CN104682655A - 一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其包含：中空直驱永磁伺服电机；作动筒组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的一端；活塞组件，其一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机的一端并伸出所述的作动筒组件外；耳环螺栓组件，其设在所述活塞组件的另一端上；线性位移传感器组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的另一端内，该线性位移传感器组件与所述活塞组件在中空直驱永磁伺服电机内连接；支耳组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的另一端上。其优点是：使得重量分布在一条直线上 ，解决了平行安装机构的偏心问题，抗振性能好。

Description

一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构

技术领域

本发明涉及运载火箭控制系统伺服机构，具体涉及一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构。

背景技术

新一代中型运载火箭是在液体运载火箭基础上捆绑固体助推器，并改变芯级构型而形成的一种运载火箭。其助推模块采用两段式固体发动机，布置于四个基准，采用可全向摇摆的潜入式柔性喷管，参与全箭姿态控制。固体助推伺服系统属于控制系统的一个子系统，由一台伺服控制器和两台固体助推伺服机构组成。

一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构（简称伺服机构）是伺服控制回路中的执行机构，驱动控制对象——发动机喷管摇摆，完成火箭的飞行姿态控制。新一代中型运载火箭的固体助推模块采用了大功率电动伺服系统，现已研制的电动伺服机构样机采用的是常规的电机+齿轮箱+滚珠丝杠的结构，电机与传动机构分体平行安装，该结构不能适应重量轻、体积小的要求，而且存在偏心的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其抗振性能好、体积小、响应快、推力大。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征是，包含：

中空直驱永磁伺服电机；

作动筒组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的一端；

活塞组件，其一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机的一端并伸出所述的作动筒组件外；

耳环螺栓组件，其设在所述活塞组件的另一端上；

线性位移传感器组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的另一端内，该线性位移传感器组件与所述活塞组件在中空直驱永磁伺服电机内连接；

支耳组件，其设在所述中空直驱永磁伺服电机的另一端上。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的中空直驱永磁伺服电机包含：

壳体，其一端设有用于连接所述作动筒组件的前端盖，其另一端设有用于连接所述支耳组件的后端盖；

电机中空转子，其设在所述的壳体内。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的中空直驱永磁伺服电机还包含：

磁性材料，其设在所述的电机中空转子上，并位于所述的电机中空转子与壳体之间；

线性定子，其设在所述的磁性材料上，并位于所述的磁性材料与壳体之间；

旋转变压器，其设在所述的电机中空转子上；

一对角接触球轴承，其设在所述的前端盖与电机中空转子之间；

深沟球轴承，其设在所述的后端盖与电机中空转子之间。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的活塞组件包含：

滚珠丝杠组件，其包含滚珠丝杠以及滚珠螺母；所述滚珠丝杠的一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机的一端伸出所述的作动筒组件外并与所述的耳环螺栓组件连接；所述的滚珠螺母设在所述的电机中空转子与滚珠丝杠之间，该滚珠螺母跟随电机中空转子转动，使滚珠丝杠在电机中空转子和作动筒组件中前后移动；

筒组件，其设在所述的滚珠丝杠内，并与所述的线性位移传感器组件连接。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的筒组件包含：设在所述滚珠丝杠内的筒，以及设在所述的筒内用于连接所述线性位移传感器组件的关节轴承。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的线性位移传感器组件包含：

直线式位移传感器，其设在所述的电机中空转子的一端内，其包含一拉杆，该拉杆伸入所述的滚珠丝杠内并与筒组件的关节轴承连接。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中：所述的直线式位移传感器采用双余度直线式位移传感器。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中，所述的作动筒组件包含：

套筒盖，其套设在所述的滚珠丝杠外，且其一端连接所述中空直驱永磁伺服电机的前端盖；

滑动轴承，其套设在所述的滚珠丝杠外，且其设在所述套筒盖的另一端上；所述的滑动轴承与滚珠丝杠之间通过平键连接。

上述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其中：所述的滑动轴承采用自润滑材料制成。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、         本发明的传动机构结构简单、紧凑，省去了起到换向和减速作用的齿轮箱，减轻了机构的重量；

2、         电机与传动机构采用直线安装，重量分布到一条直线上，使得重量分布在一条直线上 ，解决了平行安装机构的偏心问题，抗振性能好；

3、         与传统的分体转角结构形式相比，无减速器设计，减小了机构卡死的风险，可靠性更高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的中空直驱伺服电机的整体结构剖视图；

图3为图1的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其包含：中空直驱永磁伺服电机4；作动筒组件3，其设在所述中空直驱永磁伺服电机4的一端；活塞组件2，其一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机4的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机4的一端并伸出所述的作动筒组件3外；耳环螺栓组件1，其设在所述活塞组件2的另一端上，用于连接发动机的上支点；线性位移传感器组件5，其设在所述中空直驱永磁伺服电机4的另一端内，该线性位移传感器组件5与所述活塞组件2在中空直驱永磁伺服电机4内连接；支耳组件6，其设在所述中空直驱永磁伺服电机4的另一端上，用于连接发动机的下支点。

如图2所示，所述的中空直驱永磁伺服电机4包含：壳体41，其一端设有用于连接所述作动筒组件3的前端盖42，其另一端设有用于连接所述支耳组件6的后端盖43；电机中空转子44，其设在所述的壳体41内。

所述的中空直驱永磁伺服电机4还包含：磁性材料441，其设在所述的电机中空转子44上，并位于所述的电机中空转子44与壳体41之间；线性定子442，其设在所述的磁性材料441上，并位于所述的磁性材料441与壳体41之间；旋转变压器45，其设在所述的电机中空转子44上，用于检测电机中空转子44的转动角度；一对角接触球轴承421，其设在所述的前端盖42与电机中空转子44之间，并用轴承压板422压紧，为电机中空转子44提供支撑，同时传递力和转矩；深沟球轴承431，其设在所述的后端盖43与电机中空转子44之间，为电机中空转子44提供支撑，同时传递力和转矩。

如图1、3所示，所述的活塞组件2包含：滚珠丝杠组件，其包含滚珠丝杠21以及滚珠螺母22，即是活塞杆同时也作为本发明的传动机构；所述滚珠丝杠21的一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机4的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机4的一端伸出所述的作动筒组件外并与所述的耳环螺栓组件1连接，本实施例中，所述的耳环螺栓组件1与滚珠丝杠21通过螺纹连接，通过调整其伸出长度以调节伺服机构的零位长度后由螺母13锁紧；所述的滚珠螺母22设在所述的电机中空转子44与滚珠丝杠21之间，并由锁紧螺母25锁紧，该滚珠螺母22跟随电机中空转子44转动，使滚珠丝杠21在电机中空转子44和作动筒组件3中前后移动的往复运动；筒组件23，其设在所述的滚珠丝杠21内，并与所述的线性位移传感器组件5连接。

所述的筒组件23包含：设在所述滚珠丝杠21内的筒，以及设在所述的筒内用于连接所述线性位移传感器组件5的关节轴承。

所述的线性位移传感器组件5包含：直线式位移传感器51，其设在所述的电机中空转子44的一端内，其包含一拉杆，该拉杆伸入所述的滚珠丝杠21内并与筒组件23的关节轴承连接，线性位移传感器51用于检测滚珠丝杠21的运动位置反馈给伺服控制器，本实施例中，所述的关节轴承压入筒内并滚边，运动灵活，并可允许安装轴承内圈的线性位移传感器51拉杆有一定的倾斜，防止卡死。

本实施例中，所述的直线式位移传感器51采用双余度直线式位移传感器作为检测单元，其测量可靠性更高。

所述的作动筒组件3包含：套筒盖31，其套设在所述的滚珠丝杠21外，且其一端连接所述中空直驱永磁伺服电机4的前端盖42；滑动轴承32，其套设在所述的滚珠丝杠21外，且其设在所述套筒盖31的另一端上；所述的滑动轴承32与滚珠丝杠21之间通过平键33连接，以限制滑动轴承32与滚珠丝杠21的周向运动，并对滚珠丝杠21的直线运动起导向作用；本实施例中，所述的作动筒组件3还包含第一缓冲垫34以及第二缓冲垫35，防止机构过冲。

本实施例中，所述的滑动轴承32采用自润滑材料制成，避免与滚珠丝杠21之间形成干摩擦。

本实施例中，所述的耳环螺栓组件1包含耳环螺栓11和关节轴承12，滚珠丝杠21内有螺纹孔，耳环螺栓11与滚珠丝杠21通过螺纹连接。

本实施例中，所述的直线式位移传感器51安装在支撑52的内孔中，轴向由锁紧螺母24锁紧，支撑52设置在电机中空转子44内并固定于后端盖43上。

使用时，将2台功率元件与传动机构集成设计的伺服机构分别安装在发动机X、Y向的上下支点，来推动发动机柔性喷管进行摇摆。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，包含：

中空直驱永磁伺服电机（4）；

作动筒组件（3），其设在所述中空直驱永磁伺服电机（4）的一端；

活塞组件（2），其一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机（4）的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机（4）的一端并伸出所述的作动筒组件（3）外；

耳环螺栓组件（1），其设在所述活塞组件（2）的另一端上；

线性位移传感器组件（5），其设在所述中空直驱永磁伺服电机（4）的另一端内，该线性位移传感器组件（5）与所述活塞组件（2）在中空直驱永磁伺服电机（4）内连接；

支耳组件（6），其设在所述中空直驱永磁伺服电机（4）的另一端上。

2.如权利要求1所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的中空直驱永磁伺服电机（4）包含：

壳体（41），其一端设有用于连接所述作动筒组件（3）的前端盖（42），其另一端设有用于连接所述支耳组件（6）的后端盖（43）；

电机中空转子（44），其设在所述的壳体（41）内。

3.如权利要求2所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的中空直驱永磁伺服电机（4）还包含：

磁性材料（441），其设在所述的电机中空转子（44）上，并位于所述的电机中空转子（44）与壳体（41）之间；

线性定子（442），其设在所述的磁性材料（441）上，并位于所述的磁性材料（441）与壳体（41）之间；

旋转变压器（45），其设在所述的电机中空转子（44）上；

一对角接触球轴承（421），其设在所述的前端盖（42）与电机中空转子（44）之间；

深沟球轴承（431），其设在所述的后端盖（43）与电机中空转子（44）之间。

4.如权利要求2所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的活塞组件（2）包含：

滚珠丝杠组件，其包含滚珠丝杠（21）以及滚珠螺母（22）；所述滚珠丝杠（21）的一端设在所述的中空直驱永磁伺服电机（4）的一端内，其另一端穿过所述中空直驱永磁伺服电机（4）的一端并伸出所述的作动筒组件外与所述的耳环螺栓组件（1）连接；所述的滚珠螺母（22）设在所述的电机中空转子（44）与滚珠丝杠（21）之间，该滚珠螺母（22）跟随电机中空转子（44）转动，使滚珠丝杠（21）在电机中空转子（44）和作动筒组件（3）中前后移动；

筒组件（23），其设在所述的滚珠丝杠（21）内，并与所述的线性位移传感器组件（5）连接。

5.如权利要求4所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的筒组件（23）包含：设在所述滚珠丝杠（21）内的筒，以及设在所述的筒内用于连接所述线性位移传感器组件（5）的关节轴承。

6.如权利要求4所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的线性位移传感器组件（5）包含：

直线式位移传感器（51），其设在所述的电机中空转子（44）的一端内，其包含一拉杆，该拉杆伸入所述的滚珠丝杠（21）内并与筒组件（23）的关节轴承连接。

7.如权利要求6所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于：所述的直线式位移传感器（51）采用双余度直线式位移传感器。

8.如权利要求6所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于，所述的作动筒组件（3）包含：

    套筒盖（31），其套设在所述的滚珠丝杠（21）外，且其一端连接所述中空直驱永磁伺服电机（4）的前端盖（42）；

滑动轴承（32），其套设在所述的滚珠丝杠（21）外，且其设在所述套筒盖（31）的另一端上；所述的滑动轴承（32）与滚珠丝杠（21）之间通过平键（33）连接。

9.如权利要求8所述的功率元件与传动机构集成设计的伺服机构，其特征在于：所述的滑动轴承（32）采用自润滑材料制成。