CN106655609A - 一种变质心调节机电作动器 - Google Patents

Abstract

本发明属于作动器领域，具体公开一种变质心调节机电作动器，该作动器包括伺服电池、控制驱动器、前挡板、导轨、导向支撑结构、伺服电机、滚珠丝杆副和后挡板，前挡板、后挡板分别固定在两根导轨和滚珠丝杆副的两端，滚珠丝杆副位于两根导轨之间，伺服电机底部位于能够沿导轨往复滑动的导向支撑结构上，伺服电机两侧分别设有控制驱动器和伺服电池；所述的伺服电机、控制驱动器、伺服电池和导向支撑结构组成能沿导轨往复移动的质量块。该机电作动器通过控制质量块的往复运动来实现整个机电作动器质心的变化。

Description

一种变质心调节机电作动器

技术领域

本发明属于作动器领域，具体涉及一种变质心调节机电作动器。

背景技术

机电作动器是应用于航天飞行器的重要飞行执行机构，机电伺服系统的迅猛发展，鉴于机电伺服系统天然的优越性，今后机电伺服的发展前景会更加广阔。

现有变质心调节机电作动器结构繁琐冗余，所占体积较大，同时传动环节较多，大大降低了整个系统的刚度和传动效率。另一方面，该变质心调节机构不适宜在负载情况下工作，一旦出现过大负载，对系统中的滚珠丝杆副造成径向负载，极大程度会造成丝杆卡死甚至损坏现象，降低了系统的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变质心调节机电作动器，该机电作动器通过控制质量块的往复运动来实现整个机电作动器质心的变化。

实现本发明目的的技术方案：一种变质心调节机电作动器，该作动器包括伺服电池、控制驱动器、前挡板、导轨、导向支撑结构、伺服电机、滚珠丝杆副和后挡板，前挡板、后挡板分别固定在两根导轨和滚珠丝杆副的两端，滚珠丝杆副位于两根导轨之间，伺服电机底部位于能够沿导轨往复滑动的导向支撑结构上，伺服电机两侧分别设有控制驱动器和伺服电池。

所述的伺服电机、控制驱动器、伺服电池和导向支撑结构组成能沿导轨往复移动的质量块。

所述的两根导轨、滚珠丝杆副之间均相互平行。

所述的导向支撑结构底部与导轨之间设有能够沿导轨往复滑动的直线滚珠滑块。

所述的滚珠丝杆副由丝杆、丝杆螺母和滚珠组成，丝杆外套有丝杆螺母，丝杆与丝杆螺母之间设有滚珠。

所述的伺服电机包括绕组、硅钢片、多个大磁钢、多个小磁钢和不锈钢套，大磁钢与弧形小磁钢间隔设置组成圆环形，丝杆螺母套在大磁钢与小磁钢组成的圆环内；大磁钢、小磁钢的外壁套有不锈钢套，不锈钢套外套有硅钢片，硅钢片内缠绕有绕组。

所述的丝杆螺母与大磁钢之间通过梯形键连接。

所述的丝杆螺母与大磁钢、小磁钢之间均粘结。

本发明的有益技术效果：

1)体积小、重量轻。伺服电机、控制驱动器、伺服电池采用一体背负式结构设计。不仅充当移动质量块的作用，而且集成度高，极大的降低了整个系统的体积和重量。

2)传动环节少，效率、刚度高，动态能力强。本发明中，伺服电机直接驱动丝杆螺母旋转运动，相比较于传统机构，减少了键连接和齿轮副传动，极大的提高了整个系统的效率、刚度和动态能力。

3)负载工况复杂，可靠性高。与传统变质心调节机构相比，本发明主要由两根导轨承受载荷，各向同性好，最大程度削减了丝杆的径向力负载，对丝杆的寿命有了极大的提高。因此负载工况更复杂，适应性更强，可靠性更高。

4)伺服电机与滚珠丝杆一体化设计结构。该结构与传统永磁同步电机相比，直接将磁钢贴附于丝杆螺母上，增加了4个“凸”形键固定结构，避免了高速旋转而造成磁钢在丝杆螺母上发生相对位移窜动现象。同时省去了转子磁轭，进而减小电机体积，减低电机转子转动惯量，提高了整个系统的动态响应能力。

附图说明

图1为本发明所提供的一种变质心调节机电作动器的结构示意图；

图2为本发明所提供的伺服电机与滚珠丝杆副一体化结构示意图。

图中：1.伺服电池，2.控制驱动器，3.前挡板，4.导轨，5.导向支撑结构，6.伺服电机，7.滚珠丝杆副，8.后挡板；9.丝杆螺母，10.梯形键，11.绕组，12.硅钢片，13.大磁钢，14.小磁钢，15.不锈钢套，16.丝杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明所提供的一种变质心调节机电作动器，该作动器包括伺服电池1、控制驱动器2、前挡板3、导轨4、导向支撑结构5、伺服电机6、滚珠丝杆副7和后挡板8，前挡板3、后挡板8分别固定在两根导轨4和一个滚珠丝杆副7的两端。两根导轨4、滚珠丝杆副7之间均相互平行，滚珠丝杆副7位于两根导轨4中间，两根导轨4、滚珠丝杆副7与前挡板3、后挡板8之间均通过锁紧螺母固定连接。伺服电机6底部位于导向支撑结构5上，且两者之间通过螺栓固定连接，导向支撑结构5底部设有一体成型的两个直线滚珠滑块，每个直线滚珠滑块各嵌在一个导轨4内。伺服电机6顶部通过螺栓固定有控制驱动器2，伺服电机6底部通过螺栓固定有伺服电池1。

如图2所示，伺服电机6包括绕组11、硅钢片12、大磁钢13、小磁钢14和不锈钢套15。如图1和图2所示，滚珠丝杆副7由丝杆16、丝杆螺母9和多个滚珠组成，滚珠为3圈，每圈滚珠的数量15-20个。丝杆16外套有丝杆螺母9，丝杆16与丝杆螺母9之间设有滚珠。8个弧形大磁钢13与8个弧形小磁钢14间隔设置组成圆环形，丝杆螺母9套在大磁钢13与小磁钢14组成的圆环内；丝杆螺母9与4个大磁钢13之间分别通过一个梯形键10连接，该4个大磁钢13为不相邻的大磁钢；丝杆螺母9与8个大磁钢13、8个小磁钢14之间均粘结。8个大磁钢13、8个小磁钢14的外壁套有不锈钢套15，不锈钢套15将磁钢完全包裹，最终达到伺服电机与滚珠丝杆副一体化设计结构。不锈钢套15外套有轮毂形硅钢片12，硅钢片12内缠绕有绕组11。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种变质心调节机电作动器的工作原理如下：伺服电机6、控制驱动器2、伺服电池1、导向支撑结构5组成可移动的质量块，伺服电池1、控制驱动器2分别安置于伺服电机6的上下侧，伺服电机6两侧通过螺栓与导向支撑结构5相连接。导向支撑结构5内安置直线滚珠滑块，通过滚动摩擦极大程度上降低了质量块移动的摩擦力。工作时，启动控制驱动器2，伺服电池1向伺服电机6的绕组11中通入三相电流，在通入电流后就会在电机的绕组11内形成旋转磁场，由于丝杆螺母9上安装了大磁钢13、小磁钢14，大磁钢13、小磁钢14的磁极是固定的，根据磁极的同性相吸异性相斥的原理，在由硅钢片12组成的定子内产生的旋转磁场带动丝杆螺母9旋转，达到丝杆螺母9的旋转速度与定子内产生的旋转磁极的转速相等。从而，丝杆螺母9的转动带动整个质量块沿导轨4做来回往复运动，从而实现整个机电作动器的质心调节。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种变质心调节机电作动器，其特征在于：该作动器包括伺服电池(1)、控制驱动器(2)、前挡板(3)、导轨(4)、导向支撑结构(5)、伺服电机(6)、滚珠丝杆副(7)和后挡板(8)，前挡板(3)、后挡板(8)分别固定在两根导轨(4)和滚珠丝杆副(7)的两端，滚珠丝杆副(7)位于两根导轨(4)之间，伺服电机(6)底部位于能够沿导轨(4)往复移动的导向支撑结构(5)上，伺服电机(6)两侧分别设有控制驱动器(2)和伺服电池(1)。

2.根据权利要求1所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的伺服电机(6)、控制驱动器(2)、伺服电池(1)和导向支撑结构(5)组成能沿导轨(4)往复移动的质量块。

3.根据权利要求2所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的两根导轨(4)、滚珠丝杆副(7)之间均相互平行。

4.根据权利要求3所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的导向支撑结构(5)底部与导轨(4)之间设有能够沿导轨(4)往复移动的直线滚珠滑块。

5.根据权利要求4所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的滚珠丝杆副(7)由丝杆(16)、丝杆螺母(9)和滚珠组成，丝杆(16)外套有丝杆螺母(9)，丝杆(16)与丝杆螺母(9)之间设有滚珠。

6.根据权利要求5所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的伺服电机(6)包括绕组(11)、硅钢片(12)、多个大磁钢(13)、多个小磁钢(14)和不锈钢套(1)，大磁钢(13)与弧形小磁钢(14)间隔设置组成圆环形，丝杆螺母(9)套在大磁钢(13)与小磁钢(14)组成的圆环内；大磁钢(13)、小磁钢(14)的外壁套有不锈钢套(15)，不锈钢套(15)外套有硅钢片(12)，硅钢片(12)内缠绕有绕组(11)。

7.根据权利要求6所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的丝杆螺母(9)与大磁钢(13)之间通过梯形键(10)连接。

8.根据权利要求7所述的一种变质心调节机电作动器，其特征在于：所述的丝杆螺母(9)与大磁钢(13)、小磁钢(14)之间均粘结。