CN101506038A

CN101506038A - 耐受故障的致动器

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Publication number: CN101506038A
Application number: CNA2007800313610A
Authority: CN
Inventors: A·迪奈; N·艾利奥特
Original assignee: Airbus Operations Ltd
Current assignee: Airbus Operations Ltd
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: JP5088514B2; GB0616730D0; EP2054299A1; US8267350B2; BRPI0715834A2; CA2661198C; CA2661198A1; US20090314884A1; WO2008023198A1; RU2440915C2; CN101506038B; EP2054299B1; RU2009110283A; JP2010501398A

Abstract

一种耐受故障致动器(2)包括：外壳(4)；用于产生转动的第一原动机(6)；第一变速箱(10)，该第一变速箱设置成在使用中将来自第一原动机(6)的转动转化成转动。第一变速箱包括安装成相对于致动器(2)的外壳(4)转动的箱体(14)，第二变速箱(16)设置成将第一变速箱(10)的箱体(14)的转动转化成转动。制动器(20)设置成作用在来自第二变速箱(16)的转动上。在使用中，当第一变速箱(10)未发生故障时，可应用制动器以抵抗第一变速箱(10)的箱体和致动器(2)的外壳(4)之间的相对转动。当第一变速箱(10)发生故障时，可释放制动器(20)，由此使第一变速箱的箱体(14)能相对于致动器(2)的外壳(4)转动。致动器因此可耐受故障。还可提供第二电动机(22)。

Description

耐受故障的致动器

背景技术

本发明涉及一种致动器，具体地但非排它地说，涉及一种用于使飞机部件运动的耐受故障的机电致动器。

致动器可用来使诸如飞机起落架之类的飞机部件运动，例如用来使前起落架转向。这些致动器当然应具有高的整体性且应具有非常低的失效风险。例如，重要的是致动器应具有至少两种工作模式以便例如有辅助的或紧急的工作模式，从而有利于在正常工作模式发生故障或失效的情况下使飞机部件运动。无论飞机部件是否连接至致动器，这种辅助的或紧急的工作模式可为飞机部件提供主动运动或者可简单地使飞机部件可动(在起落架转向致动器的描述中，该辅助的或紧急的工作模式可包括允许起落架自由转向)。

有两种主要类型的机电致动器，即线性致动器和旋转致动器。线性致动器典型的特点在于联接至减速箱的电动机，该减速箱连接至辊或滚珠螺杆。电动机的高速/低扭矩转动转化成低速/高推力线性运动。旋转致动器典型的特点也在于联接至减速箱的电动机，在这种情况下，电动机的高速/低扭矩转动转化成低速/高扭矩转动。根据应用可能会需要线性运动或转动。例如，飞机起落架的伸缩系统可能需要线性致动器，而飞机的门操作或前轮转向可能需要旋转致动器。

相关技术的描述

用在现有技术飞机上的致动器常常是液压机械致动器的形式。人们希望在大型商用飞机中降低对液压系统的依赖性，因此目前希望在过去使用液压机械致动器的地方使用电致动器。机电致动器，无论是线性的或旋转的，都包括诸如变速箱中的齿轮之类的运动部件，这些运动部件会引起致动器的机械故障从而阻止致动器有效和/或安全地工作。因此希望提供一种至少部分地耐受这些故障的机电致动器。

现有技术中有许多与耐受故障的致动器设计有关的方案。在US2005/0103928、US 3,986,412、US 4,215,592、US 4,488,744、US 4,858,490、US5,071,397、US 5,120,285、US 5,152,381、US 5,518,466和US 5,779,587中披露了这些方案的例子。然而，这些方案会有不同的缺点。

一些方案依赖例如齿式离合器之类的相互啮合齿轮或其它可释放高扭矩的联接机构的配合/脱开，它们在致动器发生故障的情况下需要复杂的结构(例如参见US 2005/0103928、US 4,488,744、US 5,071,397和US 5,779,587)

一些方案依赖致动器部件的断裂，这些部件设计成在致动器发生故障时失效，以使致动器可耐受故障(例如参见US 5,518,466，该美国专利描述了一种包括剪切凸耳的系统，这些剪切凸耳设计成在发生故障的情况下断裂)。这些系统是一次性失效的系统，假如致动器在其主要工作模式中再次工作，则总是需要更换致动器的至少一部分。这些系统还依赖在扭矩超过给定阈值时立即失效的凸耳。选择单个阈值可能意味着：剪切凸耳在没有故障时失效和/或剪切凸耳在发生部分或完全故障时失效得不够快。

一些方案只是体积太大或重量太重而无法用在一些应用中(例如参见US4,215,592)。

一些方案将致动器所能提供的输出运动局限到有限角度范围内的运动(通常小于一整转的输出运动)，这是例如因为线缆干扰更大量转动(例如参见US5,152,381、US 4,858,490和US 3,986,412)。例如，一些方案在致动器的至少一种工作模式中看来可能需要一个或多个原动机的转动。

一些方案依赖在主要工作模式失效的情况下提供电力，和/或需要提供一个以上原动机。由于对可用电源的依赖性和/或对多个原动机的需要及因此对额外重量的需要，这些需要在一些应用中可能是不利的。

一些方案受到致动器内传动装置的传动比和因此致动器所提供的扭矩的限制。例如，US 5,120,285的致动器看来这样受到限制。US 5,120,285的致动器看来还易受以下事件影响：引起主要工作模式和辅助工作模式无法工作。

本发明寻求提供一种致动器，其可减轻上述缺点中的一个或多个缺点。当然应该意识到，在本发明的范围内提供一种可减轻上述缺点中的仅仅一个缺点的致动器。替代地或附加地，本发明寻求提供一种改进的致动器，例如与在至少一些上述现有技术文献中提出的致动器相比，该改进的致动器在致动器的可能应用方面具有更大的灵活性。替换地或附加地，本发明寻求提供一种用在飞机上的耐受故障的致动器，其不必依赖于飞机的中央液压系统，该致动器例如是机电旋转致动器的形式。

发明内容

本发明提供一种致动器，其中，该致动器包括：

外壳，

用于产生转动的原动机，

第一变速箱，该第一变速箱设置成在使用中将来自原动机的转动转化成高扭矩低速的转动，该第一变速箱包括安装成相对于致动器的外壳转动的箱体，

第二变速箱，该第二变速箱设置成将第一变速箱的箱体的转动转化成低扭矩高速的转动，以及

制动器，该制动器设置成作用在来自第二变速箱的低扭矩高速的转动上，由此在使用中

(i)当第一变速箱未发生故障时，可应用制动器以抵抗第一变速箱的箱体和致动器的外壳之间的相对转动，以及

(ii)当第一变速箱发生故障时，可释放制动器，由此使第一变速箱的箱体能相对于致动器的外壳转动。

致动器因此是耐受故障的，在第一变速箱例如假如发生故障而失效的情况下，致动器的输出端不会故障，因为第一变速箱的外壳能够转动。致动器还可相对轻质和紧凑，因为既无需大型制动器又无需大型电动机来操作致动器，这是由于提供了第一变速箱和第二变速箱。第一变速箱和第二变速箱可构造成：两个变速箱同时发生故障的几率是可忽略的。原动机还可设计成：可忽略原动机失效以在原动机中引起故障的风险。致动器因此可构造成耐受故障，可忽略在其输出端处引起工作过程中的永久故障的风险。

原动机相对于外壳可以是固定的。原动机可呈电动机的形式。

原动机和第一变速箱可以是用于引起致动器工作的主要装置。第二变速箱可形成备用装置的至少一部分，该备用装置用在原动机或第一变速箱失效的情况下。第一变速箱和第二变速箱因此可具有不同的机械性质。第二变速箱例如可具有低于第一变速箱的传动比。通过这种方式，第二变速箱可反向驱动，而第一变速箱无需反向驱动。第二变速箱例如可具有小于第一变速箱的质量。

第一变速箱的传动比较佳地是10:1或更大。例如，传动比可以大于20:1，或甚至大于30:1。在本发明的一实施例中，致动器构造成：第一变速箱具有至少50:1的传动比，且能产生至少8,500Nm的扭矩。类似地，第二变速箱的传动比较佳地是10:1或更大。例如，传动比可以大于20:1，或甚至大于30:1。如上所述，第二变速箱例如可具有低于第一变速箱的传动比。可基于不同的要求来选择第一变速箱和第二变速箱的传动比。对于第一变速箱，可以考虑电动机/变速箱组合的尺寸和重量来选择传动比。对于第二变速箱，可以首先考虑对有反向驱动能力的低传动比的需要，其次考虑对降低制动器扭矩要求的充分高的传动比的需要，来选择传动比。

第一变速箱和/或第二变速箱当然可呈任何合适的变速箱类型的形式。该变速箱或各变速箱例如可呈以下形式或包括：蜗杆传动、谐波传动、行星齿轮、周转齿轮、准双曲面齿轮、螺旋或任何其它合适的变速箱类型或结构。致动器还可构造成：第一变速箱的输出端必须在使用中能在至少+/-180度的范围内产生输出转动(即至少一个全周转动)。较佳的是，致动器能在第一变速箱的输出端处提供多个全周转动。

致动器较佳地可重构。因此，假如无需多余部件就可补救第一变速箱的故障，则可无需更换任何致动器组件来修理致动器。例如，致动器较佳地没有这样的部件：这些部件需要在故障状态中断裂以允许致动器运行。在第一变速箱发生故障之后，单单借助于补救故障的起因，致动器就因此可被再次使用。这种功能可与现有技术的一些致动器形成对比，现有技术的这些致动器需要更换设计成在发生故障的情况下失效的其它部件。

致动器较佳地可反向驱动，更佳地在第一变速箱发生故障的情况下可反向驱动。例如，第二变速箱和原动机较佳地都可反向驱动。第二变速箱和原动机可设置成在使用中在第一变速箱发生故障的情况下可反向驱动。例如，第一变速箱的输出端可由其它装置转动，需要第二变速箱和原动机的自由运动，从而当通过这些其它装置来转动其输出端时不在致动器上造成任何潜在的破坏负荷。第一变速箱不一定需要在第一变速箱发生故障的情况下能反向驱动。还有，第一变速箱可设置成不可反向驱动，尤其是当第一变速箱未发生故障时。

制动器可呈电动制动器的形式。制动器较佳地是“通电的”制动器，从而在断电的情况下，制动器自动释放。

可提供阻尼机构。至少当第一变速箱发生故障时，较佳地借助于这种阻尼机构来阻尼致动器的运动。例如，阻尼机构可设置成：当第一变速箱发生故障且制动器释放时，允许第一变速箱的箱体相对于致动器的外壳以阻尼运动进行转动。阻尼机构可采用液压阻尼装置。阻尼机构可采用惯性阻尼装置。阻尼机构可采用被动式阻尼装置。例如，可提供电磁阻尼。制动器例如可包含阻尼机构。例如，可包括制动器而作为较大制动装置的一部分，该制动装置还包括阻尼机构。阻尼机构可采用主动式阻尼装置。阻尼机构可包括电动机。这种电动机可通过使用控制器来提供主动式阻尼，和/或通过使用控制器来提供被动式阻尼或通过缩短电动机绕组来提供被动式阻尼。

致动器可在第一变速箱发生故障的情况下以被动方式工作。致动器的在第一变速箱发生故障的情况下不提供驱动运动的特征可使致动器能够相对轻质。与这种潜在的轻质解决方案形成对比，假如需要备用或辅助工作模式中的驱动运动，则可能需要将额外的重量添加至致动器。例如必须提供第二原动机。或者，可能必须提供另外的机械机构以使第一变速箱和原动机分离并使原动机与致动器的输出端重新联接(例如通过第二变速箱)。提供能在其备用/辅助工作模式中提供驱动运动的致动器是在本发明的范围内，就像从下面显而易见的那样。然而，较佳的是，本发明的实施例没有或无需用来在负荷下使各部件分离的分离机构。

替换地或附加地，致动器可以能在第一变速箱发生故障的情况下以主动方式工作，例如继续驱动致动器的输出端。可借助于驱动以上第一个提到的原动机(下文中称为“第一原动机”)来提供驱动。或者，可提供第二原动机。提供这种第二原动机可具有在致动器中提供更好冗余度的益处，还可降低对于发生故障时使第一原动机与第一变速箱分离的复杂机构的需要。致动器可包括用于产生转动的第二原动机。第二原动机可与第二变速箱相关联。例如，第二变速箱可设置成在使用中将来自第二原动机的转动转化成高扭矩低速的转动。

第二原动机可设置成：在第一变速箱发生故障的情况下(当然此时制动器可释放，由此使第一变速箱的箱体能相对于致动器的外壳转动)，来自第二原动机的转动能由第二变速箱转化成第一变速箱的箱体的转动(该转动具有比第二原动机的输出端更高的扭矩和更低的速度)，在第一变速箱未发生故障时产生转动的相同输出端处提供因此产生的转动。当然，第二原动机可设置成：当第一变速箱未发生故障时，还允许来自第一原动机的转动由第一变速箱转化成高扭矩低速的转动，同时制动器抵抗第一变速箱的箱体和致动器的外壳之间的相对转动。

第二原动机可以是电动机。第一原动机可比第二原动机更大、更重和/或功率更大。因此，第二变速箱和第二原动机可被认为是第一原动机或第一变速箱失效情况下的备用装置。

致动器可包括故障机构，该故障机构能在使用中使第一变速箱发生故障。在第一变速箱发生部分故障的情况下，其中第一变速箱仍然运行但效率显著降低，可使用故障机构来使第一变速箱完全故障，从而致动器可就像第一变速箱完全故障那样运行。致动器当然可设置成在两种不同状态下最佳运行，即第一变速箱自由和第一变速箱完全故障。因此可希望减小第一变速箱处于任何其它状态下、例如部分故障的可能性。故障机构可设置成：它在使用时帮助或引起第一变速箱的箱体以与输入运动相同的速度转动。故障机构例如可以能基本上防止变速箱箱体相对于变速箱的其余部分转动。故障机构例如可包括离合装置、制动装置或其它装置，这些装置能使致动器的各部件以以下方式配合和脱开：(a)有利于第一变速箱的自由驱动(当没有发生故障时)以及(b)基本上锁定变速箱从而输入轴的转动引起第一变速箱的箱体和输出端的对应转动。

致动器可包括控制单元，例如呈故障检测装置的形式或包括故障检测装置，该故障检测装置设置成检测第一变速箱发生故障。故障检测装置例如可设置成监测致动器的效率。例如，故障检测装置可监测致动器的输出。可将已被测量的致动器输出与预期输出作比较，假如有显著差异，则可假定致动器的效率已被故障影响。

致动器较佳地构造成适于引起飞机部件运动。飞机部件例如可以是起落架。在这种情况下，致动器可呈转向致动器的形式。飞机部件或者可以是飞行控制表面，诸如缝翼或襟翼。飞机部件或者可以是门，例如起落架舱门。致动器的输出端可借助于另一传动机构连接至待运动的部件。该另一传动机构可将致动器的输出转化成更高扭矩更低速的运动。该另一传动机构的传动比例如可大于4:1。因此，为了引起部件在100度或更大范围内运动，可能需要致动器输出端的运动显著大于一个全周旋转。在一些应用中，致动器可能需要能输出两个或更多个全周旋转。

致动器例如可形成飞机的一部分。在这种情况下，致动器的外壳可固定以抵抗相对于飞机相邻结构的转动。

本发明还提供一种起落架组件，包括用于支承飞机的至少一个轮子的起落架支脚、例如前起落架支脚，以及设置成例如通过使支脚绕其轴线转动而使轮子转向的致动器，该致动器是根据在此描述的本发明任一方面的致动器。本发明还提供一种飞机，该飞机包括这种起落架组件。本发明还提供一种飞机，该飞机包括飞机部件以及设置成使该飞机部件运动的致动器，该致动器是根据在此描述的本发明任一方面的致动器。该飞机干重可超过50吨，且更佳地超过200吨。该飞机的尺寸可以等于设计成承载超过75个乘客、且更佳地超过200个乘客的飞机。当然应该意识到，可将涉及本发明致动器的、本发明诸方面的特征包含到本发明的起落架组件和飞机中。

当然应该意识到，本发明的致动器的部件部分可在一个或多个国家分开制造，然后在不同的国家组装起来。为此，提供一种根据在此描述的本发明任一方面的致动器在本发明的范围内，但无需提供致动器的原动机。这种原动机当然可以在致动器制造之后安装在该致动器之中或之上。例如，致动器只需在致动器已安装在位以便使用时才进行完全组装。因此，还提供一种用于制造根据在此描述的本发明任一方面的致动器的套件。该套件可至少包括外壳、第一变速箱、第二变速箱以及制动器。该套件还可包括一个或多个原动机。当然应该意识到，可将涉及本发明致动器的、本发明诸方面的特征包含在本发明涉及套件的该方面中。

还提供一种使部件运动的方法，其中，该方法包括以下步骤：

为第一变速箱提供具有第一扭矩的输入转动，

施加反扭矩以基本上防止第一变速箱的整体的转动，该反扭矩通过第二变速箱来施加，

第一变速箱输出具有第二扭矩的转动，该第二扭矩大于第一扭矩，从而引起部件运动，以及

然后，在第一变速箱发生故障之后，

释放通过第二变速箱施加的反扭矩。

第一变速箱的整体因此能够转动，由此防止第一变速箱的故障妨碍部件运动。

可借助于施加在第二变速箱的输入端的制动器来施加反扭矩，由于第二变速箱的传动比，第二变速箱的输出端提供具有较高扭矩的反扭矩。

第一变速箱发生的故障可呈部分故障的形式。在这种情况下，该方法可包括有效地使第一变速箱发生完全故障的步骤(例如，假如认为必要时)。例如，第一变速箱的输出运动可形成为与第一变速箱的输入运动相匹配，反之亦然。第一变速箱的传动比因此可有效地转化成一比一的传动比。这可借助于在故障状态下例如通过制动器或离合器之类联接变速箱的输入端和输出端来实现。

该方法可包括在第一变速箱发生故障之后实施的以下步骤：借助于除了通过第一变速箱或第二变速箱之外的方式使部件运动。部件的运动可引起第二变速箱的运动。部件的运动较佳地被阻尼。

该方法可包括在第一变速箱发生故障之后实施的以下步骤：借助于向第二变速箱提供输入转动使部件运动。

可实施该方法以使在第一变速箱发生故障之后部件能运动，而无需不可逆转地断裂或改变在实施该方法过程中使用的任何其它部件。

该方法可包括以下步骤：监测致动器或其一部分(例如第一变速箱)发生故障。该方法可包括以下步骤：检测到第一变速箱发生故障，然后因此引起释放通过第二变速箱施加的反扭矩。

当然应该意识到，本发明的所述各个方面的特征可包含在本发明的其它方面中。例如，本发明涉及致动器的方面可包含在本发明涉及使部件运动的方法的方面中，反之亦然。因此例如，该方法可包括使用根据本发明任一方面的致动器。本发明的致动器可具有将使其适于实施根据本发明的任一方面的方法的特征。该方法可在形成飞机一部分的部件上实施。该方法例如可在飞机上实施。

附图说明

现在将参见附图仅仅以示例方式来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是根据本发明第一实施例的致动器的剖视图，

图2是根据本发明实施例的致动器与健康监测系统在一起的示意图，以及

图3是根据本发明第二实施例的致动器的剖视图。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一实施例，其涉及用作大型商用客机上的前起落架的转向致动器的、可重构的耐受故障的机电旋转致动器2。致动器2包括外壳4，该外壳4固定至相邻的飞机结构(未示出)。致动器具有两种不同的工作模式。第一工作模式是主要的和正常的工作模式。第二工作模式是辅助的和备用的或紧急的(诸如自由转向)工作模式。

致动器2容纳旋转电动机6，该旋转电动机6具有将电动机与第一变速箱10联接起来的电动机轴8。电动机是双向无刷直流电动机，必要时具有耐受故障的绕组，能够产生约27Nm的最大扭矩。第一变速箱10将来自电动机6的低扭矩高速转动转化成在主要输出轴12处输出的高扭矩低速运动。变速箱的传动比约为500:1，效率约为75％，且结果不可反向驱动。能在输出轴12处产生的最大输出扭矩因此约为10,000Nm。输出轴通过另外的传动装置(传动比约为4:1，因此提供总的传动比为2000:1)连接至前起落架支脚，致动器因此能使前起落架在一角度范围内(从-95度到+95度)转向。致动器的输出轴在与前起落架断开时能自由转动，因此能实施多周旋转而无需反转。

第一变速箱10的箱体14安装成可相对于致动器2的外壳4转动。在第一工作模式中，可防止变速箱箱体14转动。这是借助于通过第二变速箱16将变速箱箱体14连接至辅助轴18来实现的。在第一工作模式中，借助于制动器20来制动第二变速箱16。第二变速箱16的输出端有效地与第一变速箱10的箱体14形成一体。第二变速箱16具有约为50:1的低传动比，可反向驱动，且将其输入端处(即在辅助轴18处)的低扭矩高速运动转化成其输出端处(即在第一变速箱10的箱体14处)的高扭矩低速运动。因此，借助于相对轻质的制动器20施加低扭矩，第二变速箱16能施加高扭矩的制动力，从而防止第一变速箱10的箱体14转动。为了抵抗由第一变速箱10产生的10,000Nm的扭矩，制动器20只需提供约为200Nm(在静止状态下，变速箱的效率不是考虑因素)或以上的保持力。制动器20是电致动的制动器，该制动器在供电时启动而在不供电时停用。制动器20还与呈阻尼器21形式的被动式电磁阻尼机构相关联，该阻尼机构在第一工作模式中没有作用。

图2仅示意示出的、包括健康监测系统的控制单元26与致动器2相关联。控制单元26借助于旋转计数器(未示出)来接收输出轴12的速度指示12a。控制单元26输出控制信号26a、26b，以控制致动器2的电动机6和制动器20的工作。

在第一工作(即正常工作)模式中，第一变速箱10的传动机构独立于其箱体14而转动(该箱体14也发生成为第二变速箱16的输出端)。电动机6由控制单元26(借助于信号26a)给予指令以驱动第一变速箱10。借助于一旦接到来自控制单元26(借助于信号26a)的指令就启动的制动器，基本上防止变速箱10的箱体14相对于外壳4转动。因此，将电动机6的高速/低扭矩转动转化成主要输出轴12处的低速高扭矩转动。

致动器(在轴12处)的输出速度由控制单元26(借助于接收到的信号12a)来测量，且进行连续的监测以与预期的输出速度作比较。在第一变速箱10中发生故障的情况下，控制单元26接收到低于输出轴12的预期速度指示(与考虑到从控制单元26发送到致动器2的控制信号26a，b所预期的指示相比)。响应于接收到低于轴的预期速度的指示，控制单元26就假定在第一变速箱10中已经发生故障，且改变控制信号26b以引起要实施的工作的切换(由框28来标示)。在第一实施例中，工作的切换呈以下形式：中止发送信号26a，因此引起释放制动器20。这就使致动器2的箱体14能相对于致动器的外壳4转动，且与第二变速箱16的输出端以相同速度且相互依赖地转动。还停止控制信号26a，电动机6因此接收不到电力。

在发生故障的情况下，致动器的工作因此从(i)第一工作模式切换到(ii)第二工作模式，在第一工作模式中，呈电动机6和第一变速箱10形式的主要装置(在图2中由框32来标示)驱动输出轴12，在第二工作模式中，与第一变速箱的箱体14相关联的辅助装置(在图2中由框30来标示)以不同的方式(通过释放制动器20)作用在箱体上以使输出轴12能转动。如上所述，第二变速箱和电动机都可反向驱动。因此，当第一变速箱10可能发生故障且还联接至输出轴12时，输出轴仍然可相对于致动器2的外壳4转动，由此使输出轴12能自由转动。通过控制单元在检测到致动器中发生故障时引起立即释放制动器20，来有利于输出轴12的这种自由运动。

通过与制动器20相关联的被动式电磁阻尼装置21来阻尼输出轴12的运动。用来阻尼输出轴运动的能力在致动器在第二(备用/紧急)工作模式中工作的情况下很重要，因为否则前起落架会晃动(导致前起落架的无意摆动)。在致动器的第二工作模式中，前起落架可被认为处于“自由转向”的状态中。飞机在该状态中的转向可借助于主起落架轮子的差动制动来实现。

在第一变速箱中发生故障的情况下，控制单元26自动地引起致动器采用其第二工作模式。假如故障能被修理，则控制单元26可用来引起致动器切换回到第一工作模式。

本发明的第一实施例是一种提供耐受故障的致动器的轻质解决方案，其中，在第一变速箱中发生故障的情况下，致动器使前起落架能自由转向。在一些应用中，会希望提供一种能以主要工作模式和备用工作模式提供驱动的致动器。这种双重冗余致动器由图3所示的本发明第二实施例来提供。

图3示出了可重构的耐受故障的机电旋转致动器2，该致动器2包括两个电动机6、22，每个电动机能独立地提供驱动力，该驱动力产生在致动器的输出轴12处的输出转动。用相同的附图标记来标示第二实施例中与第一实施例的致动器等同部件相同的致动器部件。现在将描述第二实施例的致动器与第一实施例的致动器之间的主要差别。

以类似于第一实施例的方式，图3的致动器2包括与第一变速箱10相关联的第一电动机6。设置离合器24以使第一电动机6和第一变速箱的箱体14能联接和分离。在第一工作模式中，释放离合器24，由此使第一电动机6的输出端和第一变速箱10的箱体14分离。还有，借助于通过第二变速箱16作用在箱体14上的制动器20，箱体14相对于致动器外壳4保持基本静止。制动器20在该实施例中并不包括任何附加的阻尼装置(在任何情况下，第二电动机22可在假如需要时提供主动式阻尼)。

图3的致动器2包括与第二变速箱16相关联的第二电动机22。在该实施例中，第二变速箱具有高的传动比(等于第一变速箱的)，且不可反向驱动。在第二工作模式中，应用离合器24，由此使第一电动机6的输出端和第一变速箱10的箱体14联接。因此，第一变速箱10的输入端8和输出端12直接联接且相互依赖，有效地引起变速箱10就像完全故障时运转。还有，释放制动器20，使箱体14能相对于致动器外壳4转动。第二电动机22驱动辅助轴18，该辅助轴18将低扭矩高速转动提供至第二变速箱16的输入端，从而导致将高扭矩低速运动输出至第一变速箱10的箱体14。由于离合器24有效地应用以使第一变速箱发生完全故障，所以输出轴12与箱体14一起转动。当输出轴由第二电动机通过第二变速箱驱动时在输出轴处提供的转动扭矩与当输出轴由第一电动机通过第一变速箱驱动时在输出轴处提供的转动扭矩相同(或相似)。致动器由此无论处于第一工作模式还是第二工作模式都在输出轴处提供驱动运动。第二工作模式即备用工作模式可被认为是一种替代的或紧急的工作模式，但不劣于第一工作模式，因为作为一方面的第一电动机和第一变速箱和作为另一方面的第二电动机和第二变速箱具有等同的功能、质量和结构。然而，因为市场上有多种类型的变速箱，所以两个变速箱可以是不同类型的以避免共同的模式失效，但是两个变速箱具有相似/等同的功能。

提供能有效地使第一变速箱10故障的离合器24，在第一变速箱发生部分故障的情况下会是尤其有用的。离合器24能引起轴12和箱体14相互依赖。在发生部分内部故障的情况下，允许轴12和箱体14之间的自由相对运动可引起动力损失和转移，因为第一变速箱的内部齿轮继续第一电动机以比输出轴12的转动速度更高的速度运动和反向驱动。在发生部分故障的情况下，致动器在第二工作模式中的动力输出和效率将显著减小。还有，假如第一变速箱中发生的故障导致变速箱的间歇性故障，从而可能导致致动器的震动输出运动，则较佳的是能够使第一变速箱完全故障并切换至第二工作模式。离合器可被认为形成故障机构。

以类似于第一实施例的方式，第二实施例的致动器2在使用中与控制单元相关联，该控制单元能检测发生故障并因此实施备用工作模式。图2的示意图可被认为同样适用于第二实施例。因此，在第一工作模式中，控制单元26输出控制信号26a，从而引起驱动致动器2的第一电动机6。还有，控制单元26输出控制信号26b，从而引起(由框28标示)应用制动器20并释放离合器24。第一工作模式在图2中由作用在产生输出端12的变速箱10上的框32来标示，而第二工作模式(其由框30来标示，该框30能作用在变速箱10的箱体上)被来自控制单元的指令所抑制(由框28来标示)。在第一变速箱10中发生故障的情况下，控制单元26接收到(箭头12a)低于输出轴12的预期速度指示。响应于接收到这个指示，控制单元26发送控制信号26a，从而引起停用第一电动机并启动第二电动机。还有，控制单元26发送控制信号26b，从而引起(由框28标示)释放制动器20并应用离合器24。制动器因此采用在图2中由作用在变速箱10的箱体14上的框30来标示的第二工作模式，而抑制第一工作模式。

本发明的上述实施例的共同之处在于，它们各提供一种致动器，该致动器包括：(a)外壳，(b)用于产生转动的第一原动机，(c)第一变速箱，该第一变速箱设置成在使用中将来自第一原动机的转动转化成高扭矩低速的转动，该第一变速箱包括安装成可相对于致动器的外壳转动的箱体，以及(d)第二变速箱，该第二变速箱设置成将第一变速箱的箱体的转动转化成低扭矩高速的转动。致动器具有至少两种的工作模式。在第一变速箱未发生故障的第一工作模式中，基本上防止第一变速箱的箱体和致动器的外壳之间的相对转动。可借助于驱动第一变速箱的第一原动机来提供输出运动。设置第二变速箱有利于防止第一变速箱的箱体转动。在第二变速箱未发生故障的第二模式中，第一变速箱的箱体相对于致动器的外壳转动。即使第一变速箱可能发生故障，致动器相同输出端处也能够运动，因为使第一变速箱的箱体能转动。在一些实施例中，第二变速箱可以该模式被驱动以在输出端处提供驱动运动，而在其它实施例中，致动器可仅仅用来不主动防止输出端处的转动。

尽管本发明参照特定实施例进行了描述和说明，但是本领域的技术人员应当理解，本发明还可具有本文未具体说明的多种不同的变型。

作为上述第二实施例的一变型，第一变速箱和第二变速箱可具有不同的传动比，从而第二变速箱可反向驱动。这会导致在第二工作模式中减小输出扭矩。因此，在动力完全失效的情况下，制动器将释放第一变速箱的外壳，离合器将输出轴和第一变速箱的外壳联接起来(离合器构造成在电力丧失的情况下应用)。然后输出轴可转动，并将反向驱动第二变速箱和第二电动机。假如致动器用来驱动前起落架的转向，则可允许飞机自由转向。可借助于添加机电阻尼机构来提供对该运动的阻尼。

致动器可用来使飞机上除了前起落架之外的部件运动。

控制单元可包括专用的健康监测系统来检测和防止可能导致故障的任何性能劣化。通过在致动器劣化到会有很大故障风险的状态之前监测致动器健康并修复任何微小缺陷，可以保留第二、备用工作模式严格地只用于紧急情况，而在其使用年限中非常低的循环次数中需要可靠性。这种健康监测系统可以包括位置、力和电流传感器，来监测由致动器产生的力，并检测磨损和劣化。

借助于速度传感器检测故障可用扭矩传感或电流传感以及位置传感来替代或补充。

根据未单独说明的另一实施例，提供一种具有第一驱动系统的致动器，该第一驱动系统包括通过第一变速箱联接至致动器输出端的第一原动机。还有第二驱动系统，该第二驱动系统包括通过第二变速箱联接至该输出端的第二原动机。当所有部件正确运行时，来自两原动机的运动在输出端组合在一起，因此提供速度加和能力。当第一驱动系统或第二驱动系统失效(例如变速箱发生故障)时，借助于继续工作而基本上不受影响的另一驱动系统来将输出端处的运动保持在减小的程度。根据该实施例，无需用来保持第二变速箱的制动器，但是可因其它目的设置其它制动器。因此，根据该方面，本发明还提供一种致动器，该致动器包括：外壳；用于产生转动的第一原动机；第一变速箱，该第一变速箱设置成在使用中将来自第一原动机的转动转化成在其输出端处高扭矩低速的转动，该第一变速箱包括安装成可相对于致动器的外壳转动的箱体；用于产生转动的第二原动机；以及第二变速箱，该第二变速箱设置成在使用中将来自第二原动机的转动转化成高扭矩低速的转动，该第二变速箱作用在第一变速箱的外壳上，由此在使用中(i)当第一变速箱和第二变速箱未发生故障时，第一原动机和第二原动机都可同时分别通过第一变速箱和第二变速箱在第一变速箱的输出端处提供转动，以及(ii)当第一变速箱和第二变速箱之一发生故障时，通过第一原动机和第二原动机中的一个原动机，第一变速箱的输出端仍可转动。

在上述的描述中，所提到的整体或元件可具有已知的、显然的或可预测的等同物，而这些等同物可被包含于此就好像单独阐述了一样。应当参照权利要求书来确定本发明的真实范围，该范围诠释为包含任何这种等同物。读者还应当理解，描述为较佳地、有利的、方便的等的本发明的整体或特征是可选的，但并不限制独立权利要求的范围。

Claims

1.一种致动器，其中，所述致动器包括：

外壳，

用于产生转动的第一原动机，

第一变速箱，所述第一变速箱设置成在使用中将来自所述第一原动机的转动转化成高扭矩低速的转动，所述第一变速箱包括安装成相对于所述致动器的所述外壳转动的箱体，

第二变速箱，所述第二变速箱设置成将所述第一变速箱的所述箱体的转动转化成低扭矩高速的转动，以及

制动器，所述制动器设置成作用在来自所述第二变速箱的低扭矩高速的转动上，由此在使用中

(i)当所述第一变速箱未发生故障时，可应用所述制动器以抵抗所述第一变速箱的所述箱体和所述致动器的所述外壳之间的相对转动，以及

(ii)当所述第一变速箱发生故障时，可释放所述制动器，由此使所述第一变速箱的所述箱体能相对于所述致动器的所述外壳转动。

2.如权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述第一原动机相对于所述外壳是固定的。

3.如权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述第一变速箱的传动比大于30:1。

4.如权利要求1至3中任一项所述的致动器，其特征在于，所述第二变速箱的传动比小于所述第一变速箱的传动比。

5.如权利要求1至4中任一项所述的致动器，其特征在于，所述致动器构造成：所述第一变速箱的输出端能在使用中产生至少+/-180度范围内的输出转动。

6.如权利要求1至5中任一项所述的致动器，其特征在于，所述致动器在所述第一变速箱发生故障的情况下可反向驱动。

7.如权利要求1至6中任一项所述的致动器，其特征在于，所述致动器包括阻尼机构，所述阻尼机构设置成：至少当所述第一变速箱发生故障时，阻尼所述致动器的运动。

8.如权利要求1至5中任一项所述的致动器，其特征在于，所述致动器可包括用于产生转动的第二原动机，所述第二原动机与所述第二变速箱相关联。

9.如权利要求8所述的致动器，其特征在于，所述致动器包括故障机构，所述故障机构能在使用中使所述第一变速箱发生故障。

10.如权利要求1至9中任一项所述的致动器，其特征在于，所述致动器包括控制单元，所述控制单元设置成检测所述第一变速箱的发生故障。

11.一种起落架组件，包括用于支承飞机的至少一个轮子的起落架支脚、以及设置成使所述起落架支脚转向的致动器，所述致动器是如权利要求1至10中任一项所述的致动器。

12.一种飞机，包括飞机部件以及设置成使所述飞机部件运动的致动器，所述致动器是如权利要求1至10中任一项所述的致动器。

13.一种用于制造如权利要求1至10中任一项所述的致动器的套件，所述套件至少包括所述外壳、所述第一变速箱、所述第二变速箱以及所述制动器。

14.一种使部件运动的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

为第一变速箱提供具有第一扭矩的输入转动，

施加反扭矩以基本上防止所述第一变速箱的整体的转动，所述反扭矩通过第二变速箱来施加，

所述第一变速箱输出具有第二扭矩的转动，所述第二扭矩大于所述第一扭矩，从而引起所述部件运动，以及

然后，在所述第一变速箱发生故障之后，

释放通过所述第二变速箱施加的所述反扭矩，由此使所述第一变速箱的所述整体能转动，并由此防止所述第一变速箱发生的故障妨碍所述部件的运动。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，借助于施加在所述第二变速箱的输入端的制动器来施加所述反扭矩，由于所述第二变速箱的传动比，所述第二变速箱的输出端提供具有较高扭矩的反扭矩。

16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所述第一变速箱发生故障之后实施的以下步骤：借助于除了通过所述第一变速箱或第二变速箱之外的方式使所述部件运动。

17.如权利要求14至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：监测所述第一变速箱发生故障，检测到所述第一变速箱发生故障然后因此引起释放通过所述第二变速箱施加的所述反扭矩。