CN105281034A - 一种小型化天线伺服装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化天线伺服装置，该装置包含：底座；方位通道电机，其设置在底座上；方位通道电机齿轮，其通过方位通道电机驱动；一对扇形齿轮，其位于底座上部，且与方位通道电机齿轮相啮合；方位通道，其包含方位通道主轴；俯仰通道，其包含俯仰通道主轴，其与方位通道主轴垂直；俯仰通道主轴、方位通道主轴及一对扇形齿轮连为一体，方位通道电机齿轮带动扇形齿轮转动，使得方位通道主轴和俯仰通道主轴也同步绕底座上部的孔轴线转动。本发明能够结构简单，小型化，可安装的探测组件大，可承受的负载转动惯量大，能实现最大合成角限位功能、成本低等特点。

Description

一种小型化天线伺服装置

技术领域

本发明涉及是伺服机构的结构设计领域，特别涉及一种小型化天线伺服装置。

背景技术

对目标探测跟踪组件要求空间结构尺寸越来越小，原有的伺服机构跟踪平台难以满足使用要求，需要发展新的小型化伺服机构。

现有伺服机构多采用齿弧结构，如图1、2所示，方位通道电机通过齿轮减速箱驱动齿弧，俯仰通道电机通过齿轮减速箱传动，使负载具有两个自由度的转动，实现圆锥角扫描，角度测量元件、陀螺组件等器件放置在齿弧构成的空间内，探测组件等有效负载安装在齿弧空间内。

现有的齿弧机构，齿弧1既是方位通道的传动齿轮，也是俯仰通道的安装平台。齿弧在齿弧导轨12中绕齿弧圆心滑动，方位通道电机5安装在底座11上，方位通道电机5通过安装在电机主轴上的齿轮和齿弧1啮合，控制方位通道的转动，方位通道测速元件6、方位通道测角元件7通过齿轮和齿弧啮合，测量齿弧转动速度和转动角度。俯仰通道安装在齿弧的两端，可绕俯仰轴灵活转动，俯仰通道电机8通过齿轮传动控制俯仰通道的转动，有效负载3、陀螺组件4、俯仰通道电机8均安装在俯仰框2上，俯仰通道测速元件10、俯仰通道测角元件9测量齿弧转动速度和转动角度。

现有伺服机构有以下局限性：

（1）结构复杂。无论是方位通道还是俯仰通道，都具有通过多级齿轮传动，对零部件，尤其是齿弧零件加工精度要求较高，整个伺服机构加工制造成本较高。

（2）难以小型化。由于现有的伺服机构复杂，零部件较多，具有较大体积，难以满足产品小型化的要求。

（3）有效可用空间不足。角度测量元件、陀螺组件等器件放置在齿弧内部，占用了有效载荷的空间，导致有效空间不足。

（4）探测组件包络大。探测组件在运动过程中所占据的空间即为其运动包络，由于探测组件大部分固定在俯仰框上，探测组件前端面距离旋转中心的距离较大，转动过程中包络尺寸较大，不能满足紧凑空间位置的约束要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型化天线伺服装置，结构简单，小型化，可安装的探测组件大，可承受的负载转动惯量大，能实现最大合成角限位功能、成本低等特点。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种小型化天线伺服装置，其特点是，包含：

底座；

方位通道电机，其设置在底座上；

方位通道电机齿轮，其通过方位通道电机驱动；

一对扇形齿轮，其位于底座上部，且与方位通道电机齿轮相啮合；

方位通道，其包含方位通道主轴；

俯仰通道，其包含俯仰通道主轴，其与方位通道主轴垂直；

所述的俯仰通道主轴、方位通道主轴及一对扇形齿轮连为一体，方位通道电机齿轮带动扇形齿轮转动，使得方位通道主轴和俯仰通道主轴也同步绕底座上部的孔轴线转动。

所述的底座上设有两只支架，两只所述支架之间形成中空结构，且所述的方位通道主轴架设在两支架上端之间。

两只所述的支架顶端分别设为外圆锥面。

所述的俯仰通道还包含：

俯仰通道电机，其定子与俯仰通道主轴相连；

俯仰框，其与俯仰通道主轴相连；

俯仰通道测角元件，其安装在俯仰通道电机的外壳上。

所述的俯仰框中部位置处开设有圆柱孔，所述的圆柱孔与支架顶端的外圆锥面配合限制俯仰通道主轴、方位通道主轴的运动合成角。

该装置还包含陀螺组件和天线负载组件，其与俯仰框固定连接，并绕俯仰通道主轴旋转。

两片所述的扇形齿轮通过弹簧产生预紧力后与方位通道电机齿轮啮合。

该装置还包含方位通道测角元件，其设置在底座上的支架上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）结构简单，成本低。方位通道采用扇形齿轮（不完全齿轮）一级传动、俯仰通道采用力矩电机直接驱动结构形式，结构简单，零件少，成本低。

（2）实现伺服机构小型化。该机构结构简单、传动部件少，零件易于实现小型化。

（3）有效使用空间大，包络尺寸小。底座设计为收拢的中空结构，方位通道传动链安装在其中，充分利用位置和增加了转动角度，降低了探测组件前端面距离旋转中心的高度，减小了探测组件的转动惯量及转动过程中包络尺寸，能够满足紧凑空间位置的约束要求。

附图说明

图1为现有技术中伺服机构的结构示意图；

图2为现有技术中伺服机构的结构示意图；

图3为本发明一种小型化天线伺服装置的整体结构示意图；

图4为图3中B-B向剖视图；

图5为图4中A-A向剖视图；

图6为底座的结构示意图；

图7为俯仰框的结构示意图；

图8为本发明一种小型化天线伺服装置的限位示意图。

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3、4、5所示，一种小型化天线伺服装置，包含：底座1；方位通道电机2，其设置在底座1上；方位通道电机齿轮3，其通过方位通道电机2驱动；一对扇形齿轮4，其位于底座1上部，且与方位通道电机齿轮3相啮合；方位通道，其包含方位通道主轴6；俯仰通道，其包含俯仰通道主轴71，其与方位通道主轴6垂直；俯仰通道主轴71、方位通道主轴6及一对扇形齿轮4通过螺钉连接为一体，控制系统控制方位通道电机2转动时，方位通道电机齿轮3带动扇形齿轮4转动，使得方位通道主轴6和俯仰通道主轴71也同步绕底座1上部的孔轴线转动。方位通道相对底座转动，俯仰通道相对方位通道转动，两者的转动轴垂直空间相交于一点，方位、俯仰两个通道的运动合成可实现天线敏感轴方向的圆锥角范围内的运动。

如图6所示，上述的底座1作为伺服机构的支撑部件，底座1上具有呈一定角度且逐渐收拢的两只支架11，两只所述支架11之间形成中空结构，且方位通道主轴6架设在两支架11上端之间。两只所述的支架11顶端分别设为外圆锥面111。

俯仰通道还包含：俯仰通道电机72，其定子与俯仰通道主轴71相连；俯仰框73，借助俯仰框73上的轴承孔利用轴承和俯仰通道主轴71连接；俯仰通道测角元件74，其安装在俯仰通道电机72的外壳上。

如图7所示，上述的俯仰框73中部位置处开设有圆柱孔731，所述的圆柱孔731与支架顶端的外圆锥面111配合限制俯仰通道主轴71、方位通道主轴6的运动合成角，以此来限制合成角的最大值不超过设计值，利用“外圆锥面+圆柱孔”方式限制最大运动角度的同时，保证机构不会在极限角度卡死（参见图8）。

该装置还包含陀螺组件8和天线负载组件9，其与俯仰框73固定连接，并绕俯仰通道主轴71旋转。

两片所述的扇形齿轮4通过弹簧产生预紧力后与方位通道电机齿轮3啮合，可以实现消除齿轮间隙的作用。

该装置还包含方位通道测角元件5，其设置在底座1上的支架上。

根据不同的需求和使用条件，需要选用不同的零部件，在本例中，天线负载为直径130的平面缝隙阵列天线，方位通道电机和俯仰通道电机均为成都精密电机厂J38LYX03电机，方位通道测角元件和俯仰通道测角元件均为893厂WD203电位器，陀螺组件为中航618所XK110光纤陀螺。

综上所述，本发明一种结构简单，小型化，可安装的探测组件大，可承受的负载转动惯量大，能实现最大合成角限位功能、成本低等特点。

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 (8)

1.一种小型化天线伺服装置，其特征在于，包含：

底座；

方位通道电机，其设置在底座上；

方位通道电机齿轮，其通过方位通道电机驱动；

一对扇形齿轮，其位于底座上部，且与方位通道电机齿轮相啮合；

方位通道，其包含方位通道主轴；

俯仰通道，其包含俯仰通道主轴，其与方位通道主轴垂直；

所述的俯仰通道主轴、方位通道主轴及一对扇形齿轮连为一体，方位通道电机齿轮带动扇形齿轮转动，使得方位通道主轴和俯仰通道主轴也同步绕底座上部的孔轴线转动。

2.如权利要求1所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，所述的底座上设有两只支架，两只所述支架之间形成中空结构，且所述的方位通道主轴架设在两支架上端之间。

3.如权利要求2所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，两只所述的支架顶端分别设为外圆锥面。

4.如权利要求3所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，所述的俯仰通道还包含：

俯仰通道电机，其定子与俯仰通道主轴相连；

俯仰框，其与俯仰通道主轴相连；

俯仰通道测角元件，其安装在俯仰通道电机的外壳上。

5.如权利要求4所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，所述的俯仰框中部位置处开设有圆柱孔，所述的圆柱孔与支架顶端的外圆锥面配合限制俯仰通道主轴、方位通道主轴的运动合成角。

6.如权利要求4所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，还包含陀螺组件和天线负载组件，其与俯仰框固定连接，并绕俯仰通道主轴旋转。

7.如权利要求1所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，两片所述的扇形齿轮通过弹簧产生预紧力后与方位通道电机齿轮啮合。

8.如权利要求1-7任一项所述的小型化天线伺服装置，其特征在于，还包含方位通道测角元件，其设置在底座上的支架上。