CN116513452A - 一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人机设计技术领域，公开了一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，包括驱动机构、行星减速器、输出齿轮、反馈传感器和电磁阻尼器；驱动机构连接行星减速器的输入端，行星减速器的输出端连接输出齿轮，反馈传感器与输出齿轮通过平行轴传动相连接；其中，行星减速器由上到下分别为差动周转轮系、WW型行星减速器、NW型行星减速器，电磁阻尼器连接WW型行星减速器的输出端。本发明采用电作动型式，利用机上电源即可实现无人机地面滑行和着陆过程中的方向控制功能，并设计集成电磁阻尼器，实现前轮的减摆阻尼，满足了多电及全电飞机的需求，并且由于采用了双余度电机和双余度反馈传感器，因此具有可靠性高的特点。

Description

一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装

技术领域

本发明属于无人机设计技术领域，涉及一种无人机的转弯装置，具体涉及一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置。

背景技术

传统的飞机前轮操纵系统设计一般都是采用液压驱动装置，由于传统的液压驱动装置由于泄漏、噪声、管路复杂等原因，由此引发飞机检修率高等问题。近些年来，随着电传操纵系统的不断发展，提出了“更多或者全电”驱动的设计思路。它是用电力系统部分取代飞机上原有的液压、气压和机械系统，尽可能多地将电力作为第二动力。机电作动器可实现余度控制，可靠性高，加工精度、装配调整、材料选用上无特殊困难，传输与控制也比较容易。通过一个机电作动器即可实现前轮转弯，无需管路布置安装，降低飞机重量；且在相同作动性能的情况下，采用机电作动器的方式耗能更少。

全电系统自身具有高可靠性，高可维护性，低保障和使用费用等诸多优点，全电飞机方案能否实现，取决于能否研制出以电力作动作为动力的飞机功能分系统。随着各项技术的不断进步，国内外目前已经开始对机电前轮转弯机构进行验证。

目前的采用机电系统对飞机前轮进行转弯的机构，如CN201510604407.X，具有良好的电控与闭环控制效果，但是其可靠性不高，另外还需要额外安装减摆装置。如CN202210573375.3提出了一种电机与减摆装置合一的飞机前轮电动转弯与减摆复合装置，其问题在于其电机仅一个，具有可靠性低的问题，且电机和磁滞制动器设在作动器上方需要较大的安装空间，并且磁滞制动器直接连接减速器输入端因此需要能承受高转速的磁滞制动器，因此成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种用于无人机的前轮转向机电作动器，该作动器具有双余度设计，并且可实现无人机地面滑行和着陆过程中的方向控制功能。

本发明的技术解决方案是：

一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，包括驱动机构、行星减速器、输出齿轮、反馈传感器和电磁阻尼器；驱动机构连接行星减速器的输入端，行星减速器的输出端连接输出齿轮，反馈传感器与输出齿轮通过平行轴传动相连接；其中，行星减速器由上到下分别为差动周转轮系、WW型行星减速器、NW型行星减速器，电磁阻尼器连接WW型行星减速器的输出端。

进一步的，驱动机构包括左电机和右电机，差动周转轮系具有上转轴和下转轴，左电机和右电机的输出轴分别连接差动周转轮系的上转轴和下转轴，差动周转轮系将左电机和右电机的转速和转矩进行合成，向下面的WW型行星减速器的输入端传输转速和转矩。

进一步的，左电机和右电机分别安装在差动周转轮系的左端和右端。

进一步的，左电机和右电机是两个调速电机，调速电机采用带刹车装置的永磁同步电动机电机，电机内置旋转变压器，电磁刹车机构为上电松刹工作模式。

进一步的，WW型行星减速器是减速增扭的减速器，并与电磁阻尼器相连，提供前轮的减摆阻尼；NW型行星减速器是减速增扭的减速器，与输出齿轮花键连接，输出齿轮驱动前轮偏转。

进一步的，输出齿轮是渐开线圆柱齿轮结构。

进一步的，反馈传感器是双余度设置的非线绕精密旋转电位器结构。

进一步的，电磁阻尼器设在NW型行星减速器的侧面，电磁阻尼器的顶部为输入端。

进一步的，电磁阻尼器是采用带刹车的电磁阻尼器，刹车设计为常开式。

本发明的有益效果：

1、本发明采用电作动型式，利用机上电源即可实现无人机地面滑行和着陆过程中的方向控制功能，并设计集成电磁阻尼器，实现前轮的减摆阻尼。

2、本发明满足了多电及全电飞机的需求，并且由于采用了双余度电机和双余度反馈传感器，因此具有可靠性高的特点。

3、本发明结构维修性好，效率高，本发明所采用的调速电机、反馈传感器均采用成熟技术，同时标准化系数高，可以达到经济效益好的目的。

4、本发明结构紧凑，安装空间需求小，适用于无人机使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是行星减速结构示意图；

其中，1—驱动机构，2—行星减速器，3—输出齿轮，4—反馈传感器，5—电磁阻尼器；6—差动周转轮系，7—WW型行星减速器，8—NW型行星减速器。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以互相组合。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方向或位置关系为给予附图说是的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指装置或与案件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或隐含包括更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或以上。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义解释，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或者一体化连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，包括驱动机构1、行星减速器2、输出齿轮3、反馈传感器4和电磁阻尼器5；驱动机构1连接行星减速器2的输入端，行星减速器2的输出端连接输出齿轮3，反馈传感器4与输出齿轮3通过平行轴传动相连接；其中，行星减速器2由上到下分别为差动周转轮系6、WW型行星减速器7、NW型行星减速器8，电磁阻尼器5连接WW型行星减速器7的输出端。

驱动机构1包括左电机和右电机，差动周转轮系6具有上转轴和下转轴，左电机和右电机的输出轴分别连接差动周转轮系6的上转轴和下转轴，差动周转轮系6将左电机和右电机的转速和转矩进行合成，向下面的WW型行星减速器7的输入端传输转速和转矩。

左电机和右电机分别安装在差动周转轮系6的左端和右端。

左电机和右电机是两个调速电机，调速电机采用带刹车装置的永磁同步电动机电机，电机内置旋转变压器，电磁刹车机构为上电松刹工作模式。

WW型行星减速器7是减速增扭的减速器，并与电磁阻尼器5相连，提供前轮的减摆阻尼；NW型行星减速器8是减速增扭的减速器，与输出齿轮3花键连接，输出齿轮3驱动前轮偏转。

输出齿轮3是渐开线圆柱齿轮结构。

反馈传感器4是双余度设置的非线绕精密旋转电位器结构。

电磁阻尼器5设在NW型行星减速器8的侧面，电磁阻尼器5的顶部为输入端。

电磁阻尼器5是采用带刹车的电磁阻尼器，刹车设计为常开式。

实施例2：

驱动机构输出转速和转矩经过行星减速器传递给输出齿轮，并驱动前轮向相应方向偏转，同时反馈传感器输出与前轮偏转角度成比例的电压信号。装置具有主、备、随动三种工作模式，当驱动机构中两台电机同时工作时，通过差动周转轮系进行速度合成，驱动前轮偏转；当驱动机构中单电机工作时，装置输出转速减半，输出转矩不变，驱动前轮偏转；当驱动电机中两台电机均处于锁定状态，电磁阻尼器处于随动状态，提供前轮的减摆阻尼。

请参阅图1，双余度机电作动前轮转弯装置通过耳片安装于前起落架支柱上。驱动机构1输出转速和转矩经行星减速器2传递给输出齿轮3，输出齿轮和前起支柱上的转弯套筒齿轮相啮合，驱动前轮偏转。同时，反馈传感器(4)输出与输出齿轮转角一致的电压信号。当驱动机构中两台电机均被锁定，电磁阻尼器5处于随动状态，提供前轮的减摆阻尼。

请参阅图2，行星减速器2由差动周转轮系6、WW型行星减速器7和NW型行星减速器8组成。

本发明的电机设在行星减速器2左右两侧，电磁阻尼器5设在NW型行星减速器8的侧面及右电机的下方，整个机电作动前轮转弯装置结构紧凑，上下范围小，能适用于无人机的小安装空间需求，并且在紧凑化的要求下还实现了双余度的设计，可靠性高，维护性能好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，包括驱动机构(1)、行星减速器(2)、输出齿轮(3)、反馈传感器(4)和电磁阻尼器(5)；驱动机构(1)连接行星减速器(2)的输入端，行星减速器(2)的输出端连接输出齿轮(3)，反馈传感器(4)与输出齿轮(3)通过平行轴传动相连接；其中，行星减速器(2)由上到下分别为差动周转轮系(6)、WW型行星减速器(7)、NW型行星减速器(8)，电磁阻尼器(5)连接WW型行星减速器(7)的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，驱动机构(1)包括左电机和右电机，差动周转轮系(6)具有上转轴和下转轴，左电机和右电机的输出轴分别连接差动周转轮系(6)的上转轴和下转轴，差动周转轮系(6)将左电机和右电机的转速和转矩进行合成，向下面的WW型行星减速器(7)的输入端传输转速和转矩。

3.根据权利要求2所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，左电机和右电机分别安装在差动周转轮系(6)的左端和右端。

4.根据权利要求2所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，左电机和右电机是两个调速电机，调速电机采用带刹车装置的永磁同步电动机电机，电机内置旋转变压器，电磁刹车机构为上电松刹工作模式。

5.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，WW型行星减速器(7)是减速增扭的减速器，并与电磁阻尼器(5)相连，提供前轮的减摆阻尼；NW型行星减速器(8)是减速增扭的减速器，与输出齿轮(3)花键连接，输出齿轮(3)驱动前轮偏转。

6.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，输出齿轮(3)是渐开线圆柱齿轮结构。

7.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，反馈传感器(4)是双余度设置的非线绕精密旋转电位器结构。

8.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，电磁阻尼器(5)设在NW型行星减速器(8)的侧面，电磁阻尼器(5)的顶部为输入端。

9.根据权利要求1所述的一种用于无人机的双余度机电作动前轮转弯装置，其特征在于，电磁阻尼器(5)是采用带刹车的电磁阻尼器，刹车设计为常开式。