CN101520005A - 一种直线式柴油机力矩电机执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种直线式柴油机力矩电机执行器。它包括力矩电机、位移传感器、行程调节挡铁、壳体、控制器等。力矩电机安装在一偏心轮上，偏心轮调整好后紧固在壳体内，力矩电机上安装扇形齿轮，齿条轴通过两个直线轴承安装在壳体上，齿条轴的一端安装有一个弹簧，齿条轴的一个端点处安装有位移传感器，位移传感器与控制器相连，将齿条轴的位移量反馈给控制器，控制器的输出控制力矩电机。本发明提供的直线式柴油机力矩电机执行器能够保证柴油机转速的可靠控制，其响应速度较快，适用于中、小功率柴油机的转速控制。

Description

一种直线式柴油机力矩电机执行器

(一)技术领域

本发明涉及的是一种柴油机的调速执行装置，特别是一种船用柴油机位置控制式电子调速执行器。

(二)背景技术

目前在我国舰船上使用的柴油机位置控制式电子调速执行器，基本上采用比例电磁铁、力矩电机或电液执行器作为执行器的运动元件，分别用于小、中、大功率柴油机转速的控制。比例电磁铁作为电子调速执行器只能通过增加复位弹簧实现双向的移动，这样其输出力一部分用于克服复位弹簧的拉力，影响了其输出力大小。力矩电机作为执行器运动元件只能实现旋转运动，若要获得直线运动需要通过转换机构。

中国专利号：ZL 97242519.5、名称为“电磁执行器”的专利文件中公开了一种电磁执行器，其电磁铁线圈为单绕组线圈、传感器为单转角传感器；位置传感器总成的从动杆与执行器本体上的执行器轴经同步杆联成一体，以达到将衔铁的直线运动转换成转角传感器所需的转动的目的；执行器轴借助联接器实现其与油泵齿条间的无间隙传动。其缺点在于：单绕组线圈和单传感器工作的可靠性低；转角传感器线性度差；传感器没有间隙消除机构；运动转换机构复杂，降低了装置的响应速度、控制精度。综上所述，其性能与可靠性不能满足柴油机高压油泵对其驱动装置的要求。

采用电机作为柴油机位置控制式电子调速执行器的关键部件，已经获得研究。中国申请申请号为02243850的专利文件中，提出一种直线运动式电子控制电动油门执行器，具有壳体、微型直流减速电机、减速机构、通过螺纹传动连接的两个连接件、手动调整旋钮、手动/电动转换钮机构、轴向限位体、电机控制电路。该结构功能复杂，采用直流电机作为运动部件，减速机构没有齿隙消除装置，螺纹传动难以保证精度。

中国申请申请号为200620113604的专利文件中，提出一种油门执行器，该执行器包括：控制器、数据采集调理装置、伺服控制器和伺服电机。该执行器采用伺服电机具有结构简单，可靠性好，精度高的优点，但伺服电机没有转角硬限位，没有安全保护。

此外，2008年8月在哈尔滨工程大学学报论文“有限转角力矩电机作为柴油机调速执行机构的设计研究”提出了采用有限转角力矩电机作为柴油机调速执行器。有限转角力矩电机与普通力矩电机相比设计复杂，价格成本较高，控制复杂。作为执行器时，体积较大，因此应用受到限制。

力矩电机结构简单，输出扭矩大，能实现连续堵转，技术成熟，重量和体积小，有较好的工业应用，将其作为柴油机位置控制式电子调速执行器的主要运动元件，可以实现较大功率范围内的柴油机转速控制。但由于力矩电机不能可靠的限制转动角度，不能实现直线运动和不能直接反馈柴油机喷油泵齿条位移量等问题，因此，必须设计一套附加机构保证力矩电机作为柴油机调速执行机构的可靠安全使用。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种响应速度快，可靠性高，适用于中、小功率柴油机的转速控制的一种直线式柴油机力矩电机执行器。

本发明的目的是这样实现的：

它包括力矩电机、位移传感器、行程调节挡铁、壳体、控制器，力矩电机安装在一偏心轮上，力矩电机上安装扇形齿轮，齿条轴通过两个直线轴承安装在壳体上，齿条轴的一端安装有一个弹簧，偏心轮调整好后紧固在壳体内，齿条轴的至少一个端点处安装有位移传感器，位移传感器与控制器相连将齿条轴的位移量反馈给控制器，控制器的输出控制力矩电机。

本发明还可以包括：

1、所述的偏心轮调整好后紧固在壳体内是指调整偏心轮的角度，来消除安装在力矩电机上的扇形齿轮与齿轮轴间的齿隙后偏心轮紧固在壳体内。

2、在扇形齿轮的两侧各安装有一个限位挡铁，限位挡铁通过螺钉连接固定在壳体上。

3、一个位移传感器安装在齿条轴的一个端点处。如果采用冗余传感器设计，可将两个传感器安装在齿条轴的同一个端点处。

在正常工作时，控制器通过转速传感器和柴油机其他信号传感器计算出本次喷油的需要的齿条位移量，然后控制力矩电机转动相应的角度，并通过齿轮齿条传动，带动齿条轴运动，齿条轴推动喷油泵齿条移动，并通过位移传感器反馈喷油泵齿条实际位移量给控制器，控制力矩电机转动到某个角度值。

本发明提出了一种直线式柴油机力矩电机执行器，采用力矩电机作为运动部件，通过齿轮齿条传动机构进行运动转换，变旋转运动为直线运动，并通过安装有齿轮齿条间的齿间隙消除机构和力矩电机最大转角限位机构，可较好的实现柴油机位置控制式电子调速功能。

本发明提供的直线式柴油机力矩电机执行器能够保证柴油机转速的可靠控制，其响应速度较快，适用于中、小功率柴油机的转速控制。

(四)附图说明

附图是本发明的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

柴油机的转速的控制是通过控制喷油泵的喷油量来实现的，而喷油量的控制是通过调节喷油泵齿条的位置实现。调速执行器的输出一般直接连接在齿条上，柴油机位置控制式电子调速就是通过采集柴油的转速、排气、油温等信息，控制调速执行器输出的位移，并通过位置传感器反馈输出的位移量。

为了实现调速执行器的目的，本发明直线式柴油机力矩电机执行器包含由力矩电机、位移传感器、行程调节挡铁、壳体、控制器等组成。力矩电机5安装在偏心轮4上，偏心轮4可以调整一个小的角度，通过角度的调整，来消除安装在力矩电机5上的扇形齿轮6与齿条轴7间的齿隙，然后紧固偏心轮4。齿条轴7通过两个直线轴承9安装在壳体2上，在齿条轴7的一端安装有一个弹簧8，弹簧8保证齿条轴7在执行器没有上电时处于初始位置，同时齿条轴7的一个端点处安装有位移传感器1，位移传感器1将齿条轴的位移量反馈给控制器10，为了限制力矩电机5的旋转角度，在扇形齿轮的两侧各安装有一个限位挡铁3，限位挡铁3通过螺钉连接固定在壳体上，限位挡铁3的位置可以进行小的调整，以实现力矩电机最大转动角度的适当调整。在正常工作时，控制器10通过转速传感器和柴油机其他信号传感器计算出本次喷油的需要的齿条位移量，然后控制力矩电机5转动相应的角度，并通过齿轮齿条传动，带动齿条轴7运动，齿条轴推动喷油泵齿条移动，并通过位移传感器1反馈喷油泵齿条实际位移量给控制器10，控制力矩电机转动到某个角度值。

本实施方式采用北微微电机厂控制电机厂的LYX系列稀土永磁式直流力矩电动机90LYX06作为运动控制元器件。控制器10中有微处理器，利用转速传感器采集柴油机的转速信号，根据其转速情况和柴油机其他信号，查询MAP表，获得本次控制喷油的齿条位移量，通过微处理器PWM控制输出电压，控制力矩电机移动，并通过位移传感器1反馈力矩电机的实际移动量，采用PID控制确保力矩电机转动准确的角度。

旋转偏心轮4到合适的角度，消除齿轮齿条轴间间隙，然后用螺钉固定偏心轮4。

挡铁3通过螺纹连接和壳体2连接到一起，可以通过移动挡铁3的位置，改变力矩电机的最大转动角度，并用螺钉固定。

位移传感器1采用北京泰泽的差动变压器位移传感器，传感器通过螺纹连接和齿条轴连接在一起，反馈齿条轴7的位移量给控制器10。

如果要保证高可靠性，可以采用两个位移传感器7，实现冗余控制。

Claims (7)

1、一种直线式柴油机力矩电机执行器，它主要包括力矩电机、位移传感器、行程调节挡铁、壳体、控制器，其特征是：力矩电机安装在一偏心轮上，力矩电机上安装扇形齿轮，齿条轴通过两个直线轴承安装在壳体上，齿条轴的一端安装有一个弹簧，偏心轮调整好后紧固在壳体内，齿条轴的一个端点处安装有位移传感器，位移传感器与控制器相连，将齿条轴的位移量反馈给控制器，控制器的输出控制力矩电机。

2、根据权利要求1所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：所述的偏心轮调整好后紧固在壳体内是指调整偏心轮的角度，来消除安装在力矩电机上的扇形齿轮与齿轮轴间的齿隙，然后偏心轮紧固在壳体内。

3、根据权利要求1或2所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：在扇形齿轮的两侧各安装有一个限位挡铁，限位挡铁通过螺钉连接固定在壳体上。

4、根据权利要求1或2所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：一个位移传感器安装在齿条轴的一个端点处，反馈齿条轴的位移量给控制器。

5、根据权利要求3所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：一个位移传感器安装在齿条轴的一个端点处，反馈齿条轴的位移量给控制器。

6、根据权利要求1或2所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：所述的位移传感器为两个，两个位移传感器分别安装在齿条轴的两个端点处。

7、根据权利要求3所述的一种直线式柴油机力矩电机执行器，其特征是：所述的位移传感器为两个，两个位移传感器分别安装在齿条轴的两个端点处。

Images