CN117489232A - 一种机电一体化货舱门作动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电一体化货舱门作动系统，属于机械传动领域；包括线性作动器、控制面板、传动软轴和电动工具；其中，线性作动器安装在飞机货舱门和机身结构之间，实现开启和关闭货舱门；控制面板安装在飞机蒙皮结构上，用于操控线性作动器开启和关闭货舱门，并显示货舱门相关状态信息；线性作动器和控制面板通过传动软轴连接，实现线性作动器和控制面板之间机械力的传递；断电时，手动通过电动工具驱动传动软轴，带动线性作动器开启和关闭货舱门；线性作动器包括控制驱动器和机电作动器；通过控制驱动器实现将货舱门相关状态信息反馈至控制面板；机电作动器与控制面板通过传动软轴连接；本发明实现货舱门开关的电动或手动控制。

Description

一种机电一体化货舱门作动系统

技术领域

本发明属于机械传动领域，涉及一种机电一体化货舱门作动系统。

背景技术

目前的飞机货舱门均采用手动操作，实现货舱门的开关；自动化程度很低，成本高，重量大，在可靠性差、安全性低、维修成本高，均以不满足现代化自动化的需求。亟需提出一种货舱门作动系统，实现对飞机货舱门的电动/手动操作，具有较高的自动化程度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种机电一体化货舱门作动系统，实现货舱门开关的电动或手动控制。

本发明解决技术的方案是：

一种机电一体化货舱门作动系统，包括线性作动器、控制面板、传动软轴和电动工具；

其中，线性作动器安装在飞机货舱门和机身结构之间，实现开启和关闭货舱门；控制面板安装在飞机蒙皮结构上，用于操控线性作动器开启和关闭货舱门，并显示货舱门相关状态信息；线性作动器和控制面板通过传动软轴连接，实现线性作动器和控制面板之间机械力的传递；断电时，手动通过电动工具驱动传动软轴，带动线性作动器开启和关闭货舱门。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述线性作动器包括控制驱动器和机电作动器；控制驱动器为控制核心；通过控制驱动器实现将货舱门相关状态信息反馈至控制面板；机电作动器为执行部件，机电作动器与控制面板通过传动软轴连接。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，通过控制面板给控制驱动器提供电源；控制驱动器接收来自飞机舱门信号系统和LGCU的信号，同时接收控制面板的开启指令和关闭指令，驱动机电作动器运动到预定位置，同时将自身的状态信息反馈给控制面板，实现对货舱门的开/关控制。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述机电作动器包括电机、滚珠丝杠副、差速器、电磁锁、双向逆止器；

电动模式下，双向逆止器处于逆止状态；电机驱动差速器，进而驱动滚珠丝杠副运动，带动货舱门的开启和关闭；货舱门开启/关闭到位后，电磁锁落锁，锁定电机，电机断电。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述手动模式下，电磁锁落锁，电机处于停止状态；通过电动工具驱动传动软轴，进而驱动双向逆止器，驱动差速器，最终驱动滚珠丝杠副运动运动，带动货舱门的开启和关闭。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述控制驱动器包括控制板组件、驱动板组件、电源接口板组件、信号接口板组件；

其中，通过电源接口板组件接入外部供电；通过信号接口板组件接收外部信息，并发送至控制板组件；控制板组件生成PWM信号，并输出至驱动板组件；驱动板组件根据PWM信号实现对机电作动器的驱动。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述信号接口板组件接收的信息包括飞机信号、控制面板的控制指令、机电作动器电机的位置信息和速度信息。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述控制板组件内部设置有FPGA；通过FPGA对飞机信号、控制面板的控制指令、机电作动器电机的位置信息和速度信息进行综合解析，生成PWM信号。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，所述FPGA同时将监测到的各类信息通过输出隔离电路传送给控制面板。

在上述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：货舱门作动系统采用位置-速度-电流三环控制方式，实现闭环综合控制；采用PMSM永磁同步伺服电机作为动力输出滑移量小于0.112mm。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1本发明的货舱门作动系统由三个航线可更换单元组成，分别为线性作动器，控制面板，传动软轴，可实现对飞机货舱门的电动/手动操作；

2本发明具有较高的自动化程度，在可靠性、安全性、维修性指标上实现大幅提高，且加工难度小、成本低、重量轻，适合飞机应用，尤其适合在全电/多电飞机上应用；

3本发明采用FPGA作为唯一控制芯片以及PMSM永磁同步伺服电机机电方案，实现了电动/手动异构双冗余，最终实现了位置－速度－电流三闭环控制，滑移量小于0.112mm。

附图说明

图1为本发明货舱门作动系统示意图；

图2为本发明线性作动器外形图；

图3为本发明控制面板外形图；

图4为本发明传动软轴外形图；

图5为本发明机电作动器示意图；

图6为本发明控制驱动器示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明提供了一种机电一体化货舱门作动系统，系统采用外推上翻式布置，提供开关货舱门的驱动力和控制功能。货舱门作动系统由三个航线可更换单元组成，分别为线性作动器，控制面板，传动软轴，可实现对飞机货舱门的电动/手动操作，具有较高的自动化程度，在可靠性、安全性、维修性指标上实现大幅提高，且加工难度小、成本低、重量轻，适合飞机应用，尤其适合在全电/多电飞机上应用。

机电一体化货舱门作动系统，如图1所示，具体包括线性作动器1、控制面板2、传动软轴3和电动工具4。其中，线性作动器1安装在飞机货舱门和机身结构之间，实现开启和关闭货舱门；控制面板2安装在飞机蒙皮结构上，用于操控线性作动器1开启和关闭货舱门，并显示货舱门相关状态信息；线性作动器1和控制面板2通过传动软轴3连接，实现线性作动器1和控制面板2之间机械力的传递；断电时，手动通过电动工具4驱动传动软轴3，带动线性作动器1开启和关闭货舱门。线性作动器1具体结构图如图2所示。控制面板硬件示意图如图3所示。传动软轴具体结构如图4所示。

如图1所示，线性作动器1包括控制驱动器1-1和机电作动器1-2；控制驱动器1-1为控制核心；通过控制驱动器1-1实现将货舱门相关状态信息反馈至控制面板2；机电作动器1-2为执行部件，机电作动器1-2与控制面板2通过传动软轴3连接。通过控制面板2给控制驱动器1-1提供电源；控制驱动器1-1接收来自飞机舱门信号系统和LGCU的信号，同时接收控制面板2的开启指令和关闭指令，驱动机电作动器1-2运动到预定位置，同时将自身的状态信息反馈给控制面板，实现对货舱门的开/关控制。

如图5所示，机电作动器1-2包括电机1-2-1、滚珠丝杠副1-2-2、差速器1-2-3、电磁锁1-2-5、双向逆止器1-2-5。电动模式下，双向逆止器1-2-5处于逆止状态；电机1-2-1驱动差速器1-2-3，进而驱动滚珠丝杠副1-2-2运动，带动货舱门的开启和关闭；货舱门开启/关闭到位后，电磁锁1-2-5落锁，锁定电机1-2-1，电机断电。

在手动模式下，电磁锁1-2-5落锁，电机1-2-1处于停止状态；通过电动工具4驱动传动软轴3，进而驱动双向逆止器1-2-5，驱动差速器1-2-3，最终驱动滚珠丝杠副运动1-2-2运动，带动货舱门的开启和关闭。

如图6所示，控制驱动器1-1包括控制板组件1-1-1、驱动板组件1-1-2、电源接口板组件1-1-3、信号接口板组件1-1-4；

其中，通过电源接口板组件1-1-3接入外部供电；通过信号接口板组件1-1-4接收外部信息，并发送至控制板组件1-1-1；控制板组件1-1-1生成PWM信号，并输出至驱动板组件1-1-2；驱动板组件1-1-2根据PWM信号实现对机电作动器1-2的驱动。信号接口板组件1-1-4接收的信息包括飞机信号、控制面板2的控制指令、机电作动器1-2电机的位置信息和速度信息。

控制板组件1-1-1内部设置有FPGA1-1-1-1；通过FPGA1-1-1-1对飞机信号、控制面板2的控制指令、机电作动器1-2电机的位置信息和速度信息进行综合解析，生成PWM信号。FPGA1-1-1-1同时将监测到的各类信息通过输出隔离电路传送给控制面板2。

本发明货舱门作动系统采用位置-速度-电流三环控制方式，实现闭环综合控制；采用PMSM永磁同步伺服电机作为动力输出滑移量小于0.112mm。

本发明提供了一种新式的机电一体化货舱门作动系统，包括线性作动器、控制面板和传动软轴：

飞机卸货过程中，线性作动器进行自检，自检结果正常时进入工作模式接受开门指令后开启货舱门：控制面板通过将开门指令发送线性作动器，由线性作动器的控制器进行运算，驱动电机转动，电机带动作动杆伸出，作动杆推动货舱门开启；

卸货完成后，线性作动器进行自检，自检结果正常时进入工作模式接受关门指令后关闭货舱门：控制面板通过将关门指令发送线性作动器，由线性作动器的控制器进行运算，驱动电机转动，电机带动作动杆回拉，作动杆拉动货舱门关闭。

此方案的特点如下：

1、电动/手动异构双冗余。

2、PMSM永磁同步伺服电机机电方案；

3、采用位置－速度－电流三闭环控制，滑移量小于0.112mm。

4、采用FPGA作为唯一控制芯片；

本发明的货舱门作动系统由三个航线可更换单元组成，分别为线性作动器，控制面板，传动软轴，可实现对飞机货舱门的电动/手动操作。

本发明具有较高的自动化程度，在可靠性、安全性、维修性指标上实现大幅提高，且加工难度小、成本低、重量轻，适合飞机应用，尤其适合在全电/多电飞机上应用。

本发明采用FPGA作为唯一控制芯片以及PMSM永磁同步伺服电机机电方案，实现了电动/手动异构双冗余，最终实现了位置－速度－电流三闭环控制，滑移量小于0.112mm。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：包括线性作动器(1)、控制面板(2)、传动软轴(3)和电动工具(4)；

其中，线性作动器(1)安装在飞机货舱门和机身结构之间，实现开启和关闭货舱门；控制面板(2)安装在飞机蒙皮结构上，用于操控线性作动器(1)开启和关闭货舱门，并显示货舱门相关状态信息；线性作动器(1)和控制面板(2)通过传动软轴(3)连接，实现线性作动器(1)和控制面板(2)之间机械力的传递；断电时，手动通过电动工具(4)驱动传动软轴(3)，带动线性作动器(1)开启和关闭货舱门。

2.根据权利要求1所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述线性作动器(1)包括控制驱动器(1-1)和机电作动器(1-2)；控制驱动器(1-1)为控制核心；通过控制驱动器(1-1)实现将货舱门相关状态信息反馈至控制面板(2)；机电作动器(1-2)为执行部件，机电作动器(1-2)与控制面板(2)通过传动软轴(3)连接。

3.根据权利要求2所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：通过控制面板(2)给控制驱动器(1-1)提供电源；控制驱动器(1-1)接收来自飞机舱门信号系统和LGCU的信号，同时接收控制面板2的开启指令和关闭指令，驱动机电作动器(1-2)运动到预定位置，同时将自身的状态信息反馈给控制面板，实现对货舱门的开/关控制。

4.根据权利要求2所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述机电作动器(1-2)包括电机(1-2-1)、滚珠丝杠副(1-2-2)、差速器(1-2-3)、电磁锁(1-2-5)、双向逆止器(1-2-5)；

电动模式下，双向逆止器(1-2-5)处于逆止状态；电机(1-2-1)驱动差速器(1-2-3)，进而驱动滚珠丝杠副(1-2-2)运动，带动货舱门的开启和关闭；货舱门开启/关闭到位后，电磁锁(1-2-5)落锁，锁定电机(1-2-1)，电机断电。

5.根据权利要求4所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述手动模式下，电磁锁(1-2-5)落锁，电机(1-2-1)处于停止状态；通过电动工具(4)驱动传动软轴(3)，进而驱动双向逆止器(1-2-5)，驱动差速器(1-2-3)，最终驱动滚珠丝杠副运动(1-2-2)运动，带动货舱门的开启和关闭。

6.根据权利要求3所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述控制驱动器(1-1)包括控制板组件(1-1-1)、驱动板组件(1-1-2)、电源接口板组件(1-1-3)、信号接口板组件(1-1-4)；

其中，通过电源接口板组件(1-1-3)接入外部供电；通过信号接口板组件(1-1-4)接收外部信息，并发送至控制板组件(1-1-1)；控制板组件(1-1-1)生成PWM信号，并输出至驱动板组件(1-1-2)；驱动板组件(1-1-2)根据PWM信号实现对机电作动器(1-2)的驱动。

7.根据权利要求6所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述信号接口板组件(1-1-4)接收的信息包括飞机信号、控制面板2的控制指令、机电作动器(1-2)电机的位置信息和速度信息。

8.根据权利要求7所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述控制板组件(1-1-1)内部设置有FPGA(1-1-1-1)；通过FPGA(1-1-1-1)对飞机信号、控制面板(2)的控制指令、机电作动器(1-2)电机的位置信息和速度信息进行综合解析，生成PWM信号。

9.根据权利要求8所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：所述FPGA(1-1-1-1)同时将监测到的各类信息通过输出隔离电路传送给控制面板2。

10.根据权利要求8所述的一种机电一体化货舱门作动系统，其特征在于：货舱门作动系统采用位置-速度-电流三环控制方式，实现闭环综合控制；采用PMSM永磁同步伺服电机作为动力输出滑移量小于0.112mm。