CN106787414A - 一种高功率密度集成化机电伺服作动装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，包括：集成化永磁同步电机、转子套筒、行星滚柱丝杠副、轴承、及传感器等配套装置。电机定子嵌在缸体内侧，与贴在转子套筒上的永磁贴片构成集成式电机，驱动转子套筒进行旋转运动；转子套筒通过螺钉固连在法兰盘上，然后通过滚柱丝杠上键结构带动丝杠产生同步旋转运动；行星滚柱丝杠副将丝杠的旋转运动转化为螺母的直线运动；由直线轴承作为输出杆的导向，再通过输出杆内部螺纹及止动垫圈装置，最终由螺母推动输出杆作直线运动。此发明解决了现有机电作动装置体积、重量大的问题，进而提高了机电作动装置的功重比及载荷能力，为促进未来多电化/全电化飞行器的发展提供了技术保障。

Description

一种高功率密度集成化机电伺服作动装置

技术领域

本发明为一种电伺服作动装置，特别是应用于多电化/全电化飞行器的舵面伺服控制系统、还可用于飞机起落架收放、转弯和刹车系统；属于航空航天航海机械、电子及控制技术领域。

背景技术

目前飞行器、舰船的多电化是其重要发展趋势，功率电传作动系统已成为航空航天航海领域研究的热点之一，它通过电能量的传递方式完成二次能源系统到各执行机构之间的功率传输。与传统液压作动系统相比，它属于绿色能源，灵活性强、安全性好、效率高、可靠性高而且便于维护。

作动系统及装置是航空航天飞机和导弹等姿态变化、改变方向的重要组成，各种飞行器俯仰、偏航、滚转都是靠作动系统驱动舵面相互配合完成的。随着装备水平的发展和“中国制造2025”计划的提出，对飞行器舵面装置的安装空间和重量要求越来越苛刻，进而对作动系统的功重比及效率指标提出了更高的要求。

现今作动系统有两种动力源，一种是液压能源供给，应用传统液压伺服作动器，即通过高低压油的转换而做功输出直线运动，从而改变舵面的姿态，这种舵机适用于大输出力场合，而且体积和重量都比较大；另一种是电能供给的功率电传作动器，即采用机电伺服的机构驱动液压缸或丝杠副，这种新型机电方式采用绿色能源可应用于大转矩、大功率场合，但结构复杂。上述两种结构都无法满足多电/全电飞行器对机电伺服机构提出的功重比高、承载能力强、安装空间小的需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种占用功重比高、承载力强及安装空间小的新型高功率密度集成化机电伺服作动装置，用于舵面伺服控制系统。

一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，包括：直驱式集成化电机、行星滚柱丝杠副、直线轴承、壳体、旋变及转子套筒等配套装置。后端盖上关节轴承与基座相连，后壳体和前壳体通过四根螺柱连接；电机定子固定在缸体上，与转子套筒上的磁性贴片构成集成式电机，驱动转子套筒进行旋转运动；连接法兰和转子套筒通过螺钉固连，并通过滚柱丝杠上键结构带动丝杠进行同步旋转运动；滚柱丝杠与螺母啮合，螺母将滚柱丝杠的旋转运动转化为直线运动；螺母与输出杆通过内部螺纹及止动垫圈固连，由螺母推动输出杆输出直线运动，进而改变舵面姿态；缸体前端安装直线轴承，对输出杆起到导向作用；缸体内部通过前端一个角接触球轴承及后端一对角接触球轴承保证同轴度，并将负载传递的力卸荷到壳体上。

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，磁性贴片贴在转子套筒上，滚柱丝杠通过键结构与连接法兰和转子套筒固连，比常规在滚柱丝杠末端贴片的串联式结构节省了一个电机定子长度，节省了安装空间并提高了功重比；

所述的丝杠副为行星滚柱丝杠副(11个滚柱)，滚柱丝杠转动带动螺母推动输出杆，驱动负载作直线运动，结构紧凑，承载能力强，可靠性高，提高了该装置的功重比；

所述的编码器为内嵌式中空型绝对式编码器，增大空间利用率，用于采集滚柱丝杠位置信息，并间接采集输出杆的位置信息；

所述的直线轴承对输出杆起到导向作用，相对滑动式导向，减小了摩擦，提高了传动效率，密封效果更佳；

所述的输出杆与螺母连接端开凹槽，用于安放止动垫圈，防止在运动过程中输出杆和螺母连接螺纹松动；

所述的转子套筒左端切削一个与丝杠键结构相同的凹槽，与连接法兰配合带动丝杠进行旋转运动，更好的达到了强度要求；

所述的轴承为角接触球轴承，用于支撑固定丝杠和转子套筒，并起到卸荷作用；

所述的前、后壳体上留有深孔及通孔，用于电机走线；

所述的电机定子通过过盈配合与缸体固定。

本发明与现有技术相比有以下优点：

(1)本发明将伺服电机转子、转子套筒及滚柱丝杠集成化设计为一体，并将磁性贴片贴在转子套筒上，滚柱丝杠通过键结构与连接法兰和转子套筒固连，比常规在滚柱丝杠末端贴片的串联式结构节省了一个电机定子长度，提高了功重比；

(2)本发明采用了行星滚柱丝杠作为主要传动部件，行星滚柱丝杠副在传动过程中螺母内滚柱与丝杠螺纹线接触，因此在尺寸相同的情况下，行星滚柱丝杠的承载能力远大于滚珠丝杠的承载力，提高了该装置的功重比，并减小了运动过程中丝杠卡死的几率；

(3)本发明创新应用直线轴承作为导向，相对滑动式导向，减小了摩擦，提高了传动效率，密封效果更佳；

(4)本发明在螺母与输出杆连接处采用止动垫圈，防止输出杆在往复运动过程中，螺母与输出杆连接螺纹处出现松动影响传动精度。

附图说明

图1为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置的三维剖切图；

图2为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置的俯视图；

图3为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置的剖视图；

图4为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置的滚柱丝杠副图；

图5为一种高功率密度集成化机电伺服作动装置的电机图；

图中：1为后端盖；2为轴端挡圈；3为行星滚柱丝杠副；4为旋转式编码器；5为航插头；6为后壳体；7为小角接触球轴承；8为缸筒；9为集成式电机；10为止动垫圈；11为大角接触球轴承；12为前壳体；13为直线轴承；14为输出杆；15为转子套筒；16为连接法兰；17为螺柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步详细的描述：

本发明的目的在于克服现有技术上的不足，提供一种占用空间小、功重比高、传动效率高、承载力大、运动精度高的一种高功率密度集成化机电伺服作动装置。

参阅图1、3，一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，包括：后端盖(1)；轴端挡圈(2)；滚柱丝杠(3.1)；螺母(3.2)；旋转式编码器(4)；航插头(5)；后壳体(6)；角接触球轴承(7)；缸体(8)；集成式电机定子(9.1)；集成式电机磁性贴片(9.2)；止动垫圈(10)；角接触球轴承(11)；前壳体(12)；直线轴承(13)；输出杆(14)；转子套筒(15)；连接法兰(16)；螺柱(17)。

后壳体(6)与前壳体(12)通过外侧四根螺柱(17)连接，使前壳体(12)、缸体(8)及后壳体(6)固连成为一体；后端盖(1)末端的关节轴承与基座相连，使高集成度舵机与基座固连；集成式电机定子(9.1)通过过盈配合与缸体(8)固定，并与转子套筒(15)上的磁性贴片(9.2)构成集成式电机，驱动转子套筒(15)进行旋转运动；连接法兰(16)和转子套筒(15)通过沉头螺钉固连，并通过滚柱丝杠(3.1)上的键结构带动丝杠进行同步旋转运动；滚柱丝杠(3.1)与螺母(3.2)通过螺柱上的螺纹啮合，螺母(3.2)将滚柱丝杠(3.1)的旋转运动转化为直线运动；螺母(3.2)与输出杆(14)通过内部螺纹及止动垫圈(10)固连，由螺母(3.2)推动输出杆(14)输出直线运动，进而改变舵面姿态；将输出杆(14)前端与负载相连可以保证输出杆仅沿轴向做往复直线运动；旋转式编码器(4)通过过盈配合与滚柱丝杠末端相连，在舵机工作过程中，旋转式编码器(4)将滚柱丝杠(3.1)旋转的角度反馈到上位机，经过计算进一步控制集成式电机旋转的速度，从而控制输出杆(14)输出的位移与速度；前壳体(12)内安装直线轴承(13)，对输出杆(14)起到导向作用，可以使输出杆在往复直线运动过程中产生很少的热量，还可以起到密封的作用；缸体内部通过前端一个角接触球轴承(11)及后端一对角接触球轴承(7)保证同轴度；当舵机输出推力时，负载产生的力通过后端一对角接触球轴承(7)卸荷到后壳体(6)上；当舵机输出拉力时，负载产生的力通过前端角接触球轴承(11)卸荷到前壳体(12)上。

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，磁性贴片(9.2)贴在转子套筒(15)上，滚柱丝杠(3.1)通过键结构与连接法兰(16)和转子套筒(15)固连，比常规在滚柱丝杠末端贴片的串联式结构减少了一个电机定子长度；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，采用行星滚柱丝杠副(3)(11个滚柱)，滚柱丝杠(3.1)转动带动螺母(3.2)推动输出杆，输出直线运动；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，采用中空型绝对式编码器(4)，用于采集滚柱丝杠(3.1)位置信息，并间接采集输出杆(14)的位置信息；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，采用直线轴承(13)作为导向，相对滑动式导向，减小了摩擦，避免传统高低唇密封因胶合产生密封效果不佳的情况，并提高了传动效率；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，螺母(9.2)与输出杆(14)连接端开凹槽，用于安放止动垫圈(10)防止在运动过程中输出杆(14)和螺母(9.2)连接螺纹松动；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，前后壳体通过四根螺柱(17)相连，用于轴向固定整个作动器的壳体，使前壳体(12)、缸体(8)及后壳体(6)固连成为一体；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，转子套筒(15)左端切削一个与滚柱丝杠(3.1)键结构相同的凹槽，与连接法兰(16)配合带动滚柱丝杠(3.1)进行旋转运动，增加结构强度；

所述的高功率密度集成化机电伺服作动装置，前端角接触球轴承(11)及后端一对角接触球轴承(7)，用于支撑固定滚柱丝杠(3.1)和转子套筒(15)，并起到卸荷作用；

这种新型高功率密度集成化机电伺服作动装置，前、后壳体留有多个深孔及通孔，用于电机走线和同时也减轻了整机的重量。

综上所述，以上仅为本发明较佳的实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，其特征在于：由后端盖(1)、轴端挡圈(2)、行星滚柱丝杠副(3)、旋转式编码器(4)、航插头(5)、后壳体(6)、角接触球轴承(7)、缸体(8)、集成式电机(9)、止动垫圈(10)、角接触球轴承(11)、前壳体(12)、直线轴承(13)、输出杆(14)、转子套筒(15)、连接法兰(16)和螺柱(17)组成；

集成式电机(9)由集成式电机定子(9.1)和磁性贴片(9.2)组成，缸体(8)内安装集成式电机定子(9.1)，电机定子(9.1)与转子套筒(15)上的磁性贴片(9.2)构成集成式电机，从而驱动转子套筒(15)进行旋转运动，连接法兰(16)和转子套筒(15)通过沉头螺钉固连，并通过滚柱丝杠(3)上的键结构带动丝杠进行同步旋转运动；

行星滚柱丝杠副(3)推动输出杆(14)输出直线运动；旋转式编码器(4)通过过盈配合与滚柱丝杠(3)末端相连；

缸体前端一个角接触球轴承(11)，后端一对角接触球轴承(7)。其特征在于：磁性贴片(9.2)贴在转子套筒(15)上，连接法兰(16)和转子套筒(15)通过沉头螺钉固连，并通过滚柱丝杠(3)上的键结构带动丝杠进行同步旋转运动；

后壳体(6)与前壳体(12)通过外侧四根螺柱(17)连接。

2.如权利要求1所述的一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，所述的行星滚柱丝杠副由滚柱丝杠(3.1)和螺母(3.2)组成，其特征在于：滚柱丝杠(3.1)与螺母(3.2)通过螺柱上的螺纹啮合，螺母(3.2)将滚柱丝杠(3.1)的旋转运动转化为直线运动。

3.如权利要求1所述的一种高功率密度集成化机电伺服作动装置，其特征在于：应用直线轴承(13)作为输出杆(14)导向，减小了摩擦。