CN106507758B - 一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种输出为旋转运动的高集成电动舵机，具体涉及一种用于舵面控制等的结构紧凑、小型化、快响应、自带锁旋转运动电动舵机。目的在于解决舵机系统没有自锁、精度较差、动态特性较低等问题。本发明包括电机磁粉制动器(1)、电机(2)、谐波减速器(3)、谐波减速器输出端锥齿轮副(4)、电机轴锁紧螺母(6)、壳体(7)、角接触轴承(12)、输出轴(14)；其中，舵机整体结构L型布局设计，电机磁粉制动器(1)与电机(2)连接，电机(2)与谐波减速器(3)连接，电机输出轴通过电机轴锁紧螺母(6)与谐波减速器(3)的波发生器相连。本发明具有如下的优点：(1)结构紧凑；(2)快响应；(3)自带锁；(4)高精度。

Description

一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机

技术领域

本发明属于一种输出为旋转运动的高集成电动舵机，具体涉及一种用于舵面控制等的结构紧凑、小型化、快响应、自带锁旋转运动电动舵机。

背景技术

伺服系统是导弹姿控系统的重要分系统。目前多数导弹采用液压伺服系统方案，具有出力大、动态响应快的优点，但同时存在漏油不易维护的缺点。

而电动伺服系统具有高可靠性、维护方便的特点，但由于受电机磁饱和和温升的限制，电机输出力矩有限，其力矩-惯量比小，难以满足伺服系统快速高动态响应要求。另外，传统电动舵机的结构如图1所示，采用电机先与锥齿轮相连，再通过谐波减速器减速增矩，最终驱动负载的方案；由于谐波减速器直接驱动负载，工作过程中变形较大，所以传统电动舵机存在没有自锁、系统精度较差、动态特性较低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，解决系统没有自锁、精度较差、动态特性较低等问题。

本发明是这样实现的：一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，包括：壳体以及安装在壳体内部，并且顺序连接的电机、谐波减速器、谐波减速器输出端锥齿轮副、舵机输出轴上锥齿轮、舵机输出轴；其中，舵机整体结构L型布局设计，电机的输出轴通过锁紧螺母与谐波减速器的波发生器相连；谐波减速器输出端锥齿轮副安装在谐波减速器的输出轴上，谐波减速器输出端锥齿轮副与舵机输出轴上锥齿轮齿接，两个齿轮的中心轴线成90°，舵机输出轴上锥齿轮与舵机输出轴固定相连。

如上所述的一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，其中，所述的电动舵机还包括：角位移传感器，角位移传感器安装在舵机壳体上，其输出转轴通过压紧弹簧、输出轴锁紧螺母固定在舵机输出轴上，与舵机输出轴同向转动。

如上所述的一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，其中，所述的电动舵机还包括：电机磁粉制动器，电机磁粉制动器通过4个安装螺栓与电机连接。

本发明采用电机转子与电磁制动器同轴设计，电机先与谐波减速器直接相连，谐波减速器输出轴直接与锥齿轮连接，改变传动方向。通过谐波减速器，折算到电机上的惯量减小，齿轮副直接与负载轴相连，可以提高连接刚度；经过齿轮减速后，施加在谐波减速器上的负载力矩同比减小，谐波减速器效率有所提高，进而系统精度有所提高。

与传统电动舵机相比能够提高精度的原理为：假设负载力矩为aNm，传统方案是采用电机先与锥齿轮相连，再通过谐波减速器减速增矩，最终驱动负载。谐波减速器直接驱动负载，则谐波减速器的变形量为a/k(k代表谐波减速器的谐波刚度)；而改为本发明所述的方案中的谐波减速器先与锥齿轮相连、再与负载连接的方法后，其变形量为a/ik(i为齿轮减速比)，常用的舵机布局中i均大于3，所以变形量将减为原方案的1/3以下，这样就能够大大提高系统精度及响应特性。

除了精度大幅度提高以外，本发明还具有如下优点：

(1)结构紧凑；

采取L型布局方案，适应了细长小型化的安装空间。

(2)快响应；

高压电机使电机惯量降低，电机输出与大减速比谐波减速器直联，使折算的系统惯量降低，系统动态特性明显提高。

(3)自带锁；

采用磁粉制动器实现对电机转轴的锁紧，在导弹主动段飞行时起到锁紧舵面的作用。

附图说明

图1是传统电动舵机结构示意图；

图2是本发明所述一种小型化、快响应、自带锁电动舵机结构示意图。

图中，1、电机磁粉制动器，2、直流电机，3、谐波减速器，4、谐波减速器输出端锥齿轮，5、角位移传感器，6、电机轴锁紧螺母，7、壳体，8、向心支撑轴承，9、输出轴锁紧螺母，10、压紧弹簧，11、导向套，14、舵机输出轴，15、舵机输出轴上锥齿轮。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来对本发明做进一步的说明：

如图2所示的一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，包括壳体7以及安装在壳体7上的电机磁粉制动器1、电机2、谐波减速器3、谐波减速器输出端锥齿轮副4、角位移传感器5、锁紧螺母6、向心支撑轴承8、输出轴锁紧螺母9、压紧弹簧10、导向套11、角接触轴承12、备紧螺母13、舵机输出轴14、输出轴上锥齿轮15；舵机整体结构L型布局设计，电机磁粉制动器1通过4个安装螺栓与电机2连接，电机2的输出轴通过锁紧螺母6与谐波减速器3的波发生器相连，向心支撑轴承8安装在壳体7和谐波减速器3之间，起到支撑作用；谐波减速器输出端锥齿轮副4安装在谐波减速器的输出轴上，谐波减速器输出端锥齿轮副4与舵机输出轴上锥齿轮15齿接，两个齿轮的中心轴线成90°，舵机输出轴上锥齿轮15与舵机输出轴14固定相连，输出轴锁紧螺母9将输出轴14进行锁紧；导向套11安装在舵机输出轴14的外围，用于固定和导向；角接触轴承12、备紧螺母13用于支撑和固定舵机输出轴14；角接触轴承12支撑在壳体7与舵机输出轴14之间。

角位移传感器5安装在舵机壳体7上，角位移传感器5的输出转轴通过压紧弹簧10、输出轴锁紧螺母9固定在舵机输出轴14上，与舵机输出轴14同向转动。

所述电动舵机的工作过程是：

通过配置标准控制驱动器后，组成电动舵机伺服系统。首先给电磁粉制动器1通电解锁，给电机2通以直流电，通过控制驱动器实现对电机2的控制，使电机2产生电磁转矩带动转子旋转，进而带动谐波减速器3旋转。谐波减速器3的旋转同轴带动谐波减速器输出端锥齿轮副4转动，谐波减速器输出端锥齿轮副4转动带动与之配合的舵机输出轴上锥齿轮15旋转，进而带动舵机输出轴14旋转。

舵机输出轴14与角位移传感器5通过压缩弹簧10和输出轴锁紧螺母9与输出轴连接，来检测输出轴转角，实现舵机位移闭环控制，达到进一步提高精度的目的。

所述电动舵机能够提高控制精度的原理是：

系统控制精度的关键在于谐波减速器3的变形量，变形量越大，精度越低，变形量越小，精度越高。

假设负载力矩为aNm，传统方案是采用电机先与锥齿轮相连，再通过谐波减速器减速增矩，最终驱动负载。谐波减速器直接驱动负载，则谐波减速器的变形量为a/k(k代表谐波减速器的谐波刚度)；而改为本发明所述的方案中的谐波减速器先与锥齿轮相连、再与负载连接的方法后，其变形量为a/ik(i为齿轮减速比)，常用的舵机布局中i均大于3，所以变形量将减为原方案的1/3以下，这样就能够大大提高系统精度及响应特性。

Claims (3)

1.一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，包括：壳体(7)以及安装在壳体(7)内部，并且顺序连接的电机(2)、谐波减速器(3)、谐波减速器输出端锥齿轮副(4)、舵机输出轴上锥齿轮(15)、舵机输出轴(14)；其特征在于：舵机整体结构L型布局设计，电机(2)的输出轴通过锁紧螺母(6)与谐波减速器(3)的波发生器相连；谐波减速器输出端锥齿轮副(4)安装在谐波减速器(3)的输出轴上，谐波减速器输出端锥齿轮副(4)与舵机输出轴上锥齿轮(15)齿接，两个齿轮的中心轴线成90°，舵机输出轴上锥齿轮(15)与舵机输出轴(14)固定相连。

2.如权利要求1所述的一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，其特征在于：所述的电动舵机还包括：角位移传感器(5)，角位移传感器(5)安装在壳体(7)上，其输出转轴通过压紧弹簧(10)、输出轴锁紧螺母(9)固定在舵机输出轴(14)上，与舵机输出轴(14)同向转动。

3.如权利要求2所述的一种小型化、快响应、自带锁的电动舵机，其特征在于：所述的电动舵机还包括：电机磁粉制动器(1)，电机磁粉制动器(1)通过4个安装螺栓与电机(2)连接。