CN106165030B - 用于机电致动器的定位系统 - Google Patents

Abstract

提供了机电致动器的轴定位系统。根据各种示例，轴定位系统包括联接到机电致动器的轴。所述轴沿着线性轴移动并且所述机电致动器在正常操作期间自由平移。电磁线圈围绕所述轴的至少一部分设置。当被施加电流时，所述电磁线圈产生磁场。金属外壳包围所述电磁线圈的至少一部分。当所述金属外壳接触第一磁体时，所述轴置于预定位置并且当所述轴置于所述预定位置时，所述机电致动器的平移运动受限制。

Description

用于机电致动器的定位系统

技术领域

本公开涉及用于机电致动器的定位系统。

背景技术

在各种机械装置中使用致动器来控制这些装置的特征和移动部件。具体地，致动器是用于控制系统、机构、装置、结构等的电机。致动器可由各种能量源进行供电并且可将所选择的能量源转换成运动。

例如，在计算机盘驱动器中使用致动器来控制读/写头的位置，通过读/写头将数据存储在盘上并且从盘读取数据。另外，在机器人中(即，在自动化工厂中)使用致动器来组装产品。致动器还操作车辆上的制动器，开关门，升降铁道门并且执行日常的许多其他任务。因此，致动器的使用范围广。

在航空领域，使用致动器来控制允许飞行器飞行的各种操纵面。例如，位于各机翼中的襟翼、扰流板和副翼中的每个都需要致动器。另外，机尾中的致动器控制飞行器的方向舵和升降舵。此外，机身中的致动器打开和关闭覆盖起落架舱的门。还使用致动器升高和降低飞行器的起落架。此外，各发动机上的致动器控制用于使飞机减速的推力换向器。

常用的致动器归为两种一般类别：液压和电力，这两种类别的差异在于用于实现移动或控制的动力。液压致动器需要承压的、不可压缩工作流体，常常是油。电力致动器使用电动机，使用电动机的轴旋转利用某种传动来产生线性位移。

尽管在飞机中广泛使用了液压致动器，但液压致动器的问题是分配和控制承压的工作流体需要用水管装置。在飞机中，产生高压工作流体的泵和按路线发送工作流体所需的水管装置添加了重量并且增加了设计复杂度，因为必须仔细铺设液压线路。另外，液压系统中可能的故障模式包括针对用于定位操纵面的伺服阀的压力故障、泄漏和电力故障。然而，液压系统的一个固有特征在于，液压飞行控制系统可使用阻尼力在已经检测到故障之后保持稳定性。

电力致动器克服了液压系统的缺点中的一些。特别地，被电能供电和控制的电力致动器只需要用电线进行操作和控制。然而，在飞机操作期间，电力致动器也会故障。例如，电动机的绕组容易因热和水而受损。另外，电机轴上的轴承磨损。固有地比液压致动器中使用的活塞和气缸更复杂的电机和负载之间的传动也容易发生故障。在电力系统和液压系统二者中，致动器的机械故障(例如，齿轮或轴承故障等)会导致致动器有机械功能损失。另外，电子系统会故障。当将通信发送到致动器的命令循环有故障时，出现一种类型的电力故障。当致动器内的电力循环(诸如，通向电机的高电力循环)故障时，出现另一种类型的电力故障。

当在飞行器设计中愈来愈多地使用电子致动器系统时，需要有应对这些系统的可能故障模式的新方法。在这些系统中需要故障-容差(即，遭受一个或更多个部件故障或失效仍保持工作的能力)。因为电子飞行控制系统没有可用于阻尼的液压流体，所以需要倘若有故障就可使用的替代故障安全系统。

发明内容

提供了轴定位系统的各种示例，轴定位系统在主系统故障时可用作机电致动器的辅助故障-安全系统。根据各种示例，定位系统包括与机电致动器联接的轴。所述轴沿着线性轴移动并且所述机电致动器在正常操作期间自由平移。电磁线圈被设置成包围所述轴的至少一部分。当施加电流时，所述电磁线圈生成磁场。金属外壳包围所述电磁线圈的至少一部分。当所述金属外壳接触第一磁体时，所述轴置于预定位置并且当所述轴置于所述预定位置时，所述机电致动器的平移运动受限制。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述轴定位系统还包括联接到所述轴的弹簧。当向所述电磁线圈施加电流时，所述弹簧将所述轴保持在回缩位置。当施加所述电流时，所述电磁线圈排斥所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳吸引到所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面所述轴定位系统还包括第二磁体。所述第二磁体具有比所述第一磁体弱的磁场。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当向所述电磁线圈施加所述电流时，所述金属外壳接触所述第二磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳接触所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述机电致动器是线性致动器。当所述轴移动到所述预定位置时，所述轴与所述线性致动器的凸缘接合。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述轴是旋转致动器的部分。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述轴定位系统还包括定中凸轮和锁定凸轮。当所述轴处于所述预定位置时，所述定中凸轮和所述锁定凸轮接合。当所述轴处于回缩位置时，所述定中凸轮和所述锁定凸轮脱离。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，在电力故障期间，所述轴移动到所述预定位置。

根据各种示例，一种机构包括飞行控制计算机系统、具有轴的平移轴、将所述平移轴沿着所述轴移动的机电致动器和轴定位系统。所述机电致动器与所述飞行控制计算机通信连接。所述轴定位系统包括与所述机电致动器联接的轴。所述轴沿着线性轴移动并且所述机电致动器在正常操作期间自由平移。所述轴定位系统还包括包围所述轴的至少一部分设置的电磁线圈。当施加电流时，所述电磁线圈生成磁场。金属外壳包围所述电磁线圈。另外，所述轴定位系统包括第一磁体。当所述金属外壳接触第一磁体时，所述轴置于预定位置并且当所述轴置于所述预定位置时，所述平移轴和所述机电致动器的平移运动受限制。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述机构还包括联接到所述轴的弹簧。当向所述电磁线圈施加电流时，所述弹簧将所述轴保持在回缩位置。当施加所述电流时，所述电磁线圈排斥所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳吸引到所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，设备还包括第二磁体。所述第二磁体具有比所述第一磁体弱的磁场。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当向所述电磁线圈施加所述电流时，所述金属外壳接触所述第二磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳接触所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述机电致动器是线性致动器。当所述轴移动到所述预定位置时，所述轴与所述线性致动器的凸缘接合。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述轴是旋转致动器的部分。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，设备包括定中凸轮和锁定凸轮。当所述轴处于所述预定位置时，所述定中凸轮和所述锁定凸轮接合。当所述轴处于回缩位置时，所述定中凸轮和所述锁定凸轮脱离。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，在电力故障期间，所述轴移动到所述预定位置。

根据各种示例，一种方法包括：使用机电致动器来驱动轴，其中，所述机电致动器在正常操作期间自由平移；向所述电磁线圈施加电流，以产生磁场改变，其中，所述电磁线圈围绕所述轴的至少一部分设置并且至少部分地被金属外壳包围，其中，所述轴响应于所述磁场改变而移动；以及当所述轴置于预定位置时，限制所述机电致动器的平移运动，其中，当所述金属外壳接触第一磁体时，所述轴置于所述预定位置。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述方法包括：当向所述电磁线圈施加所述电流时，弹簧将所述轴保持在回缩位置，并且其中当施加所述电流时，所述电磁线圈排斥所述第一磁体。

在可包括之前和/或之后示例和方面中的任一个的主题的至少一部分的一个方面，所述方法包括：当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳吸引到所述第一磁体。

以下，进一步参照附图描述这些和其他实施方式。

附图说明

图1A至图1B是按照一些实施方式的使用针对机电线性制动器的电磁力和弹簧力的定位系统的图解表示。

图2A至图2B是按照一些实施方式的使用针对机电线性制动器的电磁力和弹簧力的替代定位系统的图解表示。

图3A至图3B是按照一些实施方式的使用针对机电线性制动器的电磁力和弹簧力的定位系统的图解表示。

图4A至图4B是按照一些实施方式的与机电线性制动器一起使用的定位系统的图解表示。

图5A至图5B是按照一些实施方式的使用针对机电旋转致动器的电磁力和弹簧力的定位系统的图解表示。

图6A至图6B是按照一些实施方式的使用针对机电旋转致动器的电磁力和磁力的定位系统的图解表示。

图7A至图7B是按照一些实施方式的与机电旋转致动器一起使用的定位系统的图解表示。

图8是按照一些实施方式的飞行器飞行控制系统的图解表示。

图9A是按照一些实施方式的反映从制造的早期阶段到进入服务的飞行器生命周期中的关键操作的处理流程图。

图9B是示出按照一些实施方式的飞行器的各种关键部件的框图。

具体实施方式

在下面的描述中，为了提供对所提出构思的彻底理解，阐述许多具体细节。可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下，实践所提出的构思。在其他情形下，没有详细地描述熟知的处理操作，从而没有不必要地混淆所描述的构思。虽然将结合具体实施方式描述一些构思，但应该理解，这些实施方式不旨在是限制。

介绍

因为在飞行器设计中愈来愈多地使用机电致动器系统，所以需要用新方法来应对这些系统的可能故障模式。在这些系统中，需要故障-容差(即，遭受一个或更多个部件故障或失效仍保持工作的能力)。因为电子飞行控制系统没有可用于阻尼的液压流体，所以需要倘若有故障可使用的替代故障安全系统。

即使在致动系统出现故障之后，主飞行控制系统也需要操纵面是稳定的。在有主飞行控制系统故障的情况下，操纵面必须通过保持足够的衰减或锁定就位来持续稳定。如果操纵面没有受阻或锁定，则操纵面会变得不稳定，从而导致机翼无法适宜地发挥作用。

提出了被设计成倘若主飞行控制致动系统有故障就稳定主飞行操纵面的各种机制。特别地，各种示例提供了若主驱动系统故障就定位并且保持飞行操纵面从而提供飞行操纵面的稳定性的辅助故障-安全系统。具体地，定位系统包括根据各种示例的用于定位和固定机电致动器的电磁线圈。在电力故障、切断电力或者机械故障的情况下，定位系统将机电致动器返回预定位置(诸如，已知位置或空挡位置)。另外，根据各种实施方式，定位系统可在被置于预定位置之后，将其本身自动地重置到操作位置。

尽管所描述的各种示例涉及将机电致动器的定位系统与飞行器设计一起使用，但定位系统可与各种机械装置和车辆一起使用。例如，定位系统可用在商用飞机、军用飞机、旋翼机、运载火箭、航天器/卫星等中。此外，定位系统可用在运输工具引导控制系统中。另外，定位系统可用在各种装置中，诸如但不限于机器人、陆地运输工具、轨道运输工作、闸门、门等。

系统示例

提出了提供当主系统故障时可用作辅助故障-安全系统的机电轴定位系统的各种机制。参照图1A至图1B，示出按照一些实施方式的用于机电线性致动器的轴定位系统的图解表示。特别地，图1A中的定位系统被示出处于回缩位置并且图1B中的定位系统被示出处于伸长位置。轴定位系统100组合使用电磁力和机械弹簧力，以操作可用于将机电致动器(未示出)移动到预定位置(诸如，中性或中心位置)的轴103。针对图4A至图4B和图8更详细地描述轴定位系统的应用。

在图1A中示出的示例中，定位系统100包括外壳101、轴103、弹簧105、磁体107、金属外壳109和电磁线圈111。弹簧105可以是任何类型的机械弹簧(诸如，一组贝氏垫圈(Belleville washer)、囊式弹簧等)。当向电磁线圈111供应电流时，所生成的电磁场致使电磁线圈111排斥磁体107。当电磁线圈111排斥磁体107时，轴103回缩并且压缩机械弹簧105。在这种构造中，弹簧105通过电磁线圈111的操作而平衡。如所示出的，只要向电磁线圈111供应电流，轴就保持回缩位置。

在正常断电、电力故障、或机械故障时，弹簧105将轴103向着磁体107伸展和推动，如图1B中所示。金属外壳109被吸引到磁体107并且附于磁体107，从而将轴103移动到预定位置并且进行稳定。

在本实施方式中，定位系统100组合使用电磁力和机械弹簧力，以操作轴103将机电致动器调节至预定位置。例如，可在电力故障的情况下使用轴103，以在飞行期间精确地将操纵面或转子叶片的机电致动器返回安全位置，或者将操纵面或转子叶片返回已知位置。另外，定位系统100可将机电致动器驱动到预定位置并且将机电致动器和轴103磁性地锁定于特定位置。如针对图4A至图4B更详细描述的，当机电致动器移动并且锁定于预定位置时被稳定，使得机电致动器的移动被减少并且被抵抗。

在本实施方式中，一旦不再需要伸长位置，就可将定位系统100重置成回缩位置。特别地，电流可被提供到电磁线圈111，使得它排斥磁体107。可打破金属外壳109之间的吸引并且电磁线圈111可再次排斥磁体107，诸如以致使轴103压缩弹簧105。以此方式，可控制轴103的位置并且根据供应到电磁线圈111的电流的量和方向进行自动重置。

参照图2A至图2B，示出机电线性致动器的定位系统的替代实施方式。特别地，图2A描绘处于回缩位置的定位系统并且图2B描绘处于伸长位置的定位系统。轴定位系统200组合使用电磁力和机械弹簧力，以操作可用于将机电致动器(未示出)移动到预定位置(诸如，中性或中心位置)的轴203。针对图4A至图4B和图8更详细地描述轴定位系统的应用。

在本实施方式中，定位系统200包括外壳201、轴203、弹簧205、磁体207、金属外壳209、电磁线圈211和弹簧外壳213。弹簧205可以是任何类型的机械弹簧(诸如，一组贝氏垫圈、囊式弹簧等)。如图2A中所示，弹簧205保持轴203处于回缩位置。具体地，允许弹簧完全延伸并且保持弹簧外壳213离开磁体207。当在一个方向上向电磁线圈211施加电流时，由于电流感生出的磁力，导致弹簧外壳213被吸引到磁体207。

如图2B中所示，弹簧外壳213随后将其自身附于磁体207，并且通过弹簧外壳213和磁体207之间的吸引力，将轴203推到伸长位置并且保持就位。一旦弹簧外壳213附于磁体207，电流就可被切断。随后，在没有施加任何电流的情况下，由于磁体和弹簧外壳之间的吸引力，导致轴203保持这个伸长位置。

根据各种实施方式，一旦不再需要伸长位置，就可将定位系统200重置成回缩位置。具体地，为了将轴返回回缩位置，可通过电磁线圈211，在与施加电流以将磁体207吸引到弹簧外壳213时相反的方向上使电流脉动。通过以此方式使电流脉动通过电磁线圈211，弹簧外壳213可脱离磁体207并且开始排斥磁体207。一旦允许弹簧205伸展从而保持弹簧外壳213离开磁体207，就不需要向电磁线圈211施加更多电流。在本实施方式中，如果出现电力故障、正常断电、或机械故障，则将需要用辅助电力源将轴203返回伸长位置。

参照图3A至图3B，示出机电线性致动器的定位系统的另一个实施方式。特别地，图3A描绘处于回缩位置的定位系统并且图3B描绘处于伸长位置的定位系统。轴定位系统300组合使用电磁力和磁力，以操作可用于将机电致动器(未示出)移动到预定位置(诸如，中性或中心位置)的轴303。针对图4A至图4B和图8更详细地描述轴定位系统的应用。

在本实施方式中，定位系统300包括外壳301、轴303、弱磁体305、强磁体307、金属外壳309、和电磁线圈311。如图3A至图3B中所示，定位系统300使用两组磁体将轴303在回缩位置和伸长位置之间移动。为了保持轴303处于图3A中描绘的回缩位置，电流必须连续流过电磁线圈311，以将它吸引到弱磁体305并且使它排斥强磁体307。尽管必须向电磁线圈311连续施加电流将轴303保持在这个位置，但金属外壳309附于弱磁体305，使得轴303被稳定在这个位置并且限于极小或可忽略的移动。

为了将轴303移动到伸长位置，电流必须瞬时反转通过电磁线圈311，使得金属外壳309将与弱磁体305断开。一旦金属外壳309与弱磁体305断开，金属外壳309就将吸引到强磁体307，因为强磁体307将对金属外壳309具有更强的磁引力。一旦金属外壳309已经附于强磁体307，随后就断开电流，因为强磁体307将保持轴303就位。

倘若电力故障、机械故障、或正常断电，电磁线圈311将不再被磁化并且金属外壳309将自动吸引到弱磁体305和强磁体307中较强的那个。一旦金属外壳309附于强磁体307，轴303就固定在伸长位置。在一些示例中，可使用这个伸长位置来定位和固定机电致动器。针对图4A至图4B和图8更详细地描述轴定位系统的应用。

在本实施方式中，一旦不再需要伸长位置，就可将定位系统300重置成回缩位置。特别地，可向电磁线圈111提供电流，使得电磁线圈111排斥强磁体307。可打破金属外壳309和强磁体307之间的吸引并且电磁线圈311可再次排斥强磁体307，诸如以致使轴303向着弱磁体305移动。一旦金属外壳309到达弱磁体305，金属外壳309就附于弱磁体305并且在施加电流时保持就位。以此方式，可根据供应到电磁线圈311的电流的量和方向，自动地控制和重置轴303的位置。

参照图4A至图4B，示出按照一些实施方式的与机电线性致动器一起使用的定位系统的图解表示。如所示出的，四个定位系统401位于外壳400内。平移轴403穿过外壳400并且包括凸缘405。凸缘405如所示出地在一些示例中可从平移轴403的两侧伸出，并且可在其他示例中形成包围平移轴的环或其他形状。平移轴403可在其纵轴方向上在定位系统401的回缩轴之间往复或平移407。这个平移轴403可以是在正常操作期间对平移407提供控制的另一个机械系统或致动器的部分。根据应用，在一些示例中，平移可在大约1/2英寸的范围内，在其他示例中，在5英寸至10英寸的范围内，或者根据平移轴403在机械装置或致动器内如何使用而处于任何其他距离。

在本实施方式中，当主系统故障时，定位系统401用作辅助故障-安全系统。特别地，可通过作为主系统的部分的致动器(未示出)来控制平移轴403的运动。在正常致动器操作期间，定位系统的轴保持在回缩位置，如所示出的。以上，针对图1A至图1B、图2A至图2B和图3A至图3B描述可保持回缩位置和伸长位置的定位系统的示例。在本实施方式中，示出定位系统，如同结合图3A至图3B描述的定位系统。然而，可使用之前描述的定位系统中的任一个以类似方式固定平移轴403。

在定位系统401的轴回缩时，平移轴403通过正常冲程自由移动，而不受定位系统的轴的干扰。然而，在电力故障、机械故障、或正常断电期间，定位系统的轴移动到伸长位置并且抵着平移轴的凸缘405向上推动。在一些示例中，定位系统的轴将平移轴403驱动至预定位置(诸如，中心位置或中性位置)，并且保持这个位置，如图4B中所示。

一旦系统已经完成其稳定平移轴403的任务并且不再需要这种构造，定位系统401就可返回回缩位置，如以上针对图1A至图1B、图2A至图2B和图3A至图3B更详细描述的。定位系统的轴可恢复其原始位置，并且可在今后操作期间，连同作为故障-安全系统的主致动器再次使用定位系统401。如上所述，可在主致动器或系统故障期间，启动定位系统401。然而，在一些示例中，可在其他时间(诸如，在飞行期间)使用定位系统，以将致动器的轴固定在预定位置。如以上说明的，可通过向定位系统401提供电流，将系统自动在回缩位置和伸长位置之间移动。

在图4B中示出的示例中，平移轴403保持在作为其预定位置的中心位置。定位系统的轴限制致动器的移动并且将平移轴403返回预定位置。在一些实施方式中，定位系统的轴可被预先定位，以当定位系统的轴处于伸长位置时控制平移轴403将终止于什么位置。在其他示例中，可调节定位系统的轴的长度，以适应特定的预定位置。在一些示例中，预定位置可以是实现最佳空气动力系统诸如以减小拖拽力等的中性位置。在其他示例中，可期望有不同的预定位置。在一些示例中，定位系统的轴的数量可酌情变化，以定位平移轴403，例如，平移轴403每侧一个、两个、三个、四个或更多个定位系统的轴，或平移轴403每侧不相等数量的定位系统的轴。

参照图5A至图5B，示出按照一些实施方式的机电旋转致动器的轴定位系统的图解表示。特别地，图5A中的定位系统被示出为处于回缩的未锁定位置，图5B中的定位系统被示出为处于伸长的锁定位置。轴定位系统500组合使用电磁力和机械弹簧力，以将轴503、锁定凸轮513和传动凸轮515相对于彼此进行操作，以便将机电致动器(未示出)移动到预定位置(诸如，中性或中心位置)。例如，轴503可以是致动器的部分或者可以是致动器的延伸。另外，在各种示例中，轴503可带螺纹，并且在一些示例中，轴503可包括滚子螺杆或滚珠螺杆移动。

在本实施方式中，定位系统500集成应用弹簧的电子离合器和制动器的电子功能和机械功能，以生成倘若断电、机械故障、或系统失效就将允许机电致动器被命令或机械或电子驱动到锁定预定位置的旋转运动。在一个示例中，可在飞行器中使用定位系统，使得一旦系统机械锁定以抵抗物品(诸如，转子叶片)的致动器移动，飞行器就可用所有飞行控制权限继续飞行，同时在这个锁定位置不可以主动控制叶片扭转。

在图5A中示出的示例中，定位系统500包括外壳501、轴503、弹簧505、磁体507、金属外壳509、电磁线圈511、锁定凸轮513和传动凸轮515。弹簧505可以是任何类型的机械弹簧(诸如，一组贝氏垫圈、囊式弹簧等)。当向电磁线圈511供应电流时，所生成的电磁场致使电磁线圈511排斥磁体507。当电磁线圈511排斥磁体507时，轴503回缩并且压缩机械弹簧505。在这种构造中，弹簧505通过电磁线圈511的操作而平衡。如所示出的，只要向电磁线圈511供应电流，轴就保持回缩位置。

在正常断电、电力故障、或机械故障时，弹簧505将轴503(可借助螺纹、滚子螺杆、滚珠螺杆等)和传动凸轮515伸展并且推动到伸长位置，直到金属外壳509附于磁体507，如图5B中所示。当金属外壳509附于磁体507时，传动凸轮515接合锁定凸轮513并且随后通过锁定机构和金属外壳509附于磁体507，将轴513稳定在预定位置。

在本实施方式中，定位系统500组合使用电磁力和机械弹簧力，以操作轴503和传动凸轮515，将旋转机电致动器驱动到预定位置。例如，可在电力故障的情况下使用定位系统500，以在飞行期间精确地将操纵面或转子叶片的机电致动器返回安全位置，或者将操纵面或转子叶片返回已知位置。另外，定位系统500集成电磁体和机械弹簧的功能，将机电致动器驱动到预定位置并且将轴103机械和磁性锁定到特定位置。当被锁定时，一旦轴503被置于预定位置，轴503就抵抗旋转机电致动器的移动。一旦定位系统500处于锁定位置，就可从系统去除电力。

根据各种实施方式，定位系统500用传动凸轮515提供选择性锁定和解锁轴503进而附接的致动器的移动的能力。特别地，一旦不再需要锁定/伸长位置，就可将定位系统100重置成未锁定/回缩位置。特别地，电流可被提供到电磁线圈511，使得它排斥磁体507。可打破金属外壳509之间的吸引并且电磁线圈511可再次排斥磁体507，诸如以致使传动凸轮515背离锁定凸轮513移动并且致使轴503压缩弹簧505。在这个未锁定位置，轴503可自由旋转。以此方式，可控制轴503的移动、定位和锁定并且根据供应到电磁线圈511的电流的量和方向进行自动重置。

参照图6A至图6B，示出按照一些实施方式的机电旋转致动器的轴定位系统的图解表示。特别地，图6A中的定位系统被示出处于回缩、未锁定位置并且图6B中的定位系统被示出为处于伸长、锁定位置。轴定位系统600组合使用电磁力和磁力，以将轴603、锁定凸轮613和传动凸轮615相对于彼此操作，诸如以将机电致动器(未示出)移动到预定位置(诸如，中性或中心位置)。例如，轴603可以是致动器的部分或者可以是致动器的延伸。另外，在各种示例中，轴603可带螺纹，并且在一些示例中，轴603可包括滚子螺杆或滚珠螺杆移动。

在本实施方式中，定位系统600集成应用弹簧的电子离合器和制动器的电子功能和机械功能，以生成倘若断电、机械故障、或系统失效就将允许机电致动器被命令或机械或电子驱动到锁定预定位置的旋转运动。在一个示例中，可在飞行器中使用定位系统，使得一旦系统机械锁定以抵抗物品(诸如，转子叶片)的致动器移动，飞行器就可用所有飞行控制权限继续飞行，同时在这个锁定位置不可以主动控制叶片扭转。

在图6A中示出的示例中，定位系统600包括外壳601、轴603、弱磁体605、强磁体607、金属外壳609、电磁线圈611、锁定凸轮613和传动凸轮615。如图6A至图6B中所示，定位系统600使用两组磁体将轴603在未锁定/回缩位置和锁定/伸长位置之间移动。为了保持轴603处于图6A中描绘的回缩位置，电流必须连续流过电磁线圈611，以将它吸引到弱磁体605并且使它排斥强磁体607。尽管必须向电磁线圈611连续施加电流将轴603保持在这个位置，但金属外壳609附于弱磁体605，使得轴603和传动凸轮615被稳定在这个位置。在一些实施方式中，当轴603处于这个位置时，附于定位系统600的致动器自由旋转并且可进行移动，不受定位系统600的干扰。

为了将轴603和传动凸轮615移动到伸长位置，电流必须瞬时反转通过电磁线圈611，使得金属外壳609将与弱磁体605断开。一旦金属外壳609与弱磁体605断开，金属外壳609就将吸引到强磁体607，因为强磁体607将对金属外壳609具有更强的磁引力。一旦金属外壳609已经附于强磁体607，随后就可断开电流，因为强磁体607将保持轴303就位。

倘若电力故障、机械故障、或正常断电，电磁线圈611将不再被磁化并且金属外壳609将自动吸引到弱磁体605和强磁体607中较强的那个。一旦金属外壳609附于强磁体607，轴603就在金属外壳609附于强磁体607的情况下固定在伸长位置，如图6B中所示。当金属外壳附于强磁体607时，传动凸轮615接合锁定凸轮613，然后通过锁定机构和金属外壳609附于磁体607，将锁定凸轮613和轴603稳定在预定位置。

在本实施方式中，定位系统600组合使用电磁力和磁力，以操作轴603和传动凸轮615，将旋转机电致动器驱动到预定位置。例如，可在电力故障的情况下使用定位系统600，以在飞行期间精确地将操纵面或转子叶片的旋转机电致动器返回安全位置，或者将操纵面或转子叶片返回已知位置。另外，定位系统600集成电磁体和磁体的功能，将机电致动器驱动到预定位置并且将轴603机械和磁性锁定于特定位置。当被锁定时，一旦轴603被置于预定位置，轴603就抵抗旋转机电致动器的移动。一旦定位系统600处于锁定位置，就可从系统去除电力。

根据各种实施方式，定位系统600用传动凸轮615提供选择性锁定和解锁轴603进而附接的致动器的移动的能力。特别地，一旦不再需要锁定/伸长位置，就可将定位系统600重置成未锁定/回缩位置。特别地，电流可被提供到电磁线圈611，使得它排斥强磁体607。可打破金属外壳609和强磁体607之间的吸引并且电磁线圈611可再次排斥强磁体607，诸如以致使轴603向着弱磁体605移动。一旦金属外壳609到达弱磁体605，它就附于弱磁体605并且在施加电流的同时保持就位。以此方式，可控制轴603和传动凸轮615的位置并且根据供应到电磁线圈611的电流的量和方向进行自动重置。

参照图7A至图7B，示出与机电旋转致动器一起使用的定位系统的一个示例。在本实施方式中，机电旋转致动器700被示出为安装有定位系统。定位系统包括轴703、电磁线圈711、锁定凸轮713和传动凸轮715。平移轴703可在正常操作期间沿着其纵轴自由地平移。根据应用，在一些示例中，平移可在大约1/2英寸的范围内，在其他示例中，在5英寸至10英寸的范围内，或者根据平移轴703如何使用而处于任何其他距离。

在本实施方式中，当主系统故障时，定位系统用作辅助故障-安全系统。特别地，可通过作为主系统的部分的致动器来控制平移轴703的运动。在正常致动器操作期间，定位系统的轴保持在未锁定、回缩位置，如所示出的。以上针对图5A至图5B和图6A至图6B描述可保持未锁定/回缩位置和锁定/伸长位置的定位系统的示例。如所示出的，锁定凸轮713和传动凸轮715在未锁定/回缩位置期间不接合。然而，在电力故障期间、机械故障、或正常断电期间，定位系统移动到伸长位置并且锁定凸轮713和传动凸轮715接合，以锁定轴703的旋转和轴向移动。在一些示例中，定位系统将平移轴703驱动至预定位置(诸如，中心位置或中性位置)。

一旦系统已经完成其稳定平移轴703的任务并且不再需要这种构造，定位系统就可返回未锁定/回缩位置，如以上针对图5A至图5B和图6A至图6B更详细描述的。定位系统的轴可恢复其原始位置，并且主致动器可重新开始自由移动。如上所述，可在主致动器或系统故障期间，启动定位系统。然而，在一些示例中，可在其他时间(诸如，在飞行期间)使用定位系统，以将致动器的轴固定在预定位置。在一些示例中，预定位置可以是实现最佳空气动力系统诸如以减小拖拽力等的中性位置。在其他示例中，可期望有不同的预定位置。如以上说明的，可通过向系统提供电流，将定位系统自动在未锁定/回缩位置和锁定/伸长位置之间移动。

操作示例

根据各种实施方式，可使用定位系统(以上更充分地描述其示例)作为当主系统故障时的辅助故障-安全系统。特别地，可使用此定位系统应对倘若电力故障、切断电力、或机械故障就将机电致动器返回已知或中性位置的挑战。参照图8，示出按照一些实施方式的飞行器飞行控制系统的图解表示。在特定实施方式中，可在飞行器控制系统中使用定位系统。具体地，可使用定位系统作为当主致动器故障时的辅助故障-安全系统。

熟知的是，飞行器(为了清晰起见未示出，但本领域熟知)具有附于机身的机翼。机翼中的操纵面控制爬升和下降的速率，还有其他。附于机身后部的机尾部分提供转向和可操作性。发动机提供推力并且可附于飞机的机翼、机尾或机身。由于飞行器结构是熟知的，为了简化起见，这里省略了它们的图示。各种制动器控制机翼、机尾、起落架、起落架舱、发动机推力换向器等中的飞行操纵面的移动。

在本实施方式中，示出操纵面815的一个示例。在这个示例中，平移轴809联接到飞行器的操纵面815的枢转点813。在箭头811所指示的方向的平移轴809的移动仅仅是主致动器803可致使操纵面(例如，扰流板、襟翼、升降舵、方向舵或副翼)移动，从而控制飞行器。类似的平移可控制其他飞行操纵面、机身门、起落架、推力换向器等。

根据本实施方式，飞行控制计算机系统801电连接到均位于外壳807中的主致动器803和定位系统805。在一些示例中，主致动器803可以是电动的线性致动器。在其他示例中，主致动器803可以是机电旋转致动器。在正常操作期间主致动器803控制平移轴809的移动。定位系统805通常在主致动器803故障期间启动。因此，定位系统805不干扰主致动器803或平移轴809在正常操作期间的移动。另外，主致动器803可在定位系统805不被触发或启动的情况下针对许多重复使用进行操作。另外，在各种示例中，通过使用定位系统在诸如电力故障、机械故障或正常断电期间控制机电致动器，允许飞行控制计算机801一直知道机电致动器的位置，使得可预测飞行器的飞行性能。

飞行器的示例

现在，将描述图9A中示出的飞行器制造和服务方法900和图9B中示出的飞行器930，以更好地示出本文中提出的处理和系统的各种特征。在预制造期间，飞行器制造和服务方法900可包括飞行器930的规格和设计902和材料采购904。制造阶段涉及飞行器930的部件和子组件制造906和系统整合908。此后，飞行器930可经过认证和交付910，以进入服务912。当由顾客处于服务中时，安排对飞行器930进行常规维护和服务914(还可包括改装、重构、翻新等)。尽管可在商用飞行器的制造阶段期间实现本文中描述的实施方式，但这些实施方式可在飞行器制造和服务方法900的其他阶段实践。

可由系统整合商、第三方和/或运营商(例如，顾客)执行或进行飞行器制造和服务方法900的各过程。出于进行此描述的目的，系统整合商可包括(而不限于)任何数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可包括例如(而不限于)任何数量的售卖方、分包商和供应商；运营商可以是航空公司、租赁公司、军事单位、服务组织等。

如图9B中所示，通过飞行器制造和服务方法900制造的飞行器930可包括机身932、内部822和多个系统934。系统934的示例包括推进系统938、电子系统940、液压系统942和环境系统944中的一个或更多个。在这个示例中，可包括任何数量的其他系统。尽管示出了飞行器示例，但本公开的原理可应用于其他行业(诸如，汽车行业)。

可在飞行器制造和服务方法900的任何一个或更多个阶段期间采用本文中实施的设备和方法。例如，而不限于，可按飞行器930在服务中时产生的部件或子组件类似的方式，构造或制造与部件和子组件制造906对应的部件或子组件。

另外，例如，而不限于，通过相当大程度地迅速完成组装飞行器930或降低飞行器930的成本，可在部件和子组件制造906和系统整合908期间利用一个或更多个设备实施方式、方法实施方式、或其组合。类似地，当飞行器930在服务中时，例如而不限制于维护和服务914时，可以利用设备实施方式、方法实施方式、或其组合中的一个或更多个，可在系统整合908期间使用，以确定这些部件是否可连接和/或彼此配合。

结论

尽管出于清楚理解的目的用一些细节描述了以上构思，但应该理解，可在随附权利要去书的范围内实践某些改变和修改。应该注意，存在许多实现处理、系统和设备的替代方式。因此，当前实施方式将被视为是例证性的而非限制性的。

Claims (13)

1.一种轴定位系统，该轴定位系统包括：

轴，其联接到机电致动器，其中，所述轴沿着线性轴移动，其中，所述机电致动器在正常操作期间自由平移；

电磁线圈，其围绕所述轴的至少一部分设置，其中，当电流被施加时，所述电磁线圈产生磁场；

金属外壳，其包围所述电磁线圈的至少一部分；

第一磁体，其中，当所述金属外壳接触所述第一磁体时，所述轴置于预定位置，其中，当所述轴置于所述预定位置时，所述机电致动器的平移运动受限制；

传动凸轮；以及

锁定凸轮，

其中，当所述轴处于伸长位置时，所述传动凸轮和所述锁定凸轮接合，从而将所述轴锁定在所述预定位置并且防止所述轴的旋转和轴向移动，

其中，当所述轴处于回缩位置时，所述传动凸轮和所述锁定凸轮脱离。

2.根据权利要求1所述的轴定位系统，所述轴定位系统还包括联接到所述轴的弹簧，其中，当向所述电磁线圈施加电流时，所述弹簧将所述轴保持在所述回缩位置，并且其中，当施加所述电流时，所述电磁线圈排斥所述第一磁体。

3.根据权利要求2所述的轴定位系统，其中，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳吸引到所述第一磁体。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴定位系统，所述轴定位系统还包括第二磁体，其中，所述第二磁体具有比所述第一磁体弱的磁场。

5.根据权利要求4所述的轴定位系统，其中，当向所述电磁线圈施加所述电流时，所述金属外壳接触所述第二磁体。

6.根据权利要求4所述的轴定位系统，其中，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳接触所述第一磁体。

7.根据权利要求1所述的轴定位系统，其中，所述机电致动器是线性致动器，并且其中，当所述轴移动到所述预定位置时，所述轴与所述线性致动器的凸缘接合。

8.根据权利要求1所述的轴定位系统，其中，所述轴是旋转致动器的部分。

9.根据权利要求1-3、5-8中的任一项所述的轴定位系统，其中，在电力故障期间，所述轴移动到所述预定位置。

10.一种设备，该设备包括：

权利要求1至9中的任一项的轴定位系统；

飞行控制计算机系统；

其中，所述机电致动器与所述飞行控制计算机通信连接。

11.一种方法，该方法包括：

使用机电致动器来驱动轴，其中，所述机电致动器在正常操作期间自由平移；

向电磁线圈施加电流，以产生磁场改变，其中，所述电磁线圈围绕所述轴的至少一部分设置并且至少部分地被金属外壳包围，其中，所述轴响应于所述磁场改变而移动；以及

当所述轴置于预定位置时，限制所述机电致动器的平移运动，其中，当所述金属外壳接触第一磁体时，所述轴置于所述预定位置，

其中，当所述轴处于伸长位置时，传动凸轮和锁定凸轮接合，从而将所述轴锁定在所述预定位置并且防止所述轴的旋转和轴向移动，

其中，当所述轴处于回缩位置时，所述传动凸轮和所述锁定凸轮脱离。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，当向所述电磁线圈施加所述电流时，弹簧将所述轴保持在所述回缩位置，并且其中，当施加所述电流时，所述电磁线圈排斥所述第一磁体。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，当没有向所述电磁线圈施加电流时，所述金属外壳吸引到所述第一磁体。