ES2900587T3 - Método para evaluar de la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador electromecánico lineal - Google Patents

Método para evaluar de la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador electromecánico lineal Download PDF

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Abstract

Método de evaluación de la presencia de una avería eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico, dicho actuador (1) lineal electromecánico comprende: - una estructura (2) de contención; - primera y segunda tuercas (8, 9) de avance independientes, cada una con su propia rosca y su propia dirección de rosca, - dos motores (5A, 5B) eléctricos dispuestos en la estructura (2) de contención y conectados operativamente con dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance para girarlas alrededor de dicho árbol (X) de rotación; - un árbol (6) insertado en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance - un mecanismo (7) de prevención de rotación operable en dicho árbol (6) para evitar que el árbol (6) gire alrededor de dicho árbol (X) de rotación; - medios (10, 15, 11) de acoplamiento, que están configurados para acoplar mecánicamente dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance con dicho árbol (6), de modo que un movimiento de rotación de dichas primera y/o segunda tuercas (8, 9) de avance provocará una traslación de dicho árbol (6) a lo largo de dicho árbol (X) de rotación; - primer y segundo frenos (12A, 12B) eléctricos, accionables en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance respectivamente, para frenar su rotación alrededor de dicho árbol (X) de rotación; - electrónica de mando y control para cada motor eléctrico y freno eléctrico que comprende una pluralidad de sensores (16-20) dispuestos en dicha estructura (2) de contención conectados operativamente con la electrónica de mando y control, dicha pluralidad de sensores (16-20) está diseñada para detectar la posición del árbol (6) para detectar sus movimientos a lo largo del árbol X; - dichos medios (10, 15, 11) de acoplamiento comprenden: - una etapa (10) intermedia de acoplamiento insertada en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance, - respectivos primeros medios (15) de conexión mecánica para acoplar dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento con cada tuerca (8, 9) de avance, - segundos medios (11) de conexión mecánica; - dicho árbol (6) está instalado en dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento y está conectado con esta última a través de dichos segundos medios (11) de conexión mecánica; dicho método comprende las etapas de: - accionar (23) dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos para impulsar dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance en el mismo sentido de giro o en sentidos de giro opuestos; - durante dicha etapa de accionar dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos, comprobar (24) mediante dicha pluralidad de sensores (16-20) si dicho árbol (6) se traslada con respecto a dicha estructura (2) de contención y si dicho árbol (6) no se traduce en relación con la estructura (2) de contención; - comprobar (31) si existe una falla mecánica de la etapa (10) intermedia con alguna de las tuercas (8, 9) de avance, para accionar (32) los dos motores (5A y 5B) eléctricos en el mismo sentido de rotación; - comprobar (33) si existe una falla mecánica del árbol (6) con la etapa (10) intermedia, para así accionar (34) los dos motores (5A y 5B) eléctricos en sentidos de giro opuestos.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para evaluar de la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador electromecánico lineal
Campo de la invención
La presente divulgación se refiere a un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador lineal electromecánico como se define en el preámbulo de la reivindicación 1.
En particular, pero sin limitación, el actuador es un actuador lineal electromecánico para controlar una superficie de control de una aeronave, un barco o el sistema de dirección de un vehículo o aplicaciones similares.
Descripción del estado de la técnica
Se conocen actuadores lineales electromecánicos, que están equipados con electrónica de mando 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 aparato reductor al miembro de empuje, que a su vez se conecta a la superficie de control para controlar la posición que debe asumir esta superficie en respuesta a los controles recibidos desde el mando y electrónica de control.
Habitualmente, el aparato de reducción comprende una tuerca de avance con un tornillo que se desliza sobre el mismo (o un tornillo con una tuerca de avance que se desliza sobre el mismo), que a su vez está conectado al miembro de empuje y, por lo que solo se permite un dispositivo de prevención de rotación para el tornillo (o la tuerca de avance) el único movimiento lineal y no rotacional del tornillo, proporcionando así el movimiento alternativo lineal del miembro de empuje.
Dichos actuadores lineales electromecánicos se han utilizado, por ejemplo, para controlar las superficies de control secundarias de una aeronave, tales como frenos de aire, alerones, aletas, aletas de compensación regulables, pero también para abrir escotillas y otros usos que requieren baja potencia, velocidad y capacidad de respuesta, es decir, para las llamadas aplicaciones “no críticas para la seguridad”.
Sin embargo, la fiabilidad de un actuador electromecánico como se definió anteriormente no permite su uso en instalaciones diseñadas para controlar las superficies de control primarias de una aeronave, la placa oscilante de un helicóptero, el sistema de dirección de un vehículo o el timón de un buque, es decir, de forma más general, todas las aplicaciones “críticas para la seguridad”.
Esto se debe a que el actuador electromecánico descrito anteriormente es poco fiable tanto en su parte eléctrica, es decir, el motor eléctrico, como en la electrónica de mando y control, así como la posibilidad de un atoramiento de la parte mecánica (el denominado “bloqueo” mecánico).
En un intento por evitar este inconveniente, 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 el peso y la complejidad del sistema, o tienen un solo actuador equipado con una caja de engranajes diferencial, que permite el uso de dos motores eléctricos independientes y dos electrónicos independientes para mover el mismo sistema mecánico.
El documento US 4,179,944 divulga un actuador lineal electromecánico ejemplar que tiene dos motores acoplados directamente a un árbol mediante tuercas esféricas. Este actuador electromecánico no proporciona suficiente redundancia para garantizar la tolerancia a fallas contra fallas tanto mecánicas como eléctricas y electrónicas. Este actuador electromecánico solo permite la detección de dos tipos de fallas mecánicas, principalmente asociadas con el árbol móvil, por lo que solo proporciona una redundancia limitada, especialmente para las fallas mecánicas que ocurren entre el motor y el árbol. Además, este actuador electromecánico podría resultar problemático en caso de falla eléctrica y/o electrónica asociada con los motores eléctricos. Dichos motores deben tener un tamaño que garantice el funcionamiento tanto en un estado completamente operativo como en un estado de falla, por ejemplo, para superar los pares causados por fallas mecánicas, cuando cualquiera de los motores esté parado.
El documento WO2007024220 divulga un sistema de actuador redundante que es tolerante en caso de falla en cualquier punto único. El sistema en su caso incluye dos subsistemas de actuación y, en caso de falla de un solo punto en el sistema actuador, se puede mandar al otro motor y a la correspondiente tuerca de bola para que giren, cumpliendo así la misma función que tenía el sistema antes de la falla.
Problema de la técnica anterior
No obstante, se siente cada vez más la necesidad de poder detectar fallas eléctricas, electrónicas y/o mecánicas, y particularmente “fallas latentes” del/los actuador/es que forman parte de las arquitecturas descritas anteriormente. Las fallas latentes se conocen como fallas que pueden ocurrir en un componente mecánico o eléctrico/electrónico, en un circuito o en un sistema, y que aún no han aparecido, aunque el evento que las desencadena ya ha ocurrido, con la arquitectura aun pudiendo ser operado.
Es decir, las arquitecturas descritas anteriormente se prueban durante las inspecciones periódicas programadas y, si no se detecta ninguna anomalía, se considera que dichas arquitecturas son completamente eficientes y, por tanto, operativas. Sin embargo, pueden ocurrir fallas no detectadas y/o indetectables durante el uso y reducir la eficiencia de manera más o menos severa, pero estas fallas se ocultarán hasta la próxima inspección, lo que afectará la seguridad proporcionada por la redundancia.
Este es un problema grave, especialmente cuando el actuador electromecánico se emplea en aplicaciones críticas para la seguridad.
Resumen de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador lineal electromecánico que pueda resolver los problemas de la técnica anterior descritos anteriormente.
Este objeto se cumple mediante un método de evaluación de la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador lineal electromecánico, como se define en la reivindicación 1 adjunta.
Ventajas de la invención
Una realización de la presente invención proporciona un método para evaluar la presencia de fallas eléctricas, electrónicas y/o mecánicas, tales como fallas latentes, en un actuador lineal electromecánico del tipo de Accionamiento Directo Diferencial Tolerante a Fallas.
Además, una realización de la presente invención proporciona un método que puede identificar el tipo de falla en un actuador lineal electromecánico. Particularmente, debido a la introducción de una etapa intermedia entre las tuercas de avance y el árbol, el actuador lineal electromecánico asegura una mayor confiabilidad en comparación con la técnica anterior discutida anteriormente.
Además, una realización de la presente invención proporciona un método que puede identificar el tipo de falla mecánica en el actuador lineal electromecánico y puede accionar los motores eléctricos para superar la falla identificada. En particular, el actuador está equipado con varios sensores que cooperan para identificar el tipo de falla. Breves detalles de las figuras
Las características y ventajas de la presente divulgación se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una posible 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, la Figura 1A representa esquemáticamente una superficie de control principal de una aeronave operada por un actuador de acción simple (con 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 (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 realización; La Figura 3 muestra otra vista en sección de la primera realización de la presente invención, representada de manera más esquemática para resaltar los rasgos característicos del actuador;
La figura 4 muestra una vista en sección del actuador lineal electromecánico de acuerdo con una segunda realización; La Figura 5 muestra una vista en sección del actuador lineal electromecánico destacando las características adicionales del actuador;
La figura 6 muestra un diagrama de flujo del método de evaluación de la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador lineal electromecánico, de acuerdo con la presente invención.
Des cripción detallada
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 principal 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 accionador 1 comprende una estructura 2 de contención preferiblemente rígida y un miembro 3 de empuje.
El miembro 3 de empuje constituye el elemento activo del actuador 1.
En particular, el miembro 3 de empuje está diseñado para trasladarse, con relación a la estructura 2 de contención, para salir al menos parcialmente de la estructura 2 de contención durante el funcionamiento del actuador 1.
El miembro 3 de empuje se traslada a través de una abertura especial formada en la estructura 2 de contención. El actuador 1 comprende un aparato 4 de reducción mecánica, dispuesto en la estructura 2 de contención, y configurado para girar alrededor de un eje de rotación X.
El actuador 1 comprende medios 5 de motor, dispuestos en la estructura 2 de contención, que están conectados operativamente con el aparato 4 de reducción mecánica para rotarlo alrededor del árbol X.
El actuador 1 comprende un árbol 6, que encaja en el aparato 4 de reducción mecánica, y está conectado con el miembro 3 de empuje.
En particular, el árbol 6 comprende un primer extremo terminal 6' y un segundo extremo terminal 6”, donde el primer extremo terminal 6' está conectado a un ojo de acoplamiento 3'. El segundo extremo terminal 6” puede salir de la estructura 2 de contención con el miembro 3 de empuje al menos parcialmente durante el funcionamiento del actuador 1.
El actuador 1 comprende un mecanismo 7 de prevención de rotación que es operable en el árbol 6 para evitar que el árbol gire alrededor del eje de rotación X.
Por lo tanto, el árbol 6 está conectado con el aparato 4 de reducción mecánica de tal manera que una rotación del aparato 4 de reducción mecánica provocará una traslación del árbol 6 a lo largo del eje de rotación X y, por tanto, un movimiento alternativo lineal del miembro 3 de empuje.
Ventajosamente, el aparato 4 de reducción mecánica comprende una primera tuerca 8 de avance y una segunda tuerca 9 de avance que son independientes entre sí, es decir, dos tuercas de avance separadas y distintas.
Cada tuerca 8, 9 de avance 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 5 de motor.
Cada tuerca 8, 9 de avance tiene una dirección principal de extensión que coincide con el eje de rotación X mencionado anteriormente.
Cada tuerca 8, 9 de avance está habilitada para girar únicamente alrededor del eje de rotación X mientras que para cada una de ellas se evita la traslación a lo largo del eje de rotación X, por ejemplo, mediante resaltes de tope apropiados u otras soluciones conocidas por la persona experta fabricante y no descrita en este documento.
Para permitir que cada tuerca 8, 9 de avance y gira alrededor del eje de rotación X, el actuador 1 comprende un par de rodamientos 13-14 y 13'-14' para cada tuerca de avance, dispuestos en la estructura 2 de contención.
Por ejemplo, el par de rodamientos 13-14 están diseñados para la tuerca 8 de avance y 13'-14' están diseñados para la tuerca 9 de avance.
Así, las tuercas 8 y 9 de avance pueden girar alrededor del eje de rotación X bajo la acción de los medios 5 de motor, que están conectados a la tuerca de avance o por medio de una cadena cinemática (por ejemplo, una caja de engranajes que comprende engranajes diferenciales), o preferiblemente están conectados directamente a tales tuercas de avance como se explica mejor a continuación.
En un aspecto, el aparato 4 de reducción mecánica comprende medios 10, 11 y 15 de acoplamiento, que están configurados para acoplar mecánicamente la primera y la segunda tuercas 8, 9 de avance con el árbol 6, de modo que un movimiento de rotación de la primera y/o las segundas tuercas 8, 9 de avance provocarán una traslación del árbol 6 a lo largo del eje de rotación X.
En otras palabras, el actuador 1 es capaz de asegurar una traslación del árbol 6 a lo largo del eje de rotación X incluso en condiciones de falla de los medios 5 de motor, o sus respectivos componentes electrónicos, o en caso de atasco de los medios 10, 11 y 15 de acoplamiento con una de las dos tuercas 8, 9 de avance indistintamente.
Esto se consigue sin utilizar sistemas diferenciales, como cajas de engranajes.
Para ello, los medios 10, 11 y 15 de acoplamiento comprenden:
- una etapa 10 de acoplamiento intermedia insertada dentro de la primera y segunda tuercas de avance 8, 9. - respectivos primeros medios 15 de conexión mecánica configurados para acoplar mecánicamente cada tuerca 8 y 9 de avance con la etapa 10 intermedia de acoplamiento;
- segundos medios 11 de conexión mecánica.
En particular, el árbol 6 está montado en la etapa 10 intermedia de acoplamiento y está conectado con esta última a través de los segundos medios 11 de conexión mecánica.
En un aspecto, la etapa 10 de acoplamiento intermedia, se extiende alrededor de un árbol que coincide con el eje de rotación X mencionado anteriormente.
La etapa 10 de acoplamiento intermedia tiene una cavidad interior, preferiblemente una cavidad pasante, que se extiende a lo largo de un árbol que coincide con el eje de rotación X mencionado anteriormente, y que imparte una forma tubular a dicha etapa 10 de acoplamiento intermedia.
Por lo tanto, también con referencia a las figuras 2 a 4, el árbol 6 es coaxial tanto con la etapa 10 de acoplamiento intermedia como con las tuercas 8 y 9 de avance primera y segunda a lo largo del eje de rotación X, de modo que la etapa 10 de acoplamiento intermedia es coaxial con la primera y segunda tuercas 8 y 9 de avance todavía a lo largo del eje de rotación X.
En un aspecto, todavía refiriéndose a las figuras 2 a 4, se debe observar que los primeros medios 15 de conexión mecánica comprenden preferiblemente un acoplamiento de tuerca y tornillo o, alternativamente, un acoplamiento de rodillo satélite o de rodillo recirculante o un tornillo de bolas de recirculación.
Haciendo referencia ahora a las Figuras 2 y 3, que muestran una realización preferida del acoplamiento entre la etapa 10 intermedia y el árbol 6, se observará que el árbol 6 es un árbol de tornillo y los segundos medios 11 de conexión mecánica comprenden un acoplamiento de tuerca y tornillo entre el árbol 6 de tornillo y la etapa 10 de acoplamiento intermedia.
Con esta realización, un movimiento giratorio impartido por los medios 5 de motor a la primera y/o segunda tuerca 8, 9 de avance, provocará un movimiento de rotación, traslación o rotación de la etapa 10 de acoplamiento intermedia a 10 largo del eje de rotación X, y la etapa 10 de acoplamiento intermedia provocará a su vez un movimiento de traslación del árbol 6 de tornillo a lo largo de dicho eje de rotación X.
Por tanto, en la realización preferida, la etapa 10 de acoplamiento intermedia está interconectada con cada tuerca 8 y 9 de avance mediante un respectivo acoplamiento de tuerca y tornillo obtenido con los respectivos primeros medios 11 de conexión mecánica y después de una rotación de la primera tuerca 8 de avance y/o la segunda tuerca 9 de avance impartida por los medios 5 de motor, provocará un movimiento de rotación, traslación o rotación de la etapa 10 de acoplamiento intermedia a lo largo del eje de rotación X, y que este último, es decir, la etapa 10 de acoplamiento intermedia, provocará un desplazamiento de traslación del árbol 6 de tornillo a lo largo de dicho eje de rotación X. Para este propósito, en la realización preferida, la etapa 10 de acoplamiento intermedia tiene externamente una primera rosca externa 10A y una segunda rosca externa 10B, es decir, formadas en su superficie externa, cada una de las cuales está diseñada para acoplarse con una respectiva rosca de una tuerca 8 o 9.
Por ejemplo, la primera rosca 10A está acoplada con la rosca de la tuerca 8 de avance y la segunda rosca 10B está acoplada con la rosca de la tuerca 9 de avance.
En un aspecto, se espera que la primera rosca 10A esté ubicada próxima a un primer extremo terminal 10' de la etapa 10 de acoplamiento intermedia y dicha segunda rosca 10B esté ubicado próximo a un segundo extremo 10” terminal opuesto al primer extremo 10' terminal de la etapa 10 de acoplamiento intermedia.
Estos primeras y segundas roscas 10A y 10B cubren preferiblemente solo una porción de la superficie exterior de la etapa 10 intermedia de acoplamiento, y particularmente una porción que comienza desde los respectivos extremos 10', 10” terminales y se extiende hacia la zona central de la etapa 10 intermedia de acoplamiento.
Dado que la primera tuerca 8 de avance y la segunda tuerca 9 de avance son independientes entre sí, pero todavía están conectadas mecánicamente por el acoplamiento de la tuerca de avance del tomillo con la etapa 10 de acoplamiento intermedia, entonces también la primera y la segunda rosca 10A y 10B de la etapa 10 de acoplamiento intermedia se sujetan entre sí, ya que se forman en la misma superficie exterior del elemento 10 intermedio.
En un aspecto, aún en la realización preferida del actuador 1 como se muestra en las Figuras 2 y 3, se espera que la etapa 10 de acoplamiento intermedia tenga internamente una tercera rosca 10C interna, es decir, formada en su superficie interna, que está diseñado para acoplarse con una rosca 6A del árbol 6 de tornillo, dicha rosca 6A está formada en la superficie exterior del árbol del tornillo.
En otras palabras, el árbol 6 de tornillo tiene la rosca 6A con un paso y una dirección determinados, que está interconectada con la tercera rosca 10C formada en la etapa 10 de acoplamiento intermedio, de modo que se crea un acoplamiento de tuerca y tornillo.
En un aspecto, la etapa de la rosca 6A del árbol 6 de tornillo es diferente, por ejemplo, mayor o menor que la etapa de la rosca de la primera y segunda tuercas 8 y 9 de avance.
En particular:
- la dirección de la rosca de la primera tuerca 8 de avance es a la izquierda, mientras que la de la segunda tuerca 9 de avance es a la derecha, o viceversa (es decir, la dirección de la rosca de la primera tuerca 8 de avance es a la derecha y la de la segunda tuerca 9 de avance es a la izquierda).
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, que muestra una posible realización del acoplamiento entre la etapa 10 intermedia y el árbol 6 (que no es un árbol de tornillo como se muestra en la Figura 2), se observará que el segundo medio 11 de conexión mecánica está incorporado mediante rodamientos. Si el acoplamiento entre la etapa 10 intermedia y el árbol 6 se proporciona mediante rodamientos, entonces el árbol 6 solo se trasladará en respuesta a una traslación o rototraslación de la fase 10 intermedia.
Si la etapa 10 intermedia gira, entonces el árbol 6 no se puede trasladar. En este caso, el actuador 1 aún asegura la redundancia eléctrica y electrónica, pero pierde su redundancia mecánica (atasco). Por ejemplo, si se produce un atasco entre una tuerca 8 o 9 de avance y la etapa 10 intermedia, entonces la etapa 10 intermedia no podrá trasladarse y entonces no podrá impulsar el árbol 6.
En otras palabras, en la disposición de la Figura 4, es decir, con la presencia de rodamientos entre la etapa intermedia y el árbol, el método de la presente divulgación puede evaluar si existe una falla latente en la parte eléctrica y electrónica, pero no puede evaluar si existe tal falla en la parte mecánica, ya que esta última no tiene redundancia.
Alternativamente, el segundo medio 11 de conexión mecánica puede estar configurado por rodillos satélites o un acoplamiento de rodillos de recirculación o un tornillo de bolas de recirculación.
Como se discutió anteriormente, las tuercas 8 y 9 de avance pueden girar alrededor del eje de rotación X bajo la acción de los medios 5 de motor, que preferiblemente están conectados directamente a tales tuercas de avance.
Para este propósito, independientemente de la realización mostrada en las Figuras 2 y 3 o 4, los medios 5 de motor comprenden dos motores 5A y 5B eléctricos, cada uno de los cuales puede accionarse directamente sobre una respectiva tuerca 8 o 9.
En particular, cada motor 5A, 5B eléctrico comprende un estator fijado a la estructura 2 de contención y un rotor fijado a su respectiva tuerca 8, 9 de avance.
Por lo tanto, el rotor de cada motor 5A y 5B eléctrico está rígidamente conectado con una respectiva tuerca 8 o 9, siendo uno o ambos de estos últimos rotados por la interacción electromagnética de sus respectivos rotores (generalmente con imanes permanentes) y estatores.
Por ejemplo, refiriéndose también a la Figura 3, se observará que el rotor del motor 5A eléctrico está fijado a la primera tuerca 8 de avance, mientras que el rotor del motor 5B está fijado a la segunda tuerca 9 de avance.
En una realización alternativa, los medios 5 de motor están diseñados para conectarse con una respectiva tuerca 8 o 9 de avance a través de una cadena cinemática (no mostrada) para distribuir el par a una y/o ambas de dichas primera y segunda tuercas 8 y 9 de avance.
El actuador 1 comprende medios 12 de frenado, operable en la primera y/o segunda tuerca 8, 9 de avance para frenar la rotación alrededor del eje de rotación X de una y/o ambas de dichas primera y segunda tuerca de avance, de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del actuador 1 como se describen con mayor detalle a continuación.
En particular, los medios 12 de frenado comprenden dos frenos 12A y 12B eléctricos, cada uno operable sobre una respectiva tuerca 8 o 9 de avance.
En este caso, 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 observará que el freno 12A opera en la primera tuerca 8 de avance, y el freno 12B opera en la segunda tuerca 9 de avance.
Cabe señalar que cada motor 5A y 5B eléctrico, así como cada freno eléctrico 12A y 12B, está controlado por su propia electrónica de control (no mostrada), que está diseñada para verificar y controlar el estado de funcionamiento y la eficacia de los motores 5A y 5B eléctricos y frenos 12A y 12B eléctricos antes mencionados.
El actuador comprende una pluralidad de sensores 16-20, dispuestos dentro de la estructura 2 de contención y configurados adecuadamente para estar en comunicación de señal con la electrónica de mando y control, y diseñados para detectar la posición del árbol 6, para así detectar sus movimientos a lo largo del árbol X.
En particular, el actuador 1 comprende tres tipos de sensores:
- al menos un sensor 16 lineal, que se coloca dentro del árbol 6 de tornillo y está configurado para detectar la posición axial del árbol 6;
- primer 17 y segundo 18 sensores giratorios, cada uno asociado con una respectiva tuerca 8, 9 y cada uno configurado para detectar la rotación de cada tuerca 8, 9;
- al menos un sensor de proximidad 19, 20 ubicado entre las dos tuercas 8, 9 de avance y configurado para leer la posición axial de la etapa 10 intermedia de acoplamiento.
Estos sensores 16, 17, 18, 19, 20 están conectados a través de la electrónica de comando/control y el software apropiado para monitorizar los movimientos relativos entre el árbol 6 de tornillo, las tuercas de avance 8, 9, la etapa 10 acoplamiento intermedia y la estructura 2 de contención.
Más en detalle, el sensor 19, 20 de proximidad y el sensor 16 lineal pueden asegurar la orientación de los sensores 17, 18 rotativos ubicados cerca de cada tuerca 8, 9 de avance. Ventajosamente, el sensor 19, 20 de proximidad y el sensor 16 lineal identifica un punto de referencia para los sensores rotativos primero 17 y segundo 18 para obtener la posición de las dos tuercas 8, 9 de avance.
Ventajosamente, la presencia de múltiples sensores 16, 17, 18, 19, 20 asegura la redundancia para medir la posición axial del árbol 6 de tornillo.
Debe observarse que dos sensores de la pluralidad 16, 17, 18, 19, 20 podrían ser suficientes para obtener la posición axial del árbol 6 de tornillo, mediante correlaciones mecánicas.
No obstante, utilizando la pluralidad de sensores 16-20 como se describió anteriormente, el actuador 1 podrá tolerar la falla de hasta dos sensores.
Ventajosamente, la electrónica de control/mando correlaciona las salidas de los sensores 16, 17, 18, 19, 20 para identificar una falla mecánica (es decir, atasco) entre el árbol 6 de tornillo y la etapa 10 de acoplamiento intermedia o entre las tuercas 8, 9 de avance y la etapa 10 intermedia de acoplamiento.
Por lo tanto, en la realización preferida como se describió en este documento (es decir, la que se muestra en la Figura 2 o 3), el actuador 1 comprende dos motores 5A y 5B eléctricos independientes y dos componentes electrónicos independientes para impulsar mecánicas completamente redundantes (es decir, dos tuercas 8 y 9 de avance, una etapa 10 intermedia y un árbol 6 de tornillo) sin utilizar cajas de engranajes y comprende el uso de dos tuercas 8 y 9 de avance independientes, una con dirección de rosca a derecha y otra con dirección de rosca a izquierda, con el que los rotores de los dos motores 5A y 5B eléctricos están conectados directamente. Las dos tuercas 8 y 9 de avance se acoplan a la etapa 10 intermedia que tiene dos porciones 10A y 10B roscadas externas distintas, una acoplada con la tuerca de avance izquierda y la otra acoplada con la tuerca de avance derecha. Por lo tanto, la etapa 10 intermedia tiene una rosca 10C que encaja en la rosca 6A del árbol 6 de tornillo que no gira gracias al dispositivo 7 antirrotación.
Debe observarse, además, aún en la realización preferida como se describió en este documento, que el acoplamiento para diestros y zurdos entre la etapa 10 intermedia y las respectivas tuercas 8 y 9 de avance, puede indicar la posición de la etapa 10 intermedia con respecto a las tuercas de avance y el árbol 6 de tornillo. Esto definirá un rango de posicionamiento mucho menor en el que puede ocurrir un atasco entre la etapa 10 intermedia y las tuercas 8 y/o 9 de avance o entre la etapa 10 intermedia y el árbol 6 de tomillo en comparación con los actuadores de la técnica anterior. Por 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 método para evaluar la presencia de cualquier problema o falla, particularmente fallas latentes, en un actuador 1 electromecánico se describirá ahora, también con referencia a la Figura 6, con referencia a su realización preferida, es decir, la realización como se muestra en las Figuras 2 o 3.
Modo de evaluación de fallas
Durante el funcionamiento normal, los dos motores 5A y 5B eléctricos pueden accionar las dos tuercas 8 y 9 de avance, a pedido de la electrónica respectiva, en el mismo sentido de rotación o en sentidos opuestos de rotación.
Si el funcionamiento de los dos motores 5A y 5B mueve las dos tuercas 8 y 9 de avance en el mismo sentido de rotación, entonces la etapa 10 intermedia gira de manera rígidamente unida con las dos tuercas 8 y 9 de avance. Debido al dispositivo 7 de prevención de rotación, el árbol 6 de tornillo se traslada.
Si el funcionamiento de los dos motores 5A y 5B mueve las dos tuercas 8 y 9 de avance en direcciones opuestas, entonces el par de un motor se compensa con el par del otro motor y la etapa 10 intermedia se traslada. El árbol 6 de tornillo se traslada de manera rígidamente unida con la etapa 10 intermedia.
Como resultado, en el modo de evaluación de fallas, la etapa 10 intermedia puede rotar, trasladar o rotar trasladar y el árbol 6 de tornillo, debido a la presencia del dispositivo 7 de prevención de rotación, se traslada a lo largo del eje de rotación X para proporcionar así un movimiento alternativo lineal, todavía a lo largo del eje de rotación X del miembro 3 de empuje.
En un aspecto, la presencia de fallas eléctricas, electrónicas y/o mecánicas, particularmente fallas latentes en el actuador 1 lineal electromecánico, puede evaluarse mediante los siguientes pasos:
- accionar los dos motores 5A, 5A eléctricos, bloque 23, para impulsar la primera y la segunda tuerca 8, 9 de avance en el mismo sentido de rotación o en sentidos opuestos de rotación;
- durante dicha etapa de accionar los dos motores 5A, 5B eléctricos, verificando, bloque 24, si el árbol 6 se traslada con respecto a dicha estructura 2 de contención.
En particular, debido a la electrónica de mando y control y debido a la pluralidad de sensores 16-20, es posible identificar si el árbol 6 se traslada realmente con respecto a la estructura 2 de contención.
En un aspecto, si no se detecta ninguna falla, bifurcación SÍ del bloque 24, entonces la etapa de accionar los dos motores 5a , 5B eléctricos se llevará a cabo con un rango de accionamiento predeterminado T, bloque 26.
Por ejemplo, el rango de actuación de T puede tener una frecuencia de repetición constante o variable.
Si el árbol 6 no se traslada con respecto a la estructura 2 de contención, ramificación NO del bloque 24, entonces se planea intervenir de acuerdo con uno de los modos diseñados para asegurar el correcto funcionamiento del actuador 1, etapa 27 bloque de determinar el tipo de falla, y la etapa de notificar el tipo de falla que se ha detectado, bloque 28. Particularmente, si la electrónica de mando y control no detecta una traslación del árbol 6, entonces la electrónica de supervisión entrará en un llamado modo de falla.
Para ello, la electrónica de mando y control identificará, utilizando los sensores 16-20, cuyo componente eléctrico o electrónico (por ejemplo, uno de los dos motores eléctricos o la propia electrónica) o componente mecánico (por ejemplo, atasco de la etapa intermedia del tornillo con cualquiera de las tuercas de avance o atasco del árbol del tornillo con la etapa intermedia del tornillo) está defectuoso.
Los modos para localizar y reparar una falla en una parte eléctrica o electrónica o una parte mecánica del actuador 1 se describirán a continuación.
En estos escenarios, el método siempre incluye la notificación de la falla detectada, bloque 28.
Modo de funcionamiento en caso de falla (indistintamente falla de uno de los motores eléctricos o la electrónica respectiva)
El método determina qué tipo de falla ha ocurrido y, en caso de falla indistinta en cualquiera de los dos motores 5A o 5B eléctricos o en su respectiva electrónica, bloque 29, entonces se proporciona una etapa de accionar el freno 12A o 12B eléctrico para detener la rotación de la tuerca 8 o 9 de avance en el lado del motor/electrónica defectuosa, bloque 30.
Por ejemplo, el freno 12A detiene la rotación de la tuerca 8 de avance si la falla se produce en el motor 5A y/o en la electrónica de mando y control.
Esto implicará la rototranslación de la etapa 10 intermedia a lo largo del eje de rotación X debido a la rotación de la tuerca 9 de avance accionada por el motor eléctrico 5B. Debido al dispositivo 7 antirrotación, el árbol 6 de tornillo se traslada a lo largo del eje de rotación X como resultado de la traslación y rotación de la capa 10 intermedia, ya que esta última está acoplada por su rosca 10C con la rosca 6A del árbol 6 de tornillo.
La traslación del árbol 6 de tornillo proporciona el movimiento alternativo lineal, aún a lo largo del eje de rotación X del miembro 3 de empuje.
Modo de funcionamiento en caso de falla (atasco de la etapa intermedia del tornillo con cualquiera de las tuercas de avance)
El método determina qué tipo de falla ocurrió y si la falla es una falla mecánica (o atasco) de la etapa 10 intermedia con cualquiera de las tuercas 8 o 9 de avance, bloque 31, por ejemplo, atasco de la etapa 10 intermedia con la tuerca 8 de avance, luego se proporciona una etapa de accionar los dos motores 5A y 5B eléctricos mediante sus respectivos componentes electrónicos en el mismo sentido de rotación, bloque 32.
En este escenario, la etapa 10 intermedia gira alrededor del eje de rotación X de manera rígidamente unida con las dos tuercas 8 y 9 de avance. Debido a la presencia del dispositivo 7 de prevención de rotación, el árbol 6 de tornillo 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 3 de empuje.
Modo de funcionamiento en caso de falla (atasco del árbol del tornillo con la etapa intermedia del tornillo)
El método determina qué tipo de falla ocurrió y si la falla es una falla (o atasco) del árbol 6 de tornillo con la etapa 10 intermedia, bloque 33, luego una etapa de accionar los dos motores 5A y 5B eléctricos por su respectiva electrónica en direcciones opuestas de rotación se proporciona en el cual, el bloque 34.
En este escenario, el par de un motor se compensa con el par del otro motor y la etapa 10 intermedia solo se mueve a lo largo del eje de rotación X. El árbol 6 de tornillo se traslada a lo largo del eje de rotación X de manera rígidamente unida con la etapa 10 intermedia, para proporcionar así un movimiento alternativo lineal, aún a lo largo del eje de rotación X del miembro 3 de empuje.
Los expertos en la técnica apreciarán obviamente que se pueden realizar una serie de cambios y variantes como se describió anteriormente para cumplir requisitos particulares, sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Método de evaluación de la presencia de una avería eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico, dicho actuador (1) lineal electromecánico comprende:
- una estructura (2) de contención;
- primera y segunda tuercas (8, 9) de avance independientes, cada una con su propia rosca y su propia dirección de rosca,
- dos motores (5A, 5B) eléctricos dispuestos en la estructura (2) de contención y conectados operativamente con dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance para girarlas alrededor de dicho árbol (X) de rotación;
- un árbol (6) insertado en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance
- un mecanismo (7) de prevención de rotación operable en dicho árbol (6) para evitar que el árbol (6) gire alrededor de dicho árbol (X) de rotación;
- medios (10, 15, 11) de acoplamiento, que están configurados para acoplar mecánicamente dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance con dicho árbol (6), de modo que un movimiento de rotación de dichas primera y/o segunda tuercas (8, 9) de avance provocará una traslación de dicho árbol (6) a lo largo de dicho árbol (X) de rotación;
- primer y segundo frenos (12A, 12B) eléctricos, accionables en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance respectivamente, para frenar su rotación alrededor de dicho árbol (X) de rotación;
- electrónica de mando y control para cada motor eléctrico y freno eléctrico que comprende una pluralidad de sensores (16-20) dispuestos en dicha estructura (2) de contención conectados operativamente con la electrónica de mando y control, dicha pluralidad de sensores (16-20) está diseñada para detectar la posición del árbol (6) para detectar sus movimientos a lo largo del árbol X;
- dichos medios (10, 15, 11) de acoplamiento comprenden:
- una etapa (10) intermedia de acoplamiento insertada en dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance, - respectivos primeros medios (15) de conexión mecánica para acoplar dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento con cada tuerca (8, 9) de avance,
- segundos medios (11) de conexión mecánica;
- dicho árbol (6) está instalado en dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento y está conectado con esta última a través de dichos segundos medios (11) de conexión mecánica; dicho método comprende las etapas de:
- accionar (23) dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos para impulsar dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance en el mismo sentido de giro o en sentidos de giro opuestos;
- durante dicha etapa de accionar dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos, comprobar (24) mediante dicha pluralidad de sensores (16-20) si dicho árbol (6) se traslada con respecto a dicha estructura (2) de contención y si dicho árbol (6) no se traduce en relación con la estructura (2) de contención;
- comprobar (31) si existe una falla mecánica de la etapa (10) intermedia con alguna de las tuercas (8, 9) de avance, para accionar (32) los dos motores (5A y 5B) eléctricos en el mismo sentido de rotación;
- comprobar (33) si existe una falla mecánica del árbol (6) con la etapa (10) intermedia, para así accionar (34) los dos motores (5A y 5B) eléctricos en sentidos de giro opuestos.
2. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 1, en el que dicha etapa de accionar dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos tiene un intervalo (T) de accionamiento predeterminado que tiene una frecuencia de repetición fija o variable.
3. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, que comprende, si dicho árbol (6) no se traslada con respecto a la estructura de contención, las etapas (27) de:
- comprobar si uno o ambos de dichos dos motores (5A, 5B) eléctricos o dicha electrónica de control tienen una avería - accionar (30) el primer y segundo frenos (12A, 12B) eléctricos para evitar la rotación de dicha primera o dicha segunda tuerca (8, 9) de avance en el lado del motor/electrónica defectuosa.
4. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que dicho árbol (6) es un árbol de tornillo y dicho segundo medio de conexión (11) mecánica comprenden un acoplamiento de tuerca y tornillo entre dicho árbol (6) de husillo y dicha etapa de acoplamiento intermedia (10), de modo que un movimiento de rotación de dicha primera y/o segunda tuerca (8, 9) de avance provoca un movimiento de rotación, traslación o rototranslación de dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento a lo largo de dicho árbol (X) de rotación y dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento provoca a su vez un movimiento de traslación de dicho árbol (6) de tornillo a lo largo de dicho árbol (X) de rotación.
5. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que cada uno de los respectivos primeros medios (15) de conexión mecánica comprende una tuerca y acoplamiento de tornillo.
6. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el paso de rosca (6A) de dicho árbol (6) de tornillo es diferente desde el paso de rosca de dichas primera y segunda tuercas (8, 9) de avance.
7. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa de dicha rosca de dicha primera tuerca (8) está orientado en una dirección opuesta al paso de dicha rosca de dicha segunda tuerca (9) de avance.
8. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 1 o 2, en el que dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento tiene:
- externamente, primera y segunda roscas (10A, 10B), cada una configurada para acoplarse con una respectiva tuerca (8, 9) de avance e
- internamente, una tercera rosca (10C), configurada para acoplarse con dicha rosca (6A) de dicho árbol (6) de tornillo.
9. Un método para evaluar la presencia de una falla eléctrica, electrónica y/o mecánica en un actuador (1) lineal electromecánico como se reivindica en la reivindicación 8, en el que dicha primera rosca (10A) está ubicada próxima a un primer extremo terminal (10') de dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento y dicha segunda rosca (10b ) está ubicada próxima a un segundo extremo terminal (10”) opuesto al primer extremo (10') de dicha etapa (10) intermedia de acoplamiento.
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