CN116601404A - 具有集成式停泊制动器的致动器 - Google Patents

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L·施瓦茨
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Abstract

本发明涉及一种用于制动飞行器的轮子(10)的机电致动器(1)的马达子组件(60)，其包括外壳(11)、安装在外壳(11)中以绕轴(15)的纵向轴线(Oy)枢转的轴(15)，包括安装成相对于外壳(11)滑动并设有第二组齿以与第一组齿(18)接合的梭件(30)，致动器(1)还包括选择机构(38、39)，选择机构用于使梭件(30)在第一位置和第二位置中选择性运动，在第一位置中，第一组齿(18)与第二组齿(32)接合，在第二位置中，第一组齿(18、18)与第二组齿(32)脱离，致动器(1)包括用于将梭件(30)保持在其第一位置的设备(40)、和用于永久阻止梭件(30)相对于外壳(11)旋转的设备(35、36)。

Description

具有集成式停泊制动器的致动器
技术领域
本发明涉及制动飞行器轮的领域。
背景技术
已知借助电磁制动致动器来确保飞行器轮的制动，该电磁制动致动器移动推动件以便向轮盘堆上施加压缩力，该轮盘堆包括转子轮盘和定子轮盘，转子轮盘约束成与轮子一起旋转，定子轮盘约束成与其上可旋转地安装有轮子的轮轴一起旋转。致动器通常包括用于旋转输出轴的电动马达，该输出轴连接到用于将输出轴的旋转运动转换为推动件的平移运动的设备。
当飞行器停泊时，压缩力需要保持在轮盘堆上。
还已知电磁制动致动器装配有故障安全停泊制动器，其在致动器马达不再通电时锁定致动器马达的轴，并且一旦马达通电就解锁该轴。当电磁致动器运行时(即在着陆、滑行和起飞阶段期间)，这种停泊制动器需要通电相当长的时间。这增加了制动系统的总体电力消耗，并导致停泊制动器的线圈发热。此外，在停泊制动器发生故障的情况下，其保持接合并持续施加压缩力，这导致在飞机滑行且制动器被锁定的情况下轮盘堆过早磨损，并可能导致制动系统被破坏。
在文献FR A 3 018 880中描述了改进。
发明内容
本发明的目的是进一步改进制动致动器，特别是减少电力消耗并提高可靠性。
为此，提供了一种用于飞行器轮子的机电制动致动器的马达子组件。致动器包括外壳、安装在外壳中以绕轴的纵向轴线旋转的轴、以及安装在外壳内并连接到轴的第一端以驱动轴旋转的电动马达。该轴具有第二端，该第二端布置成功能性地连接到丝杠和螺母组件的可动元件，以便向轮盘堆上施加用于制动轮子的力。该轴具有第一组齿，并且致动器具有梭件，梭件安装成相对于外壳滑动、并设有用于与第一组齿配合的第二组齿。致动器还包括选择器机构，用于使梭件在第一位置与第二位置之间选择性地运动，在第一位置，第一组齿与第二组齿接合，在第二位置，第一组齿与第二齿脱离。致动器还包括用于将梭件保持在其第一位置的保持器设备、和用于持续防止梭件相对于外壳旋转的锁定设备。
在本申请的意义上，用于持续防止梭件旋转的设备意味着该设备是不可分离的。
由此获得了一种致动器马达子组件，其使得制动器推动件能够保持静止而不需要电能以保持在该状态。与摩擦制动设备不同，这种致动器马达子组件可以安装在经润滑的环境中，这意味着不需要在致动器中提供密封隔室，由此改善了制造这种致动器的成本。
当梭件安装在轴上以提供相对于轴的滑动及枢转连接(部)时，获得了特别便宜的设备。具体地，这种连接(部)比滑道连接(部)更简单且成本更低。
当选择器机构包括线圈时，设备的重量减小。
当用于连续(持续)防止梭件相对于外壳旋转的锁定设备包括如下至少一个引导件时，致动器马达子组件更易于制造，该至少一个引导件固定到外壳，且梭件在该至少一个引导件上受引导，以沿基本上平行于纵向轴线的方向滑动。
当梭件包括由非铁磁性材料制成的第一部分和由铁磁性材料制成的第二部分时，致动器马达子组件的寿命得以改善。
有利地，致动器马达子组件还包括用于将梭件保持在其第二位置的设备(装置)。
有利地，用于将梭件保持在其第一位置的设备(装置)包括永磁体和/或用于将梭件保持在其第二位置的设备包括永磁体。
当第一组齿和/或第二组齿包括位于与纵向轴线相交的第一平面中的面部时，获得扭矩限制功能，第一平面和纵向轴线之间的第一角度在5°至85°的范围内。应该记得，在常规方式中，第一平面与纵向轴线之间的角度对应于纵向轴线与其在第一平面上的正交投影所形成的(无符号)角度。
同样有利的是，电动马达在外壳中位于梭件与致动器的输出部之间。
本发明还提供了一种包括上述类型的马达子组件的致动器、包括这种致动器的制动系统以及包括这种制动系统的飞行器。
本发明的其它特征和优点将在阅读以下对本发明的具体、非限制性实施例的说明时显现。
附图说明
参照附图，在附图中：
-图1是本发明的制动系统的示意图；
-图2是本发明第一实施例中的致动器处于第一状态时的剖视示意图；
-图3是图2致动器在平面III-III上的剖视示意图；
-图4是图2致动器处于第二状态时的剖视示意图；
-图5是图2致动器处于中间第三状态时的剖视示意图；以及
-图6是本发明第二实施例中的致动器处于第一状态时的示意图。
具体实施方式
参考图1至图6，本发明涉及一种用于制动飞行器(未示出)的轮子10的系统。
制动系统包括电磁制动致动器，总体标记为1，该电磁制动致动器布置成向轮盘堆9上施加压缩力，该轮盘堆9包括转子轮盘和定子轮盘，转子轮盘约束成与轮子一起旋转，定子轮盘约束成与轮轴(未示出)一起旋转，轮子安装在该轮轴上以旋转。
电磁致动器包括马达子组件60和制动致动器子组件70。马达子组件60包括具有输出轴2的电动马达12，该输出轴2通过齿轮系3连接到制动致动器子组件70。制动致动器子组件70包括螺母4，螺母4安装成在来自齿轮系3的旋转驱动下不平移但自由旋转运动。螺母4具有螺纹5。推动件6约束成与滚珠丝杠7一起平移运动，该滚珠丝杠与螺纹5配合。丝杠7装配有防旋转装置(特别是中心引导件8)，使得螺母4的旋转驱动丝杠7的平移运动，从而驱动推动件6的平移运动。推动件6因此根据指令作用，以向轮盘堆9上施加压缩力。该布置本身是已知的，在此不再对其进行更详细的描述。
如图2所示，马达子组件60包括外壳11，该外壳封围电动马达12，该电动马达连接到电子制动控制单元(未示出)，该电子制动控制单元具有控制为马达12供电的电子电源电路的电子电路。马达12包括紧固到外壳11的定子13、和固定到轴15的第一端15.1的转子14，轴15安装在外壳11中以借助第一轴承16和第二轴承17绕纵向轴线Oy旋转。轴15具有第二端15.2，该第二端突出到外壳11之外并且具有用于构成马达子组件60的输出部2的齿。轴15设有具有三个齿19的第一组齿18。齿19是三角形的，它们由位于不包含纵向轴线Oy(换言之，与轴线Oy相交的平面)和不垂直于所述轴线的相应平面中的面部20和21限定。
梭件30安装在轴15上以提供相对于轴15的滑动及枢转连接部，并提供相对于外壳11的滑道连接部(即仅滑动连接部)。在梭件30的第一端31处，梭件30设有适于与第一组齿18配合的第二组齿32。如图2所示，梭件30在外壳11中位于马达12与出口2之间。如图3所示，梭件(shuttle，往复件)30具有由青铜制成的圆筒形管状的中心第一部分33，该中心第一部分33具有同样由青铜制成的从其径向突出的套环34。中心第一部分33是光滑(平滑)的，并且其围绕轴15的光滑(平滑)部分延伸。铁磁性材料、特别是铁氧体的环34.1位于套环34的外周处。套环34包括孔35，该孔接纳固定到外壳11的钢引导件36，并且梭件30在该钢引导件上被引导，以沿着基本上平行于纵向轴线Oy的方向滑动。引导件36和孔35构成锁定设备，该锁定设备持续地防止梭件30相对于外壳11旋转。外壳11限定壳体37，该壳体37接纳位于马达12旁边的第一线圈38、和位于输出部2旁边的第二线圈39，这两个线圈通过永磁体40彼此间隔开。永磁体40由环形支承件41保持就位，该环形支承件由铁磁性材料制成，并且具有第一凸缘42和第二凸缘43。第一凸缘42面向第一线圈38的第一外侧面38.1。第二凸缘43面向第二线圈39的第二外侧面39.2。第一线圈38和第二线圈39电连接到电子制动控制单元。由盖44封闭壳体37，盖44由铁磁性材料制成并具有用于供轴15经过的开口45。
梭件30可以采用两个极限位置，即：
-第一位置，如图2所示，其中，套环34更靠近第一线圈30，第一组齿38与第二组齿32接合；以及
-第二位置，如图4所示，其中，套环34更靠近第二线圈39，第一组齿18与第二组齿32脱离。
因此，当梭件30处于其第一位置时，其被第一组齿18和第二组齿32约束成与轴15一起旋转。由于梭件被持续锁定以防止相对于外壳11旋转，因此轴15被锁定以防止相对外壳11旋转。当梭件30处于其第二位置时，轴15相对于外壳11绕纵向轴线Oy自由旋转。永磁体40和铁氧体环34.1具有相应的极性和尺寸，使得由施加第一磁力Fm1的永磁体40将梭件30保持在其第一位置。以同样方式，在第一线圈38和第二线圈39未通电的情况下，由施加第二磁力Fm2的永磁体40将梭件30保持在其第二位置。
在运行中，当飞行器驾驶员发出制动命令时，电子制动控制单元为上线圈38和下线圈39供电，使它们向环34.1上施加第二磁力Fb1，该磁力Fb1足以克服第一磁力Fm1，并将梭件30移向其第二位置(图2)。当电子制动控制单元停止为上线圈38和下线圈39供电时，在永磁体40的作用下，梭件30保持在其第二位置(图4)，永磁体40的场线穿过环34.1、外壳11和支承件41的第二凸缘43成环(形成回路)。然后，电子制动控制单元可以使马达12通电，以便以常规方式向轮盘堆9上施加压缩力，从而能够在飞行器滑行时使其停止。一旦飞行器已经停靠在其停泊位置，电子制动控制单元控制马达12，使得其施加用于将飞行器保持就位的压缩力。然后，电子制动控制单元为上线圈38和下线圈39供电，使它们向环34.1上施加第二磁力Fb2，该磁力Fb2足以使梭件30返回其第一位置(图4)。当电子制动控制单元停止为上线圈38和下线圈39供电时，梭件30在永磁体40的作用下保持在其第二位置(图2)，永磁体40的场线穿过环34.1、盖44和支承件41的第二凸缘42成环(形成回路)。在该第一位置中，轴15被锁定以防止旋转，并且由推动件6施加的力被维持。在适当的时间延迟之后，电子制动控制单元停止向马达12供电，并且在不消耗能量的情况下，马达子组件60用作施加用于将飞行器保持就位的压缩力(即，停泊力)。
这就获得了电力消耗减少的制动致动器。
当轮盘堆9(例如由于与制动后制动器的热膨胀/收缩相关的现象)在推动件6上施加大于制动力的相反力时，该大于制动力的相反力产生了相反扭矩，经由将推进件6和轴15连接在一起的传动系(图5)将该相反扭矩施加到轴15。当相反扭矩超过预先确定的阈值时，由第一组齿18施加在第二组齿32上的力足以克服第一磁力Fm1，从而推回梭件30(图5)，允许轴15相对于外壳11旋转，从而作为施加到马达子组件60的扭矩的限制器。相反扭矩随着轴15的旋转而逐渐减小。在低于阈值时，相反扭矩不再足以克服第一磁力Fm1，梭件30返回到其第一位置。这种重新接合对应于飞行器应用了其停泊制动器。
在第二实施例中，如图6所示，马达12在外壳11中位于梭件30与致动器1的输出部2之间。
当然，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖落入由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
具体地：
-尽管如上所述，第一组齿和第二齿组包括三个三角形齿，但本发明同样适用于其他类型的齿组，如具有一个、两个、四个或更多个齿的齿组。齿组可以有一些其它轮廓，例如螺旋形、锯齿形或任何其它轮廓，其具有至少一个面部位于与纵向轴线相交的平面中，其中，第一平面与纵轴之间的第一角度在5°至85°的范围内；
-尽管如上所述，梭件包括由青铜制成的中心部分、和铁磁材料环，但本发明同样适用于用于梭件的其它类型材料，例如，完全由铁磁材料制成的梭件，或者梭件中的中心部分由非磁性不锈钢制成的梭件；
-尽管如上所述，致动器具有两个线圈，但本发明同样适用于用于使梭件从其第一位置行进到其第二位置的其它类型的选择器机构，例如，单个线圈、两个以上的线圈、机械作用在梭件上的叉件、或推动件；
-尽管如上所述，致动器包括作用在梭件的铁磁部分上的永磁体，但本发明同样适用于用于将梭件保持在其第一位置的其它类型的设备，例如弹簧或弹簧垫圈堆；
-尽管如上所述，致动器包括固定到外壳并且梭件在其上滑动的引导件，但是本发明同样适用于用于持续(连续)防止梭件相对于外壳旋转的其它类型的锁定设备，例如，具有与外壳的互补沟槽配合的沟槽的梭件；
-尽管如上所述，致动器使螺母旋转，但本发明同样适用于使丝杠和螺母组件的另一元件(例如，丝杠)旋转的致动器；
-尽管如上所述，致动器包括由铁磁性材料制成的介质，但本发明同样适用于不具有这种介质的致动器，仅线圈和永磁体的布置就足以将套环保持在两个稳定状态，即套环处于其第一位置的第一状态和套环处于其第二位置的第二状态；以及
-尽管如上所述，引导件由钢制成，但本发明同样适用于由其它材料制成的引导件，例如，青铜或其它镍-铜-锡合金。

Claims (16)

1.一种用于飞行器轮子(10)的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，所述马达子组件(60)包括外壳(11)、安装在所述外壳(11)中以绕所述轴(15)的纵向轴线(Oy)旋转的轴(15)、以及安装在所述外壳中并连接到所述轴(15)的第一端(15.1)以驱动其旋转的电动马达(12)，所述轴(15)具有第二端(15.2)，所述第二端布置成功能性地连接到丝杠和螺母组件(4、7)的可动元件以向轮盘堆(9)施加用于制动所述轮子(10)的力，其特征在于，所述轴(15)具有第一组齿(18)，所述马达子组件(60)具有梭件(30)，所述梭件安装成相对于所述外壳(11)滑动、并设有用于与所述第一组齿(18)配合的第二组齿(32)，其中，所述马达子组件(60)包括选择器机构(34、38、39、40、41、44)以使所述梭件(30)在第一位置与第二位置之间选择性运动，在所述第一位置中，所述第一组齿(18)与所述第二组齿(32)接合，在所述第二位置中，所述第一组齿(18)与所述第二组齿(32)脱离，所述马达子组件(60)包括保持设备(40)和锁定设备(35、36)，所述保持设备用于将所述梭件(30)保持在其第一位置，所述锁定设备用于持续防止所述梭件(30)相对于所述外壳(11)旋转。
2.根据权利要求1所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述梭件(30)安装在所述轴(15)上以提供相对于所述轴(15)的滑动及枢转连接部。
3.根据权利要求2所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述滑动及枢转连接部包括围绕所述轴(15)的平滑部分延伸的中心第一部分(33)。
4.根据权利要求1或2所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述梭件(30)安装成提供相对于所述外壳(11)的滑道连接部。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述选择器机构(34、38、39、40、41)包括线圈(38、39)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，用于持续防止所述梭件(30)相对于所述外壳(11)旋转的所述锁定设备(35、36)包括固定到所述外壳(11)的至少一个引导件(36)，所述梭件(30)在所述至少一个引导件上受引导，以沿基本上平行于所述纵向轴线(Oy)的方向滑动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述梭件(30)包括由非铁磁性材料制成的第一部分(33)、和由铁磁性材料制成的第二部分(34.1)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述梭件(30)在所述外壳(11)中位于所述电动马达(12)与所述致动器(1)的输出部(2)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，还包括保持设备(40)，所述保持设备用于将所述梭件(30)保持在其第二位置。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，用于将所述梭件(40)保持在其第一位置的所述保持设备(40)包括永磁体(40)。
11.根据权利要求9所述的致动器马达子组件(60)，其特征在于，用于将所述梭件(40)保持在其第二位置的所述保持设备(40)包括永磁体(40)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述第一组齿(18)和/或所述第二组齿(32)包括位于与所述纵向轴线(Oy)相交的第一平面中的面部，所述第一平面与所述纵轴线(Oy)之间的第一角度在5°至85°的范围内。
13.根据前述权利要求中任一项所述的机电制动致动器(1)的马达子组件(60)，其特征在于，所述电动马达(12)在所述外壳(11)中位于所述梭件(30)与所述致动器(1)的输出部(2)之间。
14.一种制动致动器(1)，包括根据前述权利要求中任一项所述的马达子组件(60)。
15.一种用于飞行器轮子(10)的制动系统，所述制动系统包括轮盘堆(9)，所述轮盘堆具有转子轮盘、定子轮盘和根据权利要求14所述的致动器(1)，所述转子轮盘约束成与所述轮子一起旋转，所述定子轮盘约束成与其上能旋转地安装所述轮子(10)的轮轴一起旋转，所述致动器用于向所述轮盘堆(9)上施加压缩力。
16.一种飞行器，所述飞行器包括至少一个轮子(10)，所述轮子设有根据权利要求15所述的制动系统。
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