CN102530245A - 带有摩擦致动的双向离合器的飞行器电滑行系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有摩擦致动的双向离合器的飞行器电滑行系统。一种用于飞行器的电滑行系统(ETS)，可包括与飞行器轮子共轴地安装的驱动马达。离合器组件可插入驱动马达和轮子之间。当轮子和马达转子以相同旋转速度旋转时，离合器组件将马达的扭矩传输到轮子。当轮子转速快于马达转速时，离合器组件可将马达转子从轮子中自我脱离。

Description

带有摩擦致动的双向离合器的飞行器电滑行系统

技术领域

本发明总体涉及飞行器起落架。更具体地，本发明涉及带有集成电驱动系统的起落架，该集成电驱动系统用于在滑行时推进飞行器。

背景技术

典型的飞行器利用由其发动机产生的推力飞临跑道或飞离跑道。在每一次飞行之前和之后的典型的飞行器滑行过程中，发动机燃烧了大量的燃料。多数情况下，主发动机所提供的原动力可能多于成功完成一个滑行过程的所需。在这方面，由发动机提供推力的滑行被认为是低效率的且可能导致高燃料成本和地面高度的排放。

飞行器设计者已经找到一种更高效的在滑行过程中推进飞行器的方法。电滑行系统(ETS)已被提出以提供更高的效率。电滑行系统(ETS)通过电马达提供飞行器滑行所用的原动力。虽然这种通用的ETS概念保证了提高效率，但在任何成功的ETS设计中，仍然有一些实际应用问题需要解决。例如，希望ETS可选择性地与飞行器的轮子接合从而令ETS不影响正常的起飞与着陆过程或飞行器的性能。同样，还希望构建ETS的部件是结构紧凑、轻质量的，且这些部件即使是在飞行器在不同机场可能面对的各种不同环境下可靠地工作。

可以看出，需要一种可选择性地接合的ETS，它能够不对飞行器的正常的起飞和着陆过程或飞行器的性能产生负面影响。在这方面，希望ETS装有一个自我脱离合器，其设置在电马达和飞行器轮子之间。更具体地，需要一种用于上述ETS的自我脱离离合器，该离合器可为尺寸紧凑并能在各种变化的环境条件中可靠工作。

发明内容

在本发明的一个方面，一个飞行器的电滑行系统(ETS)可包括与飞行器轮子共轴地安装的驱动马达；设置在驱动马达和飞行器轮子之间的离合器组件；离合器组件构造成当轮子和马达的转子以相同的转速旋转时将马达的扭矩传递到轮子；离合器组件构造成当轮子转速大于转子转速时使转子脱离轮子。

在本发明的另一个方面，离合器组件可包括：驱动构件；被驱动构件；在缩回位置和延伸位置之间可轴向运动的传递构件；当传递构件处于其缩回位置时，传递构件通过一个或多个连接构件与驱动构件联接，从而，由于通过连接构件传递的力的作用，传递构件被驱动以与驱动构件一起旋转；当传递构件处于其延伸位置时，传递构件构造成与驱动构件的驱动突缘接合，从而，由于通过驱动突缘传递的力的作用，传递构件被驱动以与驱动构件一起旋转；当传递构件处于其延伸位置时，传递构件构造成与被驱动构件的被驱动突缘接合，以旋转被驱动构件；和当传递构件处于其缩回位置时，传递构件脱离被驱动构件。

还在本发明的另一方面，用于可选择地施加扭矩到飞行器轮子的方法包括：其中，施加扭矩可包括的步骤有：在施加弹簧力到传递构件的同时，用马达转动驱动构件；将传递构件从锁定位置释放以允许传递构件与被驱动构件接合；用从驱动构件的突缘对突缘的扭矩传递来转动传递构件；用从传递构件的突缘对突缘的扭矩传递来转动与轮子连接的被驱动构件；其中，停止施加扭矩包括的步骤为：施加制动力到传递构件以令传递构件脱离被驱动构件。

本发明的这些和其他特征，方面和优势将通过参考下面的附图、描述和权利要求更好地体现。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电滑行系统(ETS)的示意图；

图2是根据本发明实施例的带有附接的驱动单元的飞行器轮子的透视图。

图3是根据本发明实施例的图2的轮子和驱动单元的局部剖视图；

图4是根据本发明实施例的离合器组件的透视图；

图5是根据本发明实施例的图4的离合器组件的俯视透视图；

图6是根据本发明实施例的图4的离合器组件的局部剖视图；

图7A是根据本发明实施例的图4的传递构件处于延伸位置时离合器组件各元件的运行布置的示意图；

图7B是根据本发明实施例的图4的传递构件处于缩回位置时离合器组件各元件的运行布置的示意图；

图8是根据本发明实施例的处于逆时针扭矩传输模式的离合器组件的突缘部分透视图；

图9是根据本发明实施例的处于顺时针扭矩传输模式的离合器组件的突缘部分透视图；

图10是根据本发明实施例的选择性地施加扭矩到飞行器轮子的方法的流程图。

具体实施方式

下列详细描述是关于实施本发明的当前最佳可行模式。描述不能以限定的含义来被理解，而是仅用于阐述发明的基本原理，发明的范围由发明的权利要求最佳地限定。

下列描述的诸多发明特征可以彼此单独使用，也可以与其他特征组合起来使用。

本发明通常给飞行器提供一个ETS。该ETS可采用可选择性地接合的离合器，该离合器插入电马达和起落架轮子之间。当轮子速度超过电马达的驱动速度时，该离合器能够自我脱离。

现在参照附图1，其以示意的形式显示了可安装在飞行器12上的ETS 10的示例性的实施例。系统10可包括安装在轮子16的轴上的电驱动单元14。电能进给18可将电能传输到ETS电能分配单元19。飞行员交互单元22可通过交互电缆24与ETS电能分配单元19连接。基于来自飞行员的适当指令，电能可通过ETS馈线26被传输到电驱动单元14。

参照附图2，展示了其中的一个外侧轮16。为简明阐述，轮子16以不带轮胎的形式显示。轮子16可包括轮毂16-1和轮缘16-2。在本发明的示意性实施例中，轮子16具有拼合轮毂结构。轮子16可带有一个拼合线16-3，轮子16可沿着拼合线16-3分离，以便安装和拆卸轮胎。驱动单元14可安装成毗邻轮缘16-2中的外侧一个，并与轮子16共轴。有利地，驱动单元14的外径不大于轮缘16-2的外部直径。

参照附图3，轮子16的局部剖视图将阐述驱动单元14的多个发明特征。驱动单元14包括被与轮轴40同心地支撑的驱动马达14-1。在这方面，驱动马达14-1可以被认为是装在轮子的驱动马达。有利地，驱动马达14-1可以是一个分段电磁阵列(SEMA)马达。驱动马达14-1的转子14-1-1可适于绕轮轴40旋转。

可选择性地接合的离合器组件50可插设在转子14-1-1和轮子16之间。换而言之，当离合器组件50被接合时，轮子16可被驱动马达14-1驱动。相反地，当离合器组件50被脱离时，轮子16和转子14-1-1可彼此独立转动。

在示例性实施例中，轮子16有第一轮毂部分16-1-1和第二轮毂部分16-1-2。拼合线16-3可确定两个轮毂部分16-1-1和16-1-2可分离的位置。图3中，第一轮毂部分16-1-1可示出在拼合线16-3的左边，第二轮毂部分16-1-2可示出在拼合线16-3的右边。制动器组件42可并入轮毂部分16-1-1。离合器组件50可位于第二轮毂部分16-1-2内部。马达14-1位于第二轮毂部分16-1-2的外侧并毗邻轮缘16-2。

马达14-1、制动器组件42和离合器组件14-2的相对位置是有利的，其原因有好几个。首先，制动器组件42在轮子16中所处的位置是与现有飞行器的许多常规轮子内的制动器组件的常规位置是一致的。因此，此类常规的轮子可以被改进以实现ETS的运行而无需对它们的制动器组件进行重新配置。

其次，常规的飞行器轮子通常在它们的外侧轮毂部分中有一个空的腔室。在本发明的本实施例中，离合器组件50可以内置于这个如果不用就是空的的轮毂部分(即，第二轮毂部分16-1-2)。这种布置提供了驱动单元14的减小的轴投影。换而言之，驱动单元14可以仅延伸超出轮缘16-2有限的轴向距离。在这方面，有利的是将驱动单元14置于外侧轮子16。当飞行器起飞后轮子16收回时，驱动单元14将被定向为朝下位置。因此，飞行器将轻易地加装发明的ETS，因为仅需对起落架舱门(没有显示)进行有限的改进就能容纳最小程度延伸的驱动单元14。

参照图4和图5，所示的离合器组件50包括驱动构件52，被驱动构件54和传递构件56。在离合器组件50的示例性实施例中，驱动构件52可以是一个环形齿轮，它可以通过连接到图3的马达14-1的转子14-1-1的、行星齿轮驱动系58或马达驱动的齿轮箱的任何其它输出级来驱动。被驱动构件54可直接连接到图3的轮毂16-1。

驱动构件52和被驱动构件54可具有沿轮子16和驱动单元14的轴线的固定轴向位置。传递构件56可相对于驱动构件52和被驱动构件54进行轴向运动。

在操作过程中，只要驱动马达转子14-1-1旋转，驱动构件或环形齿轮52就可以持续旋转。传递构件56(如下文阐释)可构造成与环形齿轮52旋转。当被轴向安置以脱离被驱动构件54时，传递构件56可认为处于缩回位置。相反地，当与被驱动构件54接合时，传递构件56可认为处于延伸位置。在延伸位置，传递构件56将环形齿轮52的扭力传递到被驱动构件56(即，从马达14-1到轮子16)。

参照图6、图7A和图7B，可以看出环形齿轮52可通过致动连接构件60与传递构件56互相连接。离合器组件50的示例性实施例中，三个连接构件可均匀地围绕着环形齿轮52布置，从而环形齿轮的平面与传递构件56的平面保持彼此平行。当环形齿轮52旋转时，连接构件60将产生传递构件56的相应旋转。图7A和图7B阐述了当传递构件56可相对环形齿轮52沿圆周平移时(即箭头63方向)，连接构件60如何产生传递构件56的轴向运动(即，箭头61方向)。连接构件60可在驱动构件枢转点62处连接环形齿轮52。连接构件60还在传递构件枢转点66处连接传递构件56。可以看出，如果传递构件56相对于环形齿轮52沿周向移动，枢转点62和枢转点66之间的轴向距离也改变。当轴向距离增加时，传递构件56将移动到延伸位置。需要注意的是，枢转点62和枢转点66的相对彼此的运动路径可以是三维的或螺旋的。有利地，连接构件60通过球形轴承64连接到环形齿轮52以适应连接构件60的上述运动路径。

片弹簧68可在它们的固定端68-1处连接传递构件56。片弹簧可在它们的自由端支承着环形齿轮52。片弹簧68可构造成产生沿促使传递构件56处于其缩回位置方向的力。换而言之，在传递构件56从缩回位置被轴向地移动到其延伸位置之前，必须克服片弹簧68的弹簧力。

返回参照图5，可以看出传递构件56如何选择性地在缩回位置和延伸位置之间移动。在一个示例性实施例中，电磁线圈操控的制动组件70了连接到行星齿轮系58或任何其它静态结构上。刹车片70-1可选择地被驱动与传递构件56接触。当刹车片与传递构件56接触时，传递构件56可突然地比环形齿轮52旋转更慢。这种突然的转速差异将导致传递构件56相对环形齿轮52的周向平移。正如上面关于图7A和图7B的描述，连接构件60可克服片弹簧68的弹簧力，将它们的角度位置改变成伸展模式，并且传递构件56将被移至接合位置。如果驱动突缘的对齐不能直接可用，那么驱动和被驱动突缘可以相接。在制动器仍然接合且所命令的驱动速度略快于被驱动的情况下，驱动突缘的开口可快速出现并且可完成扭矩连接。在这一点，突缘间的扭矩传递足以维持接合，并且不再需要制动。

在释放来自传递构件56的扭矩负载时，片弹簧68可推动传递构件56到缩回位置。连接构件60可相应地移动到缩回模式。电磁线圈操控的锁72可与传递构件56外表面形成的锁槽73接合。锁72可保持传递构件56处于其缩回位置，即使离合器组件件50在飞行器滑行过程中可能受到冲击或振动。

参照图8和图9，可以看出传递构件56如何提供从环形齿轮52到被驱动构件54的扭力传输。图8阐述的是被驱动构件54可被逆时针方向驱动的情形。图9阐述的是被驱动构件54可被顺时针方向驱动的情形。

环形齿轮52具有一套或多套驱动突缘52-1和52-1。传递构件56具有一套或多套内部的传递突缘56-1和56-2。如图8所示，逆时针传递突缘56-1可与逆时针驱动突缘52-1-1接合。如图9所示，顺时针传递突缘56-2可与顺时针驱动突缘52-2接合。

传递构件56还具有一个或多个外部突缘56-3，外部突缘56-3有逆时针侧面56-3-1和顺时针侧面56-3-1。被驱动构件54可具有一个或多个被驱动突缘54-1，被驱动突缘54-1有逆时针侧面54-1-1和顺时针侧面54-1-2。如图8所示，外部突缘56-3的逆时针侧面56-3-1可与被驱动突缘54-1的顺时针侧面54-1-2接合。如图9所示，外部突缘56-3的顺时针侧面56-3-2可与被驱动突缘54-1的逆时针侧面54-1-1接合。

当传递构件56处于延伸位置时，外部突缘56-3可与被驱动突缘54-1接合。因此来自环形齿轮52的扭矩通过传递构件56可传输到被驱动构件54。当传递构件56处于缩回位置时，外部突缘56-3可不与被驱动突缘54-1接合，且环形齿轮52可独立于被驱动构件54而独自转动。

需要注意的是，只要轮子16比马达14-1旋转得快，离合器组件50就可有利地将马达14-1从轮子16分离。这是因为，只要被驱动构件54比环形齿轮52旋转得更快，传递构件56就将移动至其缩回位置。例如，如果在逆时针方向，被驱动构件54比环形齿轮52轮转得快，被驱动突缘54-1的逆时针侧面54-1-1可被旋转成与外部突缘56-3的顺时针侧面56-3-2接触。这将导致传递构件56相对环形齿轮52的周向平移。该周向平移可导致连接构件60从延伸模式变为缩回模式。片弹簧68的弹簧力将推动传递构件56至其缩回位置。同样地如果在顺时针方向上轮子16比马达14-1旋转得更快，也会类似地发生脱离。

本发明的有利特征对于预防马达14-1的过度驱动非常有用。马达过度驱动可导致对马达造成损伤。此类过度驱动可在例如当飞行员开始使用发动机动力推动飞行器时发生。

参照图10，流程图阐述可选择地施加扭矩到飞行器的轮子的示例性方法100。施加扭矩包括步骤102，即驱动构件可由马达旋转，传递构件相应地被转动；步骤104，即施加制动力到传递构件以移动传递构件，使之与被驱动构件接合；步骤106，即传递构件可由从驱动构件的突缘对突缘扭矩传递而被旋转；步骤108，即连接到轮子的被驱动构件被由传递构件传递而来的突缘对突缘扭矩传递旋转。扭矩施加的停止包括步骤110，即飞行器轮子被驱动旋转得比马达旋转更快以将传递构件从被驱动构件上脱离。

步骤102可如此实现，例如，可采用马达14-1旋转环形齿轮52和通过连接构件60驱动传递构件56。步骤104可如此实现，例如，可通过激励锁组件72以将它从制动组件70中释放从而施加制动力到传递构件56来产生传递构件56相对环形齿轮52的周向平移。步骤106可如此实现，例如，可通过将环形齿轮突缘组件52-1与传递构件56的内部突缘56-1接合来将扭矩从环形齿轮52传输到传递构件56。步骤108可如此实现，例如，通过将传递组件56的外部突缘56-2与被驱动构件54的被驱动突缘54-1接合来将扭矩从传递构件56传输到被驱动构件54。

步骤110可如此实现：例如，通过过度驱动传递构件56而在传递构件56和环形齿轮52之间产生周向位移，从而连接构件60可绕它们的枢转点62和枢转点66转动并产生传递构件56的远离被驱动构件54的轴向位移以便将传递构件56从被驱动构件54中脱离。

可以理解的是，当然，前面描述关于本发明的示例性实施例及在不背离下列权利要求所设定的本发明的原则和范围下可以进行改进。

Claims (11)

1.一种离合器组件(50)，其包括：

驱动构件(52)；

被驱动构件(54)；

可在缩回位置和延伸位置之间轴向移动的传递构件(56)；

当传递构件处于其缩回位置时，传递构件利用一个或多个连接构件(60)与驱动构件联接，以使由于通过连接构件传输的力，传递构件被驱动与驱动构件一起旋转；

当传递构件处于其延伸位置时，传递构件被构造成与驱动构件的驱动突缘(52-1或52-2)接合，以使由于通过内部突缘和驱动突缘传输的力，传递构件被驱动与驱动构件一起旋转；

当传递构件处于其延伸位置时，传递构件构造成与被驱动构件的被驱动突缘(54-1)接合以旋转被驱动构件；

当传递构件处于其缩回位置时，传递构件从被驱动构件脱离。

2.根据权利要求1所述的离合器组件，其中，至少三个连接构件绕驱动构件均匀地布置以使驱动构件的平面和传递构件的平面相互平行。

3.根据权利要求1所述的离合器组件，其中，驱动构件是环形齿轮。

4.根据权利要求1所述的离合器组件：

其中，传递构件包括至少一个外部突缘；

其中，被驱动构件具有被驱动突缘；和

其中，当传递构件处于其延伸位置时，外部突缘与被驱动突缘接触。

5.根据权利要求1所述的离合器组件：

其中，连接构件(60)在第一枢转点(62)处与驱动构件连接；

其中，连接构件(60)在第二枢转点(66)处与传递构件连接；和

其中，第一枢转点相对第二枢转点的周向位移(63)导致第一枢转点和第二枢转点之间的轴向距离(61)改变，以及传递构件相对于驱动构件的相应的轴向位移。

6.根据权利要求5所述的离合器组件：

其中，传递构件(56)的外部突缘(56-3)具有顺时针侧面(56-3-2)和逆时针侧面(56-3-2)；

其中，被驱动构件(54)的被驱动突缘(54-1)具有顺时针侧面(54-1-2)和逆时针侧面(54-1-1)；

其中，外部突缘的逆时针侧面构造成当飞行器轮子(16)在逆时针方向上与传递构件以相同转速旋转时，与被驱动构件的被驱动突缘的顺时针侧面接合；

其中，外部突缘的顺时针侧面构造成当飞行器轮子在顺时针方向上与传递构件以相同转速旋转时，与被驱动构件的被驱动突缘的逆时针侧面接合；

其中，被驱动突缘的逆时针侧面构造成当飞行器轮子在逆时针方向上比传递构件以更快转速旋转时，与外部突缘的顺时针侧面接合，以使传递构件相对于驱动构件被周向移动，并且以使传递构件移至其缩回位置从而将转子从轮子脱离；和

其中，被驱动突缘的顺时针侧面构造成当飞行器轮子在顺时针方向上比传递构件以更快转速旋转时，与外部突缘的逆时针侧面接合，以使传递构件相对于驱动构件被周向移动，并且以使传递构件移至其缩回位置从而将转子从轮子中脱离。

7.根据权利要求5所述的离合器组件，其中，连接构件通过球形轴承(64)与驱动构件连接。

8.根据权利要求5所述的离合器组件，进一步包括：

刹车片(70-1)，其构造成可选择性地与传递构件接合；

其中，传递构件构造成在刹车片接合时，相对驱动构件被周向移动，以使第一和第二枢转点相对彼此发生轴向位移，并且传递构件相应地相对于驱动构件发生轴向位移。

9.根据权利要求8所述的离合器组件，其中，传递构件构造成当刹车片与传递构件接合时，移至其延伸位置。

10.根据权利要求1所述的离合器组件，进一步包括可选择性接合的锁(72)，其构造成与在传递构件上的锁槽(73)接合并构造成保持传递构件处于其缩回位置。

11.根据权利要求1所述的离合器组件，进一步包括至少一个弹簧(68)，其插设在传递构件和驱动构件之间，并构造成施加弹簧力到传递构件以保持传递构件处于其缩回位置。

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