CN110701249B - 一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于飞行控制系统的电动舵机技术，设计一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，第一伺服电机(5)，第二伺服电机(19)，三个面向输出轴顺时针旋转锁止的第一单向离合器(7)、第二单向离合器(17)和第三单向离合器(12)，三个面对输出轴逆时针旋转锁止的第四单向离合器(6)、第五单向离合器(18)和第六单向离合器(11)，四个使输出轴转动方向与伺服电机轴转动方向相同的第一减速传动机构(8)、第二减速传动机构(9)、第三减速传动机构(15)和第四减速传动机构(16)，第一位置传感器(13)，第二位置传感器(14)和输出轴(10)。

Description

一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机
技术领域
本发明属于飞行控制系统的电动舵机技术，具体为一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机设计。
背景技术
图1为目前传统单余度电动舵机组成结构，它由伺服电机1、减速传动机构2、输出轴3和位置传感器4组成。工作原理是：伺服电机1接受控制指令，通过减速传动机构2带动输出轴3运动，输出轴3与位置传感器4固连，位置传感器4反馈舵机位置使电动舵机对控制指令进行稳定跟随。
传统的单余度电动舵机从电机输出轴到舵机输出轴之间只有一条传动路径，在传动路径上分布着轴承，齿轮，丝杠等众多传动件，其中任意一个传动件故障都会导致舵机故障，而且伺服电机的机械结构也存在电机定子、电枢等单点，发生故障会导致电机失效，进而引起舵机故障，对飞控系统和飞机的安全造成严重影响。
综上所述，传统的单余度电动舵机在传动路径和机械结构上存在较多的单点，任意单点故障都会导致飞控失效甚至飞机失事，这就需要考虑采用多余度电动舵机减少单点以避免上述问题，提高舵机和飞控系统的安全性和可靠性，降低舵机的故障率。
发明内容
本发明的目的是：
设计一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，提高电动舵机的安全性和可靠性，降低舵机的故障率。
本发明的技术方案是：
一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，包括：
第一伺服电机5，第二伺服电机19，三个面向输出轴顺时针旋转锁止的第一单向离合器7、第二单向离合器17和第三单向离合器12，三个面对输出轴逆时针旋转锁止的第四单向离合器6、第五单向离合器18和第六单向离合器11，四个使输出轴转动方向与伺服电机轴转动方向相同的第一减速传动机构8、第二减速传动机构9、第三减速传动机构15和第四减速传动机构16，第一位置传感器13，第二位置传感器14和输出轴10；
第一伺服电机5与第四单向离合器6、第一单向离合器7相连，第四单向离合器6与第二减速传动机构9相连，第一单向离合器7与第一减速传动机构8相连，第二减速传动机构9与第三单向离合器12相连，第一减速传动机构8与第六单向离合器11相连，第二伺服电机19与第二单向离合器17，第五单向离合器18相连，第五单向离合器18与第三减速传动机构15相连，第二单向离合器17与第四减速传动机构16相连，第三减速传动机构15与第三单向离合器12相连，第四减速传动机构16与第六单向离合器11相连，输出轴10与第六单向离合器11，第三单向离合器12，第一位置传感器13，第二位置传感器14相连。
第一伺服电机5与第四单向离合器6采用过盈装配，第一伺服电机5与第一单向离合器7采用过盈装配，第四单向离合器6与第二减速传动机构9采用齿轮啮合，第一单向离合器7与第一减速传动机构8采用齿轮啮合。
第二减速传动机构9与第三单向离合器12采用齿轮啮合，第一减速传动机构8与第六单向离合器11采用齿轮啮合，第二伺服电机19与第二单向离合器17采用过盈装配，第二伺服电机19与第五单向离合器18采用过盈装配。
第五单向离合器18与第三减速传动机构15采用齿轮啮合，第二单向离合器17与第四减速传动机构16采用齿轮啮合，第三减速传动机构15与第三单向离合器12采用齿轮啮合，第四减速传动机构16与第六单向离合器11齿轮啮合。
输出轴10与第六单向离合器11采用过盈装配，输出轴10与第三单向离合器12采用过盈装配，输出轴10与第一位置传感器13刚性连接，输出轴10与第二位置传感器14刚性连接。
在正常工作条件下，第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转且转速相同，第一单向离合器7、第二单向离合器17和第六单向离合器11锁止，处于工作状态，第四单向离合器6、第五单向离合器18和第三单向离合器12脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机5和第二伺服电机19功率之和，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随；当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转且转速相同时，第一单向离合器7、第二单向离合器17和第六单向离合器11脱开，处于超越状态，第四单向离合器6、第五单向离合器18和第三单向离合器12锁止，处于工作状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机5和第二伺服电机19功率之和，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随。
在非正常工作条件下，当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转但是第二伺服电机19转速比第一伺服电机5慢，第一单向离合器7和第六单向离合器11锁止，处于工作状态，第四单向离合器6、第三单向离合器12、第五单向离合器18和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机5的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
在非正常工作条件下，当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转但是第二伺服电机19转速比第一伺服电机5慢，第四单向离合器6和第三单向离合器12锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第六单向离合器11、第五单向离合器18和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机5的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
在非正常工作条件下，当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转但是第一伺服电机5转速比第二伺服电机19慢，第六单向离合器11和第二单向离合器17锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第四单向离合器6、第三单向离合器12和第五单向离合器18脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第二伺服电机19的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随。
在非正常工作条件下，当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转但是第一伺服电机5转速比第二伺服电机19慢时，第三单向离合器12和第五单向离合器18锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第四单向离合器6、第六单向离合器11和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第二伺服电机19的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，可靠性高，维护性好，具备故障自检测与故障重构能力，可实现机械/电气一次故障－工作的能力，当电动舵机的一个余度故障后，通过对另一余度的控制，仍可实现舵机位置和对控制指令的跟随。
附图说明
图1为传动的单余度电动舵机组成结构。
图2为本发明并联式双余度电动舵机组成结构。
具体实施方式
一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，如图2所示，包括：
第一伺服电机5，第二伺服电机19，三个面向输出轴顺时针旋转锁止的第一单向离合器7、第二单向离合器17和第三单向离合器12，三个面对输出轴逆时针旋转锁止的第四单向离合器6、第五单向离合器18和第六单向离合器11，四个使输出轴转动方向与伺服电机轴转动方向相同的第一减速传动机构8、第二减速传动机构9、第三减速传动机构15和第四减速传动机构16，第一位置传感器13，第二位置传感器14和输出轴10组成。第一伺服电机5与第四单向离合器6，第一单向离合器7相连，第四单向离合器6与第二减速传动机构9相连，第一单向离合器7与第一减速传动机构8相连，第二减速传动机构9与第三单向离合器12相连，第一减速传动机构8与第六单向离合器11相连，第二伺服电机19与第二单向离合器17，第五单向离合器18相连，第五单向离合器18与第三减速传动机构15相连，第二单向离合器17与第四减速传动机构16相连，第三减速传动机构15与第三单向离合器12相连，第四减速传动机构16与第三单向离合器12相连，输出轴10与第六单向离合器11，第三单向离合器12，第一位置传感器13，第二位置传感器14相连。
第一伺服电机5与第四单向离合器6采用过盈装配，第一伺服电机5与第一单向离合器7采用过盈装配，第四单向离合器6与第二减速传动机构9采用齿轮啮合，第一单向离合器7与第一减速传动机构8采用齿轮啮合。第二减速传动机构9与第三单向离合器12采用齿轮啮合，第一减速传动机构8与第六单向离合器11采用齿轮啮合，第二伺服电机19与第二单向离合器17采用过盈装配，第二伺服电机19与第五单向离合器18采用过盈装配。第五单向离合器18与第三减速传动机构15采用齿轮啮合，第二单向离合器17与第四减速传动机构16采用齿轮啮合，第三减速传动机构15与第三单向离合器12采用齿轮啮合，第四减速传动机构16与第六单向离合器11齿轮啮合。输出轴10与第六单向离合器11采用过盈装配，输出轴10与第三单向离合器12采用过盈装配，输出轴10与第一位置传感器13刚性连接，输出轴10与第二位置传感器14刚性连接。
其工作原理为：在正常工作条件下，第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转且转速相同，第一单向离合器7、第二单向离合器17和第六单向离合器11锁止，处于工作状态，第四单向离合器6、第五单向离合器18和第三单向离合器12脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机5和第二伺服电机19功率之和，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随；当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转且转速相同时，第一单向离合器7、第二单向离合器17和第六单向离合器11脱开，处于超越状态，第四单向离合器6、第五单向离合器18和第三单向离合器12锁止，处于工作状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机5和第二伺服电机19功率之和，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随。
在非正常工作条件下，当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转但是第二伺服电机19转速比第一伺服电机5慢，第一单向离合器7和第六单向离合器11锁止，处于工作状态，第四单向离合器6、第三单向离合器12、第五单向离合器18和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机5的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随；当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转但是第二伺服电机19转速比第一伺服电机5慢，第四单向离合器6和第三单向离合器12锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第六单向离合器11、第五单向离合器18和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机5的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随；
当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴顺时针旋转但是第一伺服电机5转速比第二伺服电机19慢，第六单向离合器11和第二单向离合器17锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第四单向离合器6、第三单向离合器12和第五单向离合器18脱开，处于超越状态，输出轴10顺时针旋转，输出功率为第二伺服电机19的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随；当第一伺服电机5和第二伺服电机19面向输出轴逆时针旋转但是第一伺服电机5转速比第二伺服电机19慢时，第三单向离合器12和第五单向离合器18锁止，处于工作状态，第一单向离合器7、第四单向离合器6、第六单向离合器11和第二单向离合器17脱开，处于超越状态，输出轴10逆时针旋转，输出功率为第二伺服电机19的功率，第一位置传感器13和第二位置传感器14将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。

Claims (9)

1.一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，包括：
第一伺服电机(5)，第二伺服电机(19)，三个面向输出轴顺时针旋转锁止的第一单向离合器(7)、第二单向离合器(17)和第三单向离合器(12)，三个面对输出轴逆时针旋转锁止的第四单向离合器(6)、第五单向离合器(18)和第六单向离合器(11)，四个使输出轴转动方向与伺服电机轴转动方向相同的第一减速传动机构(8)、第二减速传动机构(9)、第三减速传动机构(15)和第四减速传动机构(16)，第一位置传感器(13)，第二位置传感器(14)和输出轴(10)；
第一伺服电机(5)与第四单向离合器(6)、第一单向离合器(7)相连，第四单向离合器(6)与第二减速传动机构(9)相连，第一单向离合器(7)与第一减速传动机构(8)相连，第二减速传动机构(9)与第三单向离合器(12)相连，第一减速传动机构(8)与第六单向离合器(11)相连，第二伺服电机(19)与第二单向离合器(17)，第五单向离合器(18)相连，第五单向离合器(18)与第三减速传动机构(15)相连，第二单向离合器(17)与第四减速传动机构(16)相连，第三减速传动机构(15)与第三单向离合器(12)相连，第四减速传动机构(16)与第六单向离合器(11)相连，输出轴(10)与第六单向离合器(11)，第三单向离合器(12)，第一位置传感器(13)，第二位置传感器(14)相连；
第一伺服电机(5)与第四单向离合器(6)采用过盈装配，第一伺服电机(5)与第一单向离合器(7)采用过盈装配，第四单向离合器(6)与第二减速传动机构(9)采用齿轮啮合，第一单向离合器(7)与第一减速传动机构(8)采用齿轮啮合。
2.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
第二减速传动机构(9)与第三单向离合器(12)采用齿轮啮合，第一减速传动机构(8)与第六单向离合器(11)采用齿轮啮合，第二伺服电机(19)与第二单向离合器(17)采用过盈装配，第二伺服电机(19)与第五单向离合器(18)采用过盈装配。
3.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
第五单向离合器(18)与第三减速传动机构(15)采用齿轮啮合，第二单向离合器(17)与第四减速传动机构(16)采用齿轮啮合，第三减速传动机构(15)与第三单向离合器(12)采用齿轮啮合，第四减速传动机构(16)与第六单向离合器(11)齿轮啮合。
4.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
输出轴(10)与第六单向离合器(11)采用过盈装配，输出轴(10)与第三单向离合器(12)采用过盈装配，输出轴(10)与第一位置传感器(13)刚性连接，输出轴(10)与第二位置传感器(14)刚性连接。
5.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
在正常工作条件下，第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴顺时针旋转且转速相同，第一单向离合器(7)、第二单向离合器(17)和第六单向离合器(11)锁止，处于工作状态，第四单向离合器(6)、第五单向离合器(18)和第三单向离合器(12)脱开，处于超越状态，输出轴(10)顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)功率之和，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随；当第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴逆时针旋转且转速相同时，第一单向离合器(7)、第二单向离合器(17)和第六单向离合器(11)脱开，处于超越状态，第四单向离合器(6)、第五单向离合器(18)和第三单向离合器(12)锁止，处于工作状态，输出轴(10)逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)功率之和，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随。
6.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
在非正常工作条件下，当第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴顺时针旋转但是第二伺服电机(19)转速比第一伺服电机(5)慢，第一单向离合器(7)和第六单向离合器(11)锁止，处于工作状态，第四单向离合器(6)、第三单向离合器(12)、第五单向离合器(18)和第二单向离合器(17)脱开，处于超越状态，输出轴(10)顺时针旋转，输出功率为第一伺服电机(5)的功率，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
7.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
在非正常工作条件下，当第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴逆时针旋转但是第二伺服电机(19)转速比第一伺服电机(5)慢，第四单向离合器(6)和第三单向离合器(12)锁止，处于工作状态，第一单向离合器(7)、第六单向离合器(11)、第五单向离合器(18)和第二单向离合器(17)脱开，处于超越状态，输出轴(10)逆时针旋转，输出功率为第一伺服电机(5)的功率，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
8.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
在非正常工作条件下，当第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴顺时针旋转但是第一伺服电机(5)转速比第二伺服电机(19)慢，第六单向离合器(11)和第二单向离合器(17)锁止，处于工作状态，第一单向离合器(7)、第四单向离合器(6)、第三单向离合器(12)和第五单向离合器(18)脱开，处于超越状态，输出轴(10)顺时针旋转，输出功率为第二伺服电机(19)的功率，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈，形成舵机位置的指令跟随。
9.如权利要求1所述的一种基于超越离合器的并联式双余度电动舵机，其特征在于，
在非正常工作条件下，当第一伺服电机(5)和第二伺服电机(19)面向输出轴逆时针旋转但是第一伺服电机(5)转速比第二伺服电机(19)慢时，第三单向离合器(12)和第五单向离合器(18)锁止，处于工作状态，第一单向离合器(7)、第四单向离合器(6)、第六单向离合器(11)和第二单向离合器(17)脱开，处于超越状态，输出轴(10)逆时针旋转，输出功率为第二伺服电机(19)的功率，第一位置传感器(13)和第二位置传感器(14)将输出轴位置进行反馈形成舵机位置的指令跟随。
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