ES2886917T3 - Actuador lineal electromecánico tolerante a fallos - Google Patents

Abstract

Un actuador lineal electromecánico (1), que comprende: - una estructura de contención (2); - un miembro de empuje (3) diseñado para trasladarse con relación a la estructura de contención (2) para salir al menos parcialmente de la estructura de contención durante el funcionamiento del actuador; - un reductor mecánico (4) dispuesto en la estructura de contención (2) y que gira alrededor de un eje de rotación (X); - medios de motor (5) dispuestos en la estructura de contención (2) y conectados operativamente con dicho reductor mecánico (4) para girar alrededor de dicho eje de rotación (X); - un eje (6) insertado en dicho reductor mecánico (4) y conectado a dicho miembro de empuje (3), estando conectado mecánicamente el eje de apoyo (6) con dicho reductor mecánico (4) de modo que un movimiento de rotación de dicho reductor mecánico(4) hará que el eje (6) se traslade a lo largo de dicho eje de rotación (X); - un mecanismo de prevención de rotación (7) operable en dicho eje (6) para evitar que el eje (6) gire alrededor de dicho eje de rotación (X); - dicho reductor mecánico (4) comprende: - primera y segunda tuercas de avance independientes (8, 9), cada una con su propia rosca y su propia dirección de rosca, estando adaptadas dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) para girar alrededor de dicho eje de rotación (X) por la acción de dichos medios de motor (5); - medios de acoplamiento (10, 15, 11), que están configurados para acoplar mecánicamente dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) con dicho eje (6), de modo que un movimiento de rotación de dichas primera y/o segunda tuercas de avance (8, 9) provocará una traslación de dicho eje (6) a lo largo de dicho eje de rotación (X); dichos medios de acoplamiento (10, 15, 11) comprenden: - una etapa intermedia de acoplamiento (10) insertada en dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9), - respectivos primeros medios de conexión mecánica (15) para acoplar dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) con cada tuerca de avance (8, 9), - segundos medios de conexión mecánica (11); - estando instalado dicho eje (6) en dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) y estando conectado con esta última a través de dichos segundos medios de conexión mecánica (11), - dicho eje (6) es un eje de tornillo y dichos segundos medios de conexión mecánica (11) comprenden un conjunto de tuerca y tornillo entre dicho eje (6) de tornillo y dicha etapa intermedia de acoplamiento (10), de modo que un movimiento de rotación de dicha primera y/o segunda tuerca de avance (8, 9) provocará un movimiento de rotación, traslación o rototraslación de dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) a lo largo de dicho eje de rotación (X) y de tal manera que dicha etapa intermedia de acoplamiento (10), a su vez, provoque una traslación movimiento de dicho eje de tornillo (6) a lo largo de dicho eje de rotación (X); caracterizado porque: - el paso de dicha rosca de dicha primera tuerca (8) es opuesto al paso de dicha rosca de dicha segunda tuerca (9); - dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) tiene: - externamente una primera y una segunda rosca (10A, 10B), cada una configurada para acoplarse con una respectiva tuerca de avance (8, 9) e - internamente una tercera rosca (10C), configurada para acoplarse con dicha rosca (6A) de dicho eje (6) de tornillo.

Description

DESCRIPCIÓN

Actuador lineal electromecánico tolerante a fallos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un actuador lineal electromecánico como se define en el preámbulo de la reivindicación 1.

En particular, pero sin limitación, la presente invención se refiere a un actuador lineal electromecánico para controlar una superficie de control de una aeronave, una embarcación o el sistema de comando de un vehículo o aplicaciones similares.

Descripción del estado de la técnica

Se conocen actuadores lineales electromecánicos, que están equipados con electrónica de comando y control, son accionados por un motor eléctrico y tienen la tarea de convertir el movimiento giratorio del motor eléctrico en un movimiento lineal alternativo de un miembro de empuje para controlar la posición de una superficie de control.

Para ello, el motor eléctrico se conecta, a través de un reductor, al miembro de empuje que, a su vez, se conecta a la superficie de control para controlar la posición que esta superficie debe asumir en respuesta a los controles recibidos desde el mando y la electrónica de control.

Usualmente, el reductor comprende una tuerca de avance con un tornillo que se desliza sobre el mismo (o un tornillo con una tuerca de avance deslizándose sobre el mismo) y, a su vez, está conectado al miembro de empuje, por lo que un dispositivo de prevención de rotación solo permite un movimiento lineal, no rotativo del tornillo (o la tuerca de avance), proporcionando así el movimiento alternativo lineal del miembro de empuje.

Tales actuadores lineales electromecánicos se han utilizado, por ejemplo, para controlar las superficies de control secundarias de una aeronave, tales como frenos de aire, spoilers, solapas, pestañas de ajuste, pero también para abrir escotillas y otros usos que requieren poca potencia, velocidad y tiempo de respuesta, es decir, para las llamadas aplicaciones "no críticas para la seguridad".

Problema de la técnica anterior

Sin embargo, la confiabilidad de un actuador electromecánico como se definió con anterioridad no permite su uso en instalaciones diseñadas para controlar las superficies de control primarias de una aeronave, el plato cíclico de un helicóptero, el sistema de comando de un vehículo o el timón de un barco, es decir, de manera más general, todas las aplicaciones "críticas para la seguridad".

Esto se debe a que el actuador electromecánico descrito con anterioridad es poco fiable tanto en su parte eléctrica, es decir, el motor eléctrico, como en la electrónica de comando y control, así como la posibilidad de un agarrotamiento de la parte mecánica (el llamado "bloqueo mecánico").

En un intento por evitar este inconveniente, por ejemplo, se han utilizado arquitecturas que incluyen dos actuadores idénticos que mueven la misma superficie de control, proporcionando así redundancia eléctrica, electrónica y mecánica, pero también aumentando en general el peso y la complejidad del sistema, o tienen un solo actuador equipado con una caja de cambios diferencial, que permite el uso de dos motores eléctricos independientes y dos sistemas electrónicos independientes para mover el mismo sistema mecánico.

Además, las aplicaciones "críticas para la seguridad" mencionadas con anterioridad requieren un funcionamiento muy rápido, lo que no permite el uso de cajas de cambios diferenciales, generalmente caracterizadas por holguras de trabajo excesivas. Los documentos US 2013249464, WO2010027701, US 2005269887, US 2015308549, EP 1359345 y US 2015276029 divulgan ejemplos de actuadores electromecánicos que no proporcionan suficiente redundancia para asegurar "tolerancia a fallos" contra fallos mecánicos, eléctricos y electrónicos.

A saber, los documentos "US 464" y "WO 701" describen actuadores equipados con dos motores eléctricos mutuamente dependientes, acoplados directamente al eje para ser accionados mediante tuercas de bola/tornillo. Por lo tanto, una falla mecánica, por ejemplo, en el acoplamiento del eje del motor, para uno o ambos motores, hará que el actuador se detenga. Además, los motores deben estar dimensionados para poder generar un par que pueda garantizar el funcionamiento tanto en un estado completamente operativo como en caso de que ocurra una falla eléctrica y/o electrónica en uno de los dos motores.

Por otro lado, el documento "US 887" describe un actuador que tiene un conjunto de motores eléctricos, acoplados directamente al eje para accionarse mediante rodillos de recirculación. Por lo tanto, también en este caso, una falla mecánica que ocurra en el acoplamiento del eje del motor hará que el actuador se detenga y evitará que el eje sea accionado.

Sumario de la invención

El objeto de la presente invención es proporcionar un actuador lineal electromecánico que pueda resolver los problemas de la técnica anterior descritos más arriba.

Estos objetos se cumplen mediante un actuador lineal electromecánico como se define en la reivindicación 1 a continuación.

Ventajas de la invención

Una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico del tipo de transmisión directa diferencial tolerante a fallas que también se puede usar para el control de superficies primarias, ya que permite la traslación del miembro de empuje incluso en caso de falla en la parte eléctrica, en la electrónica de control y/o en caso de bloqueo mecánico.

Además, una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico cuyas prestaciones dinámicas se mejoran considerablemente en comparación con los actuadores electromecánicos que utilizan sistemas diferenciales tales como cajas de cambios.

Además, una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico que normalmente tiene un peso más ligero y dimensiones totales reducidas en comparación con los actuadores electromecánicos que utilizan cajas de engranajes y otros dispositivos diferenciales.

Además, una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico que es más confiable que los actuadores electromecánicos que usan cajas de engranajes y otros dispositivos diferenciales.

Además, una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico que puede garantizar la tolerancia a fallos frente a fallos electrónicos, eléctricos y mecánicos. En particular, el uso de una etapa intermedia aumenta las redundancias en el sistema, asegurando así una alta fiabilidad en comparación con los actuadores electromecánicos que se emplean en la actualidad en la técnica anterior descrita con anterioridad.

Finalmente, una forma de realización de la presente invención puede proporcionar un actuador lineal electromecánico que puede minimizar la fricción, especialmente a bajas temperaturas, optimizando así la eficacia general del actuador en comparación con los actuadores electromecánicos que utilizan cajas de engranajes y otros dispositivos diferenciales.

BREVES DETALLES DE LOS DIBUJOS

Las características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una posible forma de realización práctica, ilustrada a modo de ejemplo no limitativo en el conjunto de dibujos, en los que: - las Figuras 1A y 1B muestran dos posibles escenarios de implementación para el actuador lineal electromecánico de la presente invención, donde en la Figura 1A se representa esquemáticamente una superficie de control principal de una aeronave operada por un actuador de acción simple (es decir, con un solo miembro de empuje que sobresale fuera de un lado del actuador) y en la Figura 1B se representa esquemáticamente un conjunto de dirección de un vehículo operado por un actuador de doble acción (es decir, con dos miembros de empuje que sobresalen de ambos lados del actuador);

- la Figura 2 muestra una vista en sección del actuador lineal electromecánico de acuerdo con una primera forma de realización de la presente invención;

- la Figura 3 muestra una vista esquemática del actuador de la Figura 2, en la que se han omitido o simplificado ciertos elementos de la Figura 2 con el fin de resaltar los rasgos característicos del actuador de la presente invención;

- la Figura 4 muestra una vista en sección del actuador lineal electromecánico de acuerdo con una segunda forma de realización de la presente invención;

- la Figura 5 muestra una vista en perspectiva de una posible forma de realización del acoplamiento entre un motor eléctrico y el aparato de reducción mecánica del actuador, según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Incluso cuando esto no se indique expresamente, las características individuales descritas con referencia a las las formas de realización particulares se entenderán como auxiliares y/o intercambiables con otras características descritas con referencia a otras formas de realización de ejemplar.

Con referencia a las figuras adjuntas, el número 1 generalmente designa un actuador lineal electromecánico de la presente invención y, en particular, la Figura 1A representa esquemáticamente una superficie de control primaria de una aeronave operada por el actuador 1 de acción simple (es decir, que tiene un solo miembro de empuje que sobresale de un lado del actuador) y la Figura 1B representa esquemáticamente un conjunto de dirección de un vehículo operado por un actuador de doble acción (es decir, que tiene dos miembros de empuje que sobresalen de ambos lados del actuador).

Con referencia a las Figuras 2 a 4, el actuador 1 comprende una estructura de contención 2, preferiblemente rígida, y un miembro de empuje 3.

El miembro de empuje 3 constituye el elemento activo del actuador 1.

En particular, el miembro de empuje 3 está diseñado para trasladarse, con relación a la estructura de contención 2, para salir al menos parcialmente de la estructura de contención 2 durante el funcionamiento del actuador 1.

La traslación del miembro de empuje 3 ocurre a través de una abertura especial formada en la estructura de contención 2.

El actuador 1 comprende un aparato de reducción mecánica 4, dispuesto en la estructura de contención 2, que está configurado para girar alrededor de un eje de rotación X.

El actuador 1 comprende medios de motor 5, dispuestos en la estructura de contención 2, que están conectados operativamente con el aparato de reducción mecánica 4 para rotarlo alrededor del eje X.

El actuador 1 comprende un eje 6, insertado/ubicado en el aparato 4 de reducción mecánica, que está conectado con el miembro de empuje 3.

Particularmente, el eje 6 comprende un primer extremo terminal 6' y un segundo extremo terminal 6", donde el primer extremo terminal 6' está conectado a un enganche/ojo de enganche 3. El segundo extremo terminal 6” puede salir de la estructura de contención 2 con el miembro de empuje 3 al menos parcialmente durante el funcionamiento del actuador 1.

El actuador 1 comprende un mecanismo de prevención de rotación 7 que está activo/en el eje 6 para evitar que el eje gire alrededor del eje de rotación X.

Por lo tanto, el eje 6 está conectado con el aparato de reducción mecánica 4 de tal manera que una rotación del aparato de reducción mecánica 4 provocará una traslación del eje 6 a lo largo del eje de rotación X y, por tanto, un movimiento alternativo lineal del miembro de empuje 3.

Ventajosamente, el reductor mecánico 4 comprende una primera tuerca de avance 8 y una segunda tuerca de avance 9 que son independientes entre sí, es decir, dos tuercas de avance separadas y distintas.

Cada tuerca de avance 8, 9 tiene su propia rosca y su propia dirección de rosca, y está adaptada para girar alrededor del eje de rotación X bajo la acción de los medios de motor 5.

Cada tuerca de avance 8, 9 tiene una dirección principal de extensión que coincide con el eje de rotación X mencionado con anterioridad.

Cada tuerca de avance 8, 9 está habilitada para girar solo alrededor del eje de rotación X y se evita que se traslade a lo largo del eje de rotación X, por ejemplo, por medio de resaltes de tope apropiados u otras soluciones conocidas por el experto y no descritas en el presente documento.

Para permitir que cada tuerca de avance 8 y 9 gire alrededor del eje de rotación X, el actuador 1 comprende un par de cojinetes 13-14 y 13'-14' para cada tuerca de avance, dispuestos en la estructura de contención 2.

Por ejemplo, el par de cojinetes 13-14 están diseñados para la tuerca de avance 8 y 13'-14' están diseñados para la tuerca de avance 9.

Así, las tuercas de avance 8 y 9 pueden girar alrededor del eje de rotación X bajo la acción de los medios de motor 5, que están conectados a la tuerca de avance o por medio de una cadena cinemática (por ejemplo, una caja de engranajes que comprende un engranaje diferencial), o están conectados de preferencia directamente a tales tuercas de avance como se explica mejor a continuación.

En un aspecto, el reductor mecánico 4 comprende medios de acoplamiento 10, 11 y 15, que están configurados para acoplar mecánicamente la primera y segunda tuercas de avance 8, 9 con el eje 6, de modo que un movimiento de rotación de la primera y/o segunda las tuercas de avance 8, 9 provocarán una traslación del eje 6 a lo largo del eje de rotación X.

En otras palabras, el actuador 1 es capaz de asegurar un desplazamiento de traslación del eje 6 a lo largo del eje de rotación X incluso en condiciones de falla de los medios de motor 5, o sus respectivos componentes electrónicos, o en caso de atasco de los medios de acoplamiento 10, 11 y 15 con una de las dos tuercas de avance 8, 9 indistintamente.

Esto se logra sin utilizar sistemas diferenciales, como cajas de cambios.

Para ello, los medios de acoplamiento 10, 11 y 15 comprenden:

- una etapa intermedia de acoplamiento 10 insertada en el interior de la primera y segunda tuercas de avance 8, 9. - respectivos primeros medios de conexión mecánica 15 configurados para acoplar mecánicamente cada tuerca de avance 8 y 9 con la etapa intermedia de acoplamiento 10;

- segundos medios de conexión mecánica 11.

En particular, el eje 6 se encaja en la etapa intermedia de acoplamiento 10 y se conecta con esta última a través de los segundos medios de conexión mecánica 11.

En un aspecto, la etapa intermedia de acoplamiento 10 se extiende alrededor de un eje que coincide con el eje de rotación X mencionado con anterioridad.

La etapa intermedia de acoplamiento 10 tiene una cavidad interior, preferiblemente una cavidad pasante, que se extiende a lo largo de un eje que coincide con el eje de rotación X mencionado con anterioridad, y que imparte una forma tubular a dicha etapa intermedia de acoplamiento 10.

Por lo tanto, con referencia también a las Figuras 2 a 4, el eje 6 es coaxial tanto con la etapa intermedia de acoplamiento 10 como con las tuercas de avance primera y segunda 8 y 9 a lo largo del eje de rotación X, de modo que la etapa intermedia de acoplamiento 10 es coaxial con la tuercas de avance primera y segunda 8 y 9 todavía a lo largo del eje de rotación X.

En un aspecto, todavía refiriéndose a las Figuras 2 a 4, se observará que los primeros medios de conexión mecánica 15 comprenden preferiblemente un acoplamiento de tuerca y tornillo o, de modo alternativo, un acoplamiento de rodillo satélite o de rodillo de recirculación o un husillo de bolas de recirculación.

Haciendo referencia ahora a las Figuras 2 y 3, que muestran una realización preferida del acoplamiento entre la etapa intermedia 10 y el eje 6, se observará que el eje 6 es un eje roscado y los segundos medios de conexión mecánica 11 comprenden un acoplamiento de tuerca y tornillo entre el eje 6 del tornillo y la etapa intermedia de acoplamiento 10.

Con esta forma de realización, un movimiento giratorio impartido por los medios de motor 5 a la primera y/o segunda tuerca de avance 8, 9, provocará un movimiento de rotación, traslación o rototraslación de la etapa intermedia de acoplamiento 10 a lo largo del eje de rotación X, y la etapa intermedia de acoplamiento 10 provocará, a su vez, un movimiento de traslación del eje del tornillo 6 a lo largo de dicho eje de rotación X.

Por lo tanto, en la forma de realización preferida, la etapa intermedia de acoplamiento 10 está interconectada con cada tuerca de avance 8 y 9 mediante un respectivo acoplamiento de tuerca y tornillo obtenido con los respectivos primeros medios de conexión mecánica 11 y, después de una rotación de la primera tuerca de avance 8 y/o la segunda tuerca de avance 9 impartida por los medios de motor 5, provocará un movimiento de rotación, traslación o rototraslación de la etapa intermedia de acoplamiento 10 a lo largo del eje de rotación X, y que este último, es decir, la etapa intermedia de acoplamiento 10, provocará un desplazamiento del eje del tornillo 6 a lo largo de dicho eje de rotación X.

Para ello, y según la invención, la etapa intermedia de acoplamiento 10 presenta exteriormente una primera rosca exterior 10A y una segunda rosca exterior 10B, es decir, formadas en su superficie exterior, cada una de las cuales está diseñado para acoplarse con una rosca respectiva de una tuerca de avance 8 o 9.

Por ejemplo, la primera rosca 10Aestá acoplada con la rosca de la tuerca de avance 8 y la segunda rosca 10B está acoplada con la rosca de la tuerca de avance 9.

En un aspecto, se espera que la primera rosca 10A esté ubicada próxima a un primer extremo terminal 10' de la etapa intermedia de acoplamiento 10 y dicha segunda rosca 10B esté ubicada próxima a un segundo extremo terminal 10" opuesto al primer extremo terminal 10' de la etapa intermedia de acoplamiento 10.

Estas primeras y segundas roscas 10A y 10B cubren preferiblemente solo una porción de la superficie exterior de la etapa intermedia de acoplamiento 10, y particularmente una porción que comienza desde los respectivos extremos terminales 10', 10" y se extiende hacia la zona central de la etapa intermedia de acoplamiento 10.

Dado que la primera tuerca de avance 8 y la segunda tuerca de avance 9 son independientes entre sí pero todavía están conectadas mecánicamente por el acoplamiento de la tuerca de avance del tornillo con la etapa intermedia de acoplamiento 10, entonces también la primera y la segunda rosca 10A y 10B de la etapa intermedia de acoplamiento 10 se sujetan entre sí, ya que se forman en la misma superficie exterior del elemento intermedio 10.

Según la invención y como se muestra en las Figuras 2 y 3, la etapa intermedia de acoplamiento 10 tiene internamente una tercera rosca interna 10C, es decir, formada en su superficie interna, que está diseñada para acoplarse con una rosca 6A del eje 6 del tornillo, estando formada tal rosca 6A en la superficie exterior del eje del tornillo.

En otras palabras, el eje 6 del tornillo tiene la rosca 6A con un paso dado y una dirección dada, que está interconectada con la tercera rosca 10C formada en la etapa intermedia de acoplamiento 10, de modo que se crea un acoplamiento de tuerca y tornillo.

En un aspecto, el paso de la rosca 6A del eje del tornillo 6 es diferente, por ejemplo, mayor o menor que el paso de la rosca de la primera y segunda tuercas de avance 8 y 9.

De acuerdo con la invención:

- el paso de rosca de la primera tuerca de avance 8 es a la izquierda, mientras que el de la segunda tuerca de avance 9 es a la derecha, o viceversa (es decir, la dirección de la rosca de la primera tuerca de avance 8 es a la derecha y la de la la segunda tuerca de avance 9 es a la izquierda).

Haciendo referencia ahora a la Figura 4, que muestra una realización alternativa del acoplamiento entre la etapa intermedia 10 y el eje 6 (que no es un eje de tornillo como se muestra en la Figura 2), se observará que los segundos medios de conexión mecánica 11 están incorporados por cojinetes. Si el acoplamiento entre la etapa intermedia 10 y el eje 6 se proporciona mediante cojinetes, entonces el eje 6 solo se trasladará en respuesta a una traslación o rototraslación de la etapa intermedia 10.

Si la etapa intermedia 10 rota, entonces el eje 6 no se puede trasladar. En este caso, el actuador 1 aún asegura la redundancia eléctrica y electrónica, pero pierde su redundancia mecánica (interferencia). Por ejemplo, si se produce un atasco entre una tuerca de avance 8 o 9 y la etapa intermedia 10, entonces la etapa intermedia 10 no podrá trasladarse y entonces no podrá impulsar el eje 6. Alternativamente, el segundo medio de conexión mecánica 11 puede estar realizado por rodillos satélites o un acoplamiento de rodillos de recirculación o un husillo de bolas de recirculación.

Como se discutió con anterioridad, las tuercas de avance 8 y 9 pueden girar alrededor del eje de rotación X bajo la acción de los medios de motor 5, que de preferencia están conectados directamente a tales tuercas de avance. Para este propósito, los medios de motor 5 comprenden dos motores eléctricos 5A y 5B, cada uno directamente operable sobre una respectiva tuerca 8 o 9.

En particular, cada motor eléctrico 5A, 5B comprende un estator fijado a la estructura de contención 2 y un rotor fijado a su respectiva tuerca 8, 9.

Por lo tanto, el rotor de cada motor eléctrico 5A y 5B está rígidamente conectado con una respectiva tuerca de avance 8 o 9, siendo uno o ambos de estos últimos rotados por la interacción electromagnética de sus respectivos rotores (generalmente con imanes permanentes) y los estatores.

Por ejemplo, refiriéndose también a la Figura 3, se observará que el rotor del motor eléctrico 5A está fijado a la primera tuerca de avance 8, mientras que el rotor del motor 5B está fijado a la segunda tuerca de avance 9.

En una forma de realización alternativa, los medios de motor 5 están diseñados para conectarse con una respectiva tuerca de avance 8 o 9 a través de una cadena cinemática (no mostrada) para distribuir el par a una y/o ambas de dichas primera y segunda tuercas de avance 8 o 9.

En un aspecto, para fijar cada rotor de los motores eléctricos 5A y 5B a sus respectivas tuercas de avance 8 y 9, el actuador 1 comprende medios de fijación, generalmente referenciados como 5D.

En particular, los medios de fijación 5D comprenden:

- una capa adhesiva 20 interpuesta entre la superficie exterior de la tuerca de avance 8, 9 y el rotor asociado con la misma para unirla rígidamente a la misma;

- un manguito 21 dispuesto fuera del rotor para sujetarlo en una posición predeterminada.

También en referencia a la Figura 5, que muestra la tuerca de avance 8 y el rotor 5C en el motor 5A, debe notarse que el rotor 5C está compuesto por una pluralidad de elementos magnéticos dispuestos circunferencialmente en la tuerca de avance mientras que el manguito 21, por ejemplo hecho de metal, rodea el rotor 5C a lo largo de la superficie exterior de la tuerca 8.

El actuador 1 comprende medios de frenado 12, operables en la primera y/o segunda tuerca de avance 8, 9 para frenar la rotación alrededor del eje de rotación X de una y/o ambas de dichas primera y segunda tuerca de avance, según las condiciones de funcionamiento del actuador 1 como se describe con mayor detalle a continuación.

Particularmente, los medios de frenado 12 comprenden dos tipos de frenos eléctricos 12A y 12B, cada uno operable sobre una respectiva tuerca de avance 8 o 9.

Los frenos son, por ejemplo, frenos de bobina electromagnética. Es decir, son de configuración normalmente abierta (con el freno que se cierra accionando el electroimán), o de la configuración normalmente cerrada (con el freno que se abre accionando el electroimán).

Por ejemplo, con referencia también a la Figura 3, se debe observar que el freno 12A opera en la primera tuerca de avance 8, y el freno 12B opera en la segunda tuerca de avance 9.

Cabe señalar que cada motor eléctrico 5A y 5B, así como cada freno eléctrico 12A y 12B, está controlado por su propia electrónica de control (no mostrada en las figuras), que está diseñada para verificar y controlar el estado de funcionamiento y la efectividad de los motores eléctricos 5A y 5B y frenos eléctricos 12A y 12B antes mencionados. Por lo tanto, en la forma de realización preferida como se describe en este documento (es decir, la que se muestra en la Figura 2 o 3), el actuador 1 comprende dos motores eléctricos independientes 5A y 5B y dos componentes electrónicos independientes que impulsan una mecánica completamente redundante (es decir, dos tuercas de avance 8 y 9, una etapa intermedia 10 y un eje de tornillo 6) sin utilizar reductores y comprende el uso de dos tuercas de avance independientes 8 y 9, una con dirección de rosca a derecha y otra con dirección de rosca a izquierda, con las que los rotores de los dos motores eléctricos 5A y 5B están conectados directamente. Las dos tuercas de avance 8 y 9 se acoplan a la etapa intermedia 10 que tiene dos porciones roscadas externas distintas 10A y 10B, una que se acopla con la tuerca de avance de la izquierda y otra que se acopla con la tuerca de avance de la derecha. Por lo tanto, la etapa intermedia 10 tiene una rosca 10C que se acopla con la rosca 6A del eje del tornillo 6 que no gira gracias al dispositivo antirrotación 7.

Cabe señalar además, aún en la forma de realización preferida como se describe aquí con referencia a la Figura 2 o 3, que el acoplamiento a la derecha y a la izquierda entre la etapa intermedia 10 y las respectivas tuercas de avance 8 y 9, puede indicar la posición de la etapa intermedia 10 con respecto a las tuercas de avance y el eje 6 del tornillo. Esto definirá un rango de posicionamiento mucho más pequeño en el que puede producirse un atasco entre la etapa intermedia 10 y las tuercas de avance 8 y/o 9 o entre la etapa intermedia 10 y el eje 6 del tornillo en comparación con los actuadores de la técnica anterior. Por lo tanto, se obtendrá ventajosamente un actuador mucho más compacto, que tiene un peso más ligero al tiempo que asegura que el actuador 1 cubrirá toda su carrera incluso en una condición de atasco.

El funcionamiento del actuador 1 se describirá ahora con referencia a su realización preferida (Figura 2 o 3).

Modo de funcionamiento normal

Durante el funcionamiento normal, los dos motores eléctricos 5A y 5B pueden accionar las dos tuercas de avance 8 y 9, a petición de la electrónica respectiva, en el mismo sentido de rotación o en sentidos de rotación opuestos entre sí.

Si el funcionamiento de los dos motores 5A y 5B mueve las dos tuercas de avance 8 y 9 en el mismo sentido de rotación, entonces la etapa intermedia 10 gira de manera rígidamente unida con las dos tuercas de avance 8 y 9. Debido al dispositivo de prevención de rotación 7, el eje del tornillo 6 se traslada.

Si el funcionamiento de los dos motores 5A y 5B mueve las dos tuercas de avance 8 y 9 en direcciones opuestas, entonces el par de un motor se compensa con el par del otro motor y la etapa intermedia 10 se traslada. El eje 6 del tomillo se traslada de manera rígidamente unida con la etapa intermedia 10.

Como resultado, en el modo de funcionamiento normal, la etapa intermedia 10 puede rotar, trasladar o rototrasladar y el eje 6 del tornillo, debido a la presencia del dispositivo de prevención de rotación 7, se traslada a lo largo del eje de rotación X para así proporcionar un movimiento alternativo lineal, todavía a lo largo del eje de rotación X, del miembro de empuje 3.

Modo de funcionamiento en caso de falla (indistintamente falla de uno de los motores eléctricos o la electrónica respectiva)

En caso de falla indistinta en cualquiera de los dos motores eléctricos 5A o 5B o sus respectivos componentes electrónicos, entonces se acciona el freno eléctrico 12A o 12B y detiene la rotación de la tuerca de avance 8 o 9 en el lado del motor/electrónica defectuosa, por ejemplo, el freno 12A detiene la rotación de la tuerca de avance 8 si el fallo está en el motor 5A y/o en su electrónica de comando y control.

En este escenario, la etapa intermedia 10 rotará a lo largo del eje de rotación X, debido a la rotación de la tuerca de avance 9 accionada por el motor eléctrico 5B. Debido al dispositivo de prevención de rotación 7, el eje del tornillo 6 se trasladará a lo largo del eje de rotación X en respuesta a la traslación y rotación de la etapa intermedia 10, ya que esta última está acoplada por su rosca 10C con la rosca 6A del eje 6 del tornillo.

La traslación del eje del tornillo 6 proporciona el movimiento alternativo lineal, aún a lo largo del eje de rotación X del miembro de empuje 3.

Modo de funcionamiento en caso de avería (atasco de la etapa intermedia del tornillo con cualquiera de las tuercas) Este modo es aplicable en caso de falla mecánica (atasco) de la etapa intermedia 10 con cualquiera de las dos tuercas de avance 8 o 9, por ejemplo, atasco de la etapa intermedia 10 con la tuerca de avance 8.

En este escenario, los dos motores eléctricos 5A y 5B son accionados por sus respectivos componentes electrónicos en el mismo sentido de rotación. La etapa intermedia 10 gira alrededor del eje de rotación X de manera rígidamente unida con las dos tuercas de avance 8 y 9. El eje 6 del tornillo, debido a la presencia del dispositivo de prevención de rotación 7, se traslada a lo largo del eje de rotación X para proporcionar así un movimiento alternativo lineal, aún a lo largo del eje de rotación X del miembro de empuje 3. Modo de funcionamiento en caso de avería (atasco del eje del tornillo con la etapa intermedia del tornillo)

En caso de falla (atasco) del eje 6 del tornillo con la etapa intermedia 10, entonces los dos motores eléctricos 5A y 5B son accionados por sus respectivos componentes electrónicos en sentidos opuestos de rotación. El par de un motor está compensado por el par del otro motor y la etapa intermedia 10 solo se traslada a lo largo del eje de rotación X. El eje 6 del tornillo se traslada a lo largo del eje de rotación X de manera rígidamente unida con la etapa intermedia 10, para proporcionar de ese modo un movimiento de vaivén lineal, todavía a lo largo del eje de rotación X, del miembro de empuje 3.

Los expertos en la técnica apreciarán obviamente que se pueden realizar una serie de cambios y variantes como se describió con anterioridad para cumplir requisitos particulares, sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un actuador lineal electromecánico (1), que comprende:

- una estructura de contención (2);

- un miembro de empuje (3) diseñado para trasladarse con relación a la estructura de contención (2) para salir al menos parcialmente de la estructura de contención durante el funcionamiento del actuador;

- un reductor mecánico (4) dispuesto en la estructura de contención (2) y que gira alrededor de un eje de rotación (X);

- medios de motor (5) dispuestos en la estructura de contención (2) y conectados operativamente con dicho reductor mecánico (4) para girar alrededor de dicho eje de rotación (X);

- un eje (6) insertado en dicho reductor mecánico (4) y conectado a dicho miembro de empuje (3), estando conectado mecánicamente el eje de apoyo (6) con dicho reductor mecánico (4) de modo que un movimiento de rotación de dicho reductor mecánico(4) hará que el eje (6) se traslade a lo largo de dicho eje de rotación (X);

- un mecanismo de prevención de rotación (7) operable en dicho eje (6) para evitar que el eje (6) gire alrededor de dicho eje de rotación (X);

- dicho reductor mecánico (4) comprende:

- primera y segunda tuercas de avance independientes (8, 9), cada una con su propia rosca y su propia dirección de rosca, estando adaptadas dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) para girar alrededor de dicho eje de rotación (X) por la acción de dichos medios de motor (5);

- medios de acoplamiento (10, 15, 11), que están configurados para acoplar mecánicamente dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) con dicho eje (6), de modo que un movimiento de rotación de dichas primera y/o segunda tuercas de avance (8, 9) provocará una traslación de dicho eje (6) a lo largo de dicho eje de rotación (X);

dichos medios de acoplamiento (10, 15, 11) comprenden:

- una etapa intermedia de acoplamiento (10) insertada en dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9),

- respectivos primeros medios de conexión mecánica (15) para acoplar dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) con cada tuerca de avance (8, 9),

- segundos medios de conexión mecánica (11);

- estando instalado dicho eje (6) en dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) y estando conectado con esta última a través de dichos segundos medios de conexión mecánica (11),

- dicho eje (6) es un eje de tornillo y dichos segundos medios de conexión mecánica (11) comprenden un conjunto de tuerca y tornillo entre dicho eje (6) de tornillo y dicha etapa intermedia de acoplamiento (10), de modo que un movimiento de rotación de dicha primera y/o segunda tuerca de avance (8, 9) provocará un movimiento de rotación, traslación o rototraslación de dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) a lo largo de dicho eje de rotación (X) y de tal manera que dicha etapa intermedia de acoplamiento (10), a su vez, provoque una traslación movimiento de dicho eje de tornillo (6) a lo largo de dicho eje de rotación (X);

caracterizado porque:

- el paso de dicha rosca de dicha primera tuerca (8) es opuesto al paso de dicha rosca de dicha segunda tuerca (9); - dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) tiene:

- externamente una primera y una segunda rosca (10A, 10B), cada una configurada para acoplarse con una respectiva tuerca de avance (8, 9) e

- internamente una tercera rosca (10C), configurada para acoplarse con dicha rosca (6A) de dicho eje (6) de tornillo.

2. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo dichos segundos medios de conexión mecánica (11) rodillos satélites o un acoplamiento de rodillos de recirculación o un husillo de bolas de recirculación, de modo que una rotación de dicha primera y/o segunda tuerca de avance (8, 9) provocará un movimiento de rotación o rototraslación de dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) a lo largo de dicho eje de rotación (X) y dicha etapa intermedia de acoplamiento (10), a su vez, provoca un movimiento de traslación de dicho eje (6) a lo largo de dicho eje de rotación (X).

3. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada uno de los primeros medios de conexión mecánica respectivos (15) comprende un conjunto de tuerca y tornillo, un acoplamiento de rodillos satélites o rodillos de recirculación o un husillo de bolas de recirculación.

4. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de rosca (6A) de dicho eje (6) de tomillo es diferente del paso de rosca de dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9).

5. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha primera rosca (10A) se coloca cerca de un primer extremo terminal (10') de dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) y dicha segunda rosca (10B) está dispuesta cerca de un segundo extremo terminal (10”) opuesto al primer extremo terminal (10') de dicha etapa intermedia de acoplamiento (10).

6. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho eje (6) es coaxial con respecto a dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) y con respecto a dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9), a lo largo de dicho eje de rotación (X), siendo dicha etapa intermedia de acoplamiento (10) coaxial con respecto a dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) a lo largo de dicho eje de rotación (X).

7. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos medios de motor (5) comprenden dos motores eléctricos (5A, 5B), cada uno de los cuales está activo en una respectiva tuerca de avance (8, 9), siendo controlado cada motor eléctrico (5A, 5B) por su propia electrónica de control y comando.

8. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 7, en donde cada motor eléctrico (5A, 5B) está conectado directamente con su respectiva tuerca (8, 9) y comprende un estator fijado a la estructura de contención (2) y un rotor fijado a la respectiva tuerca de avance (8, 9).

9. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de frenado (12) activos en dicha primera y segunda tuerca de avance (8, 9) para frenar la rotación de dichas primera y segunda tuercas de avance (8, 9) alrededor de dicho eje de rotación (X).

10. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 9, en donde los medios de frenado comprenden dos frenos eléctricos (12A, 12B), cada uno de los cuales está activo en una respectiva tuerca de avance (8, 9).

11. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende medios de fijación (5D) para fijar cada rotor a una superficie exterior de la respectiva tuerca de avance (8, 9).

12. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 11, en donde dichos medios de fijación comprenden:

- una capa adhesiva (20) interpuesta entre la superficie exterior de la tuerca de avance (8, 9) y el rotor respectivo; - un manguito (21) dispuesto fuera del rotor y configurado para mantener el rotor en una posición predeterminada.

13. El actuador lineal electromecánico de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende electrónica de control y comando para controlar y supervisar cada motor eléctrico (5, 6).