转轴上起转子作用的永磁体、以及与永磁体对应放置的其定子作用的铲形极板、铲形极板绕有激励线圈、转轴一端安装有用于反馈转子角度信号给控制器的作动器角度传感器、另一端装有用于作动器摆动过程提供力臂的轮盘。
摆动式电磁作动器，其特征在于：为实现作动器在正负45度内摆动，定子由多片铲形极板组合而成；为满足不同情况下的功率需求，将作动器设计为多组模块并联，可方便地增减模块组数；为实现作动器转子摆动频率可控，作动器转子摆动角度在任意位置可控，在作动器转轴上安装有角度传感器，构成摆动位置的闭环控制；
有益效果
(1)其结构采用模块化设计，多组模块并联，可通过增减模块组数来满足不同工况下对作动器功率的需求。
(2)使用作动器角度传感器检测并反馈输出轴转角信号，结合控制器可实现对转子摆角的闭环控制，摆角位置实时可控，包括周期摆动控制与阶跃位置控制。
(3)定子设计成铲形，实现了作动器转轴带动轮盘在正负45度内摆动运动。
(4)作动器内部采用推力轴承，可使作动器在离心场下可靠工作。
(5)本发明结构相对简单，便于集成化、标准化设计制造。
(6)利用本发明驱动直升机伺服襟翼可实现无自动倾斜器旋翼主操纵，以及直
升机高阶谐波主动振动控制的目的。此外，该摆动式电磁作动器也可应用于其他军用及民用领域。
附图说明
图1本发明控制系统原理图。
图2摆动式电磁作动器结构图。
图中标号名称：1作动器角度传感器，2传感器座，3铲形极板，4隔板，5紧固隔板，6前紧固隔板，7轮盘，8转轴，9径向轴承，10垫圈，11推力轴承，12隔圈，13加固隔圈，14永磁体，15径向轴承，16联轴节，17长螺栓，18激励线圈，19功放，20控制器，21电源。
具体实施方式
1.本发明控制基本原理参见图1所示，
2.本发明基于电磁感应原理设计，主要由定子和转子组成。具体作动器的结构如下：定子主要铲形极板3与隔板4组成一组模块，由多组模块并联而成，可以通过增减模块的组数来满足不同尺寸旋翼的功率需求。铲形极板内部铲形上绕有激磁线圈，紧固隔板5，和前紧固隔板6有通孔用于将作动器通过螺栓紧固于其他部件上；转子主要由转轴8和固定于其上的环形永磁体14组成。转轴的一端安装有角度传感器1，另一端安装有轮盘7。作动器传感器1实时检测作动器输出转轴8的摆动角度，反馈给控制器，用于纠正作动器输出角度，完成对作动器摆动角度的实时控制。轮盘7用于作动器摆动过程提供力臂，且轮盘上设计有螺纹孔，可以方便地与需要提供往复运动的外部设备连接。
Claims (3)
1.一种摆动式电磁作动器，其特征在于包括：产生驱动信号给功放(19)驱动作动器工作的控制器(20)、转轴(8)、安装于转轴(8)上起转子作用的永磁体(14)、以及与永磁体(14)对应放置的起定子作用的铲形极板(3)、铲形极板绕有激励线圈(18)、转轴(8)一端安装有用于反馈转子角度信号给控制器(20)的作动器角度传感器(1)、另一端装有用于作动器摆动过程提供力臂的轮盘(7)。
2.根据权利要求1所述的摆动式电磁作动器，其特征在于：所述的摆动式电磁作动器的永磁体(14)和铲形极板(3)为多组并联布置，每组间通过隔板隔开。
3.根据权利要求1所述的摆动式电磁作动器，其特征在于：所述的摆动式电磁作动器的转轴(8)的两端分别通过径向轴承(9)和推力轴承(11)安装于隔板(4)和传感器座上(2)。
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