ES2252548T3 - Perfeccionamientos en los accionadores mecanicos. - Google Patents

Perfeccionamientos en los accionadores mecanicos.

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ES2252548T3 ES02801159T ES02801159T ES2252548T3 ES 2252548 T3 ES2252548 T3 ES 2252548T3 ES 02801159 T ES02801159 T ES 02801159T ES 02801159 T ES02801159 T ES 02801159T ES 2252548 T3 ES2252548 T3 ES 2252548T3
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Philippe Gouze
Yvon Joncour
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Abstract

Accionador electromecánico que comprende por lo menos un motor (1) eléctrico, así como unos medios de acoplamiento y de reducción que accionan un eje de salida, caracterizado porque estos medios de acoplamiento y de reducción engranan con un plato de manivela (7) adecuado para ser desplazado en rotación con una carrera angular limitada por dos topes, estando una pequeña biela (9) articulada por un extremo a un brazo de manivela (8) de dicho plato de manivela (7) y estando articulada por su otro extremo a una biela (10) de gran longitud que es solidaria a su vez del eje de salida, estando cada uno de los dos extremos de esta biela (10) de gran longitud respectivamente guiados en el desplazamiento a lo largo de una guía, y porque el ángulo de desplazamiento entre dichos dos topes es superior a 180º, encontrándose los movimientos de la biela (10) estructuralmente bloqueados cuando, el plato de manivela (7) se encuentra en la proximidad inmediata de uno de sus límites de carrera como consecuencia de haber rebasado el límite.

Description

Perfeccionamientos en los accionadores mecánicos.
Ámbito general y estado de la técnica.
La presente invención se refiere a accionadores electromecánicos.
La misma encuentra una aplicación ventajosa en los accionadores que equipan las cajas de enganches de los trenes de aterrizaje y sus puertas en las aeronaves.
El documento US nº 3.942.385 da a conocer un accionador que comprende un motor y medios de acoplamiento que accionan un eje de salida.
En particular, el objetivo principal del dispositivo propuesto es asegurar en modo de emergencia el desbloqueo mecánico que permite la salida del tren de aterrizaje por gravedad.
Este objetivo se alcanza, según la invención, mediante un accionador tal como el definido en la reivindicación 1.
Presentación de la invención
La solución propuesta se basa principalmente en la utilización de tecnologías comprobadas, pero cuya aplicación permite una ganancia en peso, una configuración simple y un consumo de corriente reducido, respecto a las soluciones tradicionales. La reducción de peso, además de su impacto directo, permite reducir las tensiones mecánicas ligadas a las aceleraciones elevadas durante su utilización. La configuración simple y el número reducido de piezas, permite garantizar un nivel de fiabilidad elevado. Por último, el consumo reducido debido a un rendimiento elevado del accionador presenta no solamente interés a nivel del generador, sino que también evita calentamientos y tensiones perjudiciales para una buena fiabilidad.
Más concretamente, la invención propone un accionador electromecánico que comprende por lo menos un motor eléctrico, así como unos medios de acoplamiento y de reducción que accionan un eje de salida,
caracterizado porque estos medios de acoplamiento y de reducción engranan con un plato de manivela apto para ser desplazado en rotación con una carrera angular limitada por dos topes, estando una pequeña biela articulada por un extremo a un brazo de manivela de dicho plato de manivela, y estando articulada por el otro extremo a una biela de gran longitud que es solidaria a su vez del eje de salida, estando guiados respectivamente los dos extremos de esta biela de gran longitud durante el desplazamiento a lo largo de una guía, y porque el ángulo de desplazamiento entre estos dos topes es superior a 180º, encontrándose los desplazamientos de la biela estructuralmente bloqueados cuando el plato de manivela se encuentra en la proximidad inmediata de uno de sus límites de carrera como consecuencia de haber sobrepasado el límite.
Presentación de las figuras
Otras características y ventajas de la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente a título puramente ilustrativo y no limitativo, y que debe ser entendida a la vista de los dibujos adjuntos, en los que:
-
las figuras 1 y 2 son unas cadenas cinemáticas que ilustran una primera forma de realización posible de la invención;
-
las figuras 3 y 4 son unas cadenas cinemáticas que ilustran otra forma de realización posible de la invención;
-
las figuras 5 y 6 son unas representaciones esquemáticas en perspectiva, que ilustran el desplazamiento de la biela del modo de realización de las figuras 3 y 4; y
-
la figura 7 es la curva del desplazamiento angular de la biela en función de la posición angular del plato de manivela.
Descripción de uno o varios modos de realización de la invención Generalidades
A continuación se describen dos formas de realización.
En una y otra de estas dos formas, se observará la ausencia de diferencial y de rueda/tornillo tangente. Estas elecciones permiten:
\Box
Fiabilidad (por la reducción del número de piezas y de la configuración),
\Box
Consumo (por un rendimiento elevado motor/salida),
\Box
Entorno vibratorio
El accionador según la primera forma de realización presenta una definición particularmente simple y un número reducido de piezas.
Comprende:
\Box
Un motor asíncrono trifásico compuesto por un rotor de jaula de ardilla, un estator de doble bobinado aislado, y unas protecciones contra bloqueos. Este motor está derivado de aplicaciones "espaciales". Las partes móviles son de masa reducida para soportar vibraciones y choques.
\Box
Un acoplador sincrónico de imán permanente, que permite desembragar el motor cuando el accionador llega al tope.
\Box
Un reductor reversible de rendimiento elevado.
\Box
Un dispositivo irreversible de palancas, que permite garantizar la irreversibilidad al final de la carrera. Este dispositivo evita la utilización de un tornillo tangente perjudicial para el rendimiento, y por consiguiente la utilización de un motor "sobredimensionado", y garantiza una irreversibilidad "positiva" independiente de las vibraciones.
El accionador según la segunda forma de realización comprende por su parte los elementos siguientes:
\Box
Dos motores asíncronos trifásicos clásicos.
\Box
Dos acopladores compuestos cada uno de ellos por un acoplador centrífugo y por un acoplador sincrónico. Estos acopladores permiten desembragar los motores cuando el accionador llega al tope, y garantizar el funcionamiento en caso de bloqueo del motor. La utilización de dichos dispositivos permite garantizar:
\Box
Un reductor y un dispositivo de palanca
Primera forma de realización
La solución escogida permite utilizar el mismo accionador para las diferentes aplicaciones de las cajas de enganche denominadas "UPLOCKS".
Evidentemente, se pueden adaptar variantes en función de las carreras de desplazamiento.
Las soluciones aplicadas para garantizar las funciones de los accionadores se presentan en la configuración descrita a continuación:
El esquema de la cadena cinemática está representado en la Figura 1.
El motor 1 de tecnología asíncrona trifásica, alimentado con corriente alterna de 115 V y a una frecuencia variable entre 360 y 800 Hz, posee un doble bobinado en el estator y un único rotor. Cada bobinado es independiente y está aislado eléctricamente.
Esta solución presenta la ventaja de ser mucho más fiable que ninguna otra tecnología de motores. En efecto, el número de piezas y de componentes es reducido, tanto en la fabricación del motor como en su mando y en su filtrado EMC/EMI. Además, el número de piezas en movimiento está limitado a lo estrictamente necesario, todo lo cual es preferible a dos motores acoplados sobre un tren de engranajes con diferencial.
Este dispositivo funciona sin circuito electrónico, lo que evita principalmente los inconvenientes relacionados con la fiabilidad y la obsolescencia de los componentes activos o pasivos.
El eje de salida (3) que es único, está acoplado directamente a un limitador de par (rep. 4) destinado a amortiguar el choque de la detención brutal de los elementos de la cadena cinemática cuando la salida del reductor o el eje de salida chocan con los topes mecánicos de final de carrera. Este limitador permite asimismo que el motor continúe girando cuando el reductor está detenido y de esta forma prolonga la duración de los bobinados.
Este limitador de par de tecnología magnética (rep. 4), representa el interés de transmitir un par escaso y por tanto presentar dimensiones reducidas.
\newpage
Además, esta técnica presenta la ventaja de reducir considerablemente la disipación de energía suministrada por el motor cuando el eje de salida llega al tope, ya que la pérdida de sincronismo ocasiona el desenganche magnético y por consiguiente la caída del par en la transmisión. El motor gira entonces prácticamente en vacío.
La salida del limitador de par está provista de un piñón (rep. 5) que engrana directamente con la primera etapa de un reductor (rep. 6) de dentados rectos. Para obtener un buen rendimiento de este reductor, las primeras etapas están provistas de rodamientos de bolas pretensados sobre los cojinetes. Las etapas de salida disponen de anillos lisos.
El piñón de salida del reductor engrana directamente con un plato-manivela 7 provisto de una rueda dentada y un brazo de manivela 8. Este plato presenta un movimiento de rotación cuya amplitud angular está limitada a 200º aproximadamente, por medio de 2 topes solidarios del cuerpo del accionador. Dichos topes mecánicos permiten el enclavamiento de una pequeña biela 9 dispuesta al final de la carrera del plato 7.
Esta pequeña biela 9 de corta longitud cuya cabeza está articulada sobre el brazo de manivela del plato-manivela 7, imprime un movimiento de rotación al extremo de una biela 10 de gran longitud que se desplaza entre 2 guías. El otro extremo de esta biela es solidario del eje de salida del accionador para transmitir un movimiento de rotación limitado (por ejemplo, de 12º ó 13º).
Dicho sistema mecánico forma una cinemática que se bloquea en los extremos de la carrera angular.
En su rotación en sentido anti-horario (CCW), el punto B que representa el brazo de manivela del plato, entra en contacto con el tope mecánico CCW (este tope puede ser exterior al accionador) después de haber rebasado el punto E (véase la figura 2). Este punto E es fijo en relación al cárter del accionador y es el límite de la carrera que materializa el punto de no retorno posible del movimiento del plato por la acción de la pequeña biela sin encontrar el tope CCW.
El sistema biela + pequeña biela + plato + tope se encuentra de esta forma bloqueado en sentido anti-horario (CCW) contra cualquier movimiento que proceda de la biela y por consiguiente del eje de salida del accionador simbolizado por el punto D (véase la posición de la figura 2).
Únicamente la inversión del sentido de rotación del plato 7, que puede girar en sentido horario, permite que la pequeña biela 9 y la biela 10 se desplacen, y de esta manera desbloqueen la cadena cinemática.
En este momento, esta biela se desplaza en primer lugar hacia el tope exterior al accionador aplicando una tensión al subconjunto pequeña biela + biela, haciendo que en este momento el eje de salida (punto D) ya no gire. Esta tensión es absorbida por una deformación elástica de una de las piezas (de forma segura) que compone la cinemática. Esta deformación alcanza su máximo cuando el punto B (brazo de manivela) alcanza el punto E y disminuye más allá hasta liberar el eje de salida en rotación.
De esta forma, después de haber rebasado el punto E (fijo con respecto al cárter) el brazo de manivela se encontrará con el otro tope CW girando en sentido horario (CW).
En su rotación en sentido horario (CW), el punto B, que simboliza el brazo de manivela, entra en contacto esta vez con el tope mecánico CW (este tope puede ser exterior al accionador) después de haber rebasado el punto F (véase la figura 3). Este punto F es fijo en relación al cárter del accionador y es el límite de la carrera que materializa el no retorno posible del movimiento del plato por la acción de la pequeña biela sin encontrar el tope CW.
El sistema biela + pequeña biela + plato + tope se encuentra de esta forma bloqueado en sentido horario (CW) contra cualquier movimiento que proceda de la biela, y por consiguiente del eje de salida del accionador simbolizado por el punto D (véase la posición de la figura 3).
Únicamente la inversión del sentido de rotación del plato 7, que puede girar en sentido anti-horario, permite que la pequeña biela 9 y la biela 10 se desplacen y desbloqueen así la cinemática.
En este momento, esta biela se desplaza en primer lugar hacia el tope exterior al accionador, aplicando una tensión al subconjunto pequeña biela + biela; en este momento el eje de salida (punto D) ya no gira. Esta tensión es absorbida por una deformación elástica de una de las piezas (de forma segura) que compone la cinemática. Esta deformación alcanza su máximo cuando el punto B (brazo de manivela) llega al punto F y disminuye más allá hasta liberar el eje de salida en rotación.
De esta forma, después de haber rebasado el punto F (fijo con respecto al cárter) el brazo de manivela encontrará el otro tope CCW girando en sentido horario (CCW).
Segunda forma de realización
Como en el caso de la opción 1, el principio escogido consiste asimismo en utilizar el mismo accionador para las 7 aplicaciones diferentes de cajas de enganche "UPLOCKS". Si es preciso, podrá adaptarse una variante para distinguir las carreras con giro de 13º, con respecto a las de 12º.
Las soluciones aplicadas para garantizar las funciones de los accionadores se presentan en la configuración descrita a continuación:
El esquema de la cadena cinemática está representado en la Figura 4 de la página siguiente.
Dos motores (rep. 1 y 2) de tecnología asíncrona trifásica alimentados con corriente alterna de 115 V y a una frecuencia variable entre 360 y 800 Hz, presentan un único bobinado en el estator.
Esta solución presenta la ventaja de ser mucho más fiable que cualquier otra tecnología de motor. En efecto, el número de piezas y de componentes es reducido tanto en la fabricación del motor como en su mando y en su filtrado EMC/EMI. Además, el número de piezas en movimiento es reducido lo que es preferible a dos motores acoplados sobre un tren de engranajes con diferencial.
Este dispositivo funciona sin circuito electrónico, evitando principalmente los inconvenientes relacionados con la fiabilidad y la obsolescencia de los componentes activos o pasivos.
El eje de salida de cada uno de los motores está acoplado directamente a un embrague centrífugo 3 que permite desacoplar el rotor de un motor averiado de la cadena cinemática del accionador. De esta manera el motor válido puede ponerse en marcha sin accionar la carga suplementaria del motor que falla.
La salida del embrague centrífugo está conectada a un limitador de par 4 destinado a amortiguar el choque de la detención brutal de los elementos de la cadena cinemática cuando la salida del reductor o el eje de salida chocan con los topes mecánicos de final de carrera. Este limitador permite también que el motor continúe girando cuando el reductor está detenido, prolongando la duración de los bobinados.
Este limitador es de tecnología magnética 4, que presenta el interés de transmitir un par escaso y por tanto presentar dimensiones reducidas.
Además, esta técnica reduce considerablemente la disipación de energía suministrada por el motor cuando el eje de salida llega al tope, ya que la pérdida de sincronismo ocasiona el desenganche magnético y por consiguiente la caída del par en la transmisión. El motor gira entonces prácticamente en vacío.
La salida de cada uno de los dos limitadores 4 está acoplada a un piñón 5 que engrana directamente con la primera etapa de un reductor 6 de dentados rectos. Para obtener un buen rendimiento de este reductor, las primeras etapas están provistas de rodamientos de bolas pretensados sobre los cojinetes. Las etapas de salida disponen de anillos lisos.
El piñón de salida del reductor engrana directamente con un plato-manivela 7 provisto de una rueda dentada y de un brazo de manivela 8. Dicho plato está unido al sistema de bielas que permite el enclavamiento irreversible del eje de salida (rep. 11) al final de su carrera, siendo esta disposición idéntica a la de la primera forma de realización.
La descripción del funcionamiento del sistema de irreversibilidad se describe más arriba en la solución del primer modo de realización.
Ejemplo de dimensionados
La relación de reducción es elevada y calculada en base a motores de 2 pares de polos:
N motor = 10.500 rpm para un deslizamiento reducido, es decir, de 175 r/s cuando la frecuencia es de 360 Hz.
El brazo de manivela de salida (rep. 8 de la fig. 1) del reductor debe girar a 0,24 r/s.
La relación es por tanto de 175/0,24 = 729 para el reductor.
El reductor (rep. 6) se compone de 4 etapas:
-
R1, sobre el plato de manivela = 5,8 (módulo de 0,75 mm)
-
R2 = R3 = R4 = 5 (módulo de 0,5 mm) con ruedas escalonadas idénticas.
La relación del reductor es por tanto de: 5,8 x 125 = 725
El piñón de ataque (salida del motor) está provisto de 15 dientes
El rendimiento del reductor es de: 0,92 x 0,97 x 0,97 x 0,97 = 0,84
-
0,92 para R1
-
0,97 para R2, R3 y R4
El rendimiento del sistema biela-manivela es de: 0,98 x 0,92 x 0,95 = 0,85
-
0,98 para el eje de salida
-
0,92 para el acoplamiento de las bielas (guía incluida)
-
0,95 para la manivela
O sea, un rendimiento mecánico global de 0,89 x 0,88 = 0,71
El par de entrada que debe superarse es de 60 Nm (AT) en 2,5 segundos o bien de 120 Nm (2 AT) en mucho más tiempo.
La reducción del sistema de bielas es aproximadamente 10.
Para prevenir los efectos de la rotación en sentido contrario en presencia del entorno mecánico (vibraciones, choques, sacudidas, etc.) está previsto un par de fricción para mantener la manivela en el tope en la primera etapa del reductor: es decir aproximadamente 0,001 Nm. Esta fricción la realiza un órgano magnético de imanes permanentes.
El dimensionado del motor para un único bobinado es el siguiente:
Par a arrastrar en las peores condiciones:
(60 / 10 / 725 / 0,71) + 0,001 = 0,013 Nm

Claims (10)

1. Accionador electromecánico que comprende por lo menos un motor (1) eléctrico, así como unos medios de acoplamiento y de reducción que accionan un eje de salida,
caracterizado porque estos medios de acoplamiento y de reducción engranan con un plato de manivela (7) adecuado para ser desplazado en rotación con una carrera angular limitada por dos topes, estando una pequeña biela (9) articulada por un extremo a un brazo de manivela (8) de dicho plato de manivela (7) y estando articulada por su otro extremo a una biela (10) de gran longitud que es solidaria a su vez del eje de salida, estando cada uno de los dos extremos de esta biela (10) de gran longitud respectivamente guiados en el desplazamiento a lo largo de una guía, y porque el ángulo de desplazamiento entre dichos dos topes es superior a 180º, encontrándose los movimientos de la biela (10) estructuralmente bloqueados cuando, el plato de manivela (7) se encuentra en la proximidad inmediata de uno de sus límites de carrera como consecuencia de haber rebasado el límite.
2. Accionador según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un motor asíncrono de doble estator.
3. Accionador según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende dos motores asíncronos.
4. Accionador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de acoplamiento comprenden un limitador de par.
5. Accionador según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho limitador de par es de tipo magnético.
6. Accionador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el ángulo de desplazamiento del plato de manivela (7) entre los dos topes es aproximadamente de 200º.
7. Accionador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el desplazamiento angular posible de la biela (10), es aproximadamente de 12 a 13º.
8. Accionador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de reducción comprenden unas primeras etapas provistas de rodamientos de bolas pretensados sobre los cojinetes.
9. Accionador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de reducción comprenden unas etapas de salida con anillos lisos.
10. Accionador para caja de enganche de trenes de aterrizaje y/o para las puertas de dichas cajas, caracterizado porque está constituido por un accionador según una de las reivindicaciones anteriores.
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