RU171949U1

RU171949U1 - Aircraft electric drive

Info

Publication number: RU171949U1
Application number: RU2016141892U
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Ильдус Финатович Саяхов
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2016-10-25
Publication date: 2017-06-21

Abstract

Использование: полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована в качестве электропривода для авиакосмических летательных аппаратов.Технический результат: снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода летательного аппарата.Сущность полезной модели: электропривод летательного аппарата содержит электродвигатель, датчики положения выходного звена, расположенные в корпусе и установленные на одном валу шарико-винтовую передачу, состоящую из гайки и винта, демпфер, аксиальный подшипник, гибкое соединение, при этом вал электродвигателя, расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи, с которым соединен через конические зубчатые колеса, согласно полезной модели демпфер выполнен в виде электромагнитной муфты сухого трения, а гибкое соединение - в виде упругой муфты с неметаллическими упругими элементами, оснащенной диском из постоянных магнитов и сплошного медного диска с возможностью демпфирования крутильных колебаний.Usage: the utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as an electric drive for aerospace aircraft. Technical result: reduced mechanical loads in the passive mode of operation of the electric drive of the aircraft. The essence of the utility model: the electric drive of the aircraft contains an electric motor, position sensors of the output link located in the housing and mounted on the same shaft ball screw transmission, consisting of a nut and screw, damper, axially th bearing, flexible connection, while the motor shaft is perpendicular to the ball screw, which is connected via bevel gears, according to the utility model, the damper is made in the form of an electromagnetic coupling of dry friction, and the flexible connection is in the form of an elastic coupling with non-metallic elastic elements equipped with a disk of permanent magnets and a solid copper disk with the possibility of damping torsional vibrations.

Description

Полезная модель относится к области электромашиностроения и может быть использована в качестве электропривода для авиакосмических летательных аппаратов.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used as an electric drive for aerospace aircraft.

Известен электромеханический линейный привод [патент РФ № 2522646, кл. F16H 25/22, 2014 г.], состоящий из корпуса, расположенного внутри него электродвигателя с ротором, соединенным через волновой редуктор с винтом винтового или шарико-винтового механизма. Внутри корпуса с возможностью поступательного движения размещены толкатель, а также стопор. Упомянутый ротор соединен с датчиком его углового положения. Волновой редуктор является одноступенчатым и имеет размещенный на валу ротора волнообразователь, состоящий из двух эксцентриков с противоположно направленными эксцентриситетами с установленными на них подшипниками и рабочими кольцами. В сепараторе, который соединен с корпусом и охватывает волнообразователь, размещены тела вращения, взаимодействующие с рабочими кольцами. Жесткое колесо с внутренней волновой поверхностью охватывает сепаратор и имеет установленный соосно с ротором электродвигателя вал, соединенный с винтом непосредственно или через одну или несколько промежуточных ступеней.Known electromechanical linear actuator [RF patent No. 2522646, class. F16H 25/22, 2014], consisting of a housing located inside it of an electric motor with a rotor connected through a wave gear to a screw of a screw or ball-screw mechanism. Pusher and stopper are placed inside the housing with the possibility of translational motion. Said rotor is connected to a sensor of its angular position. The wave gearbox is single-stage and has a wave former placed on the rotor shaft, consisting of two eccentrics with oppositely directed eccentricities with bearings and working rings mounted on them. In the separator, which is connected to the housing and covers the wave former, rotation bodies interacting with the working rings are placed. A rigid wheel with an internal wave surface covers the separator and has a shaft mounted coaxially with the rotor of the electric motor, connected to the screw directly or through one or more intermediate stages.

Недостаток такой конструкции состоит в том, что предлагаемый привод не позволяет обеспечивать пассивный режим работы электропривода, так как подвергается значительным механическим нагрузкам, обусловленными аэродинамическими силами, а также обладает большими габаритами.The disadvantage of this design is that the proposed drive does not allow for a passive mode of operation of the electric drive, as it is subjected to significant mechanical stresses due to aerodynamic forces, and also has large dimensions.

Известен электромеханический мини-привод поступательного действия [патент РФ № 2526366, кл. F16H 25/22, 2014], который состоит из электродвигателя и корпуса, внутри которого расположены последовательно соединенные промежуточная волновая передача с телами качения и поступательная передача с выходным звеном. Входным звеном промежуточной волновой передачи является механический преобразователь с эксцентриковыми втулками, а выходным звеном - сепаратор с телами качения. Сепаратор выполнен заодно с входным звеном поступательной передачи, шарики которой контактируют с наружной поверхностью выходного звена и внутренней поверхностью корпуса. Электродвигатель размещен в корпусе силового мини-привода. Ротор электродвигателя, эксцентриковые втулки и вал механического волнообразователя промежуточной волновой передачи выполнены в виде пустотелых валов и связаны между собой через две последовательно соединенные фрикционные электромагнитные муфты, закрепленные на корпусе. На внутренней поверхности пустотелого вала механического волнообразователя имеется канавка, внутри которой размещены опорные ролики, контактирующие с наружной поверхностью выходного звена поступательной передачи.Known electromechanical mini-drive translational action [RF patent No. 2526366, class. F16H 25/22, 2014], which consists of an electric motor and a housing, inside of which are located the serially connected intermediate wave transmission with rolling bodies and a translational transmission with an output link. The input link of the intermediate wave transmission is a mechanical converter with eccentric bushings, and the output link is a separator with rolling bodies. The separator is made integral with the input link of the translational transmission, the balls of which are in contact with the outer surface of the output link and the inner surface of the housing. The electric motor is located in the housing of the power mini-drive. The rotor of the electric motor, the eccentric bushings and the shaft of the mechanical wave-former of the intermediate wave transmission are made in the form of hollow shafts and are interconnected through two series-connected friction electromagnetic couplings mounted on the housing. There is a groove on the inner surface of the hollow shaft of the mechanical wave former, inside of which support rollers are placed that are in contact with the outer surface of the output link of the translational transmission.

Недостатками данной конструкции является то, что предлагаемый мини-привод не позволяет обеспечивать пассивный режим работы электропривода, так как подвергается значительным механическим нагрузкам, обусловленными аэродинамическими силами, а также в нем не предусмотрен контроль положения выходного звена привода, что приводит к ухудшению динамических характеристик летательного аппарата.The disadvantages of this design is that the proposed mini-drive does not allow a passive mode of operation of the electric drive, as it is subjected to significant mechanical stresses due to aerodynamic forces, and it does not provide for control of the position of the output link of the drive, which leads to a deterioration in the dynamic characteristics of the aircraft .

Известен электромеханический рулевой привод [патент РФ № 157569, кл. F16H 25/22, 2015], в который входят бесконтактный электродвигатель, тахогенератор, датчик положения ротора, электромагнитный нормально-замкнутый тормоз, двухступенчатый редуктор, шарико-винтовая передача, датчик положения выходного штока, выходной шток и разрезная шестерня датчика положения выходного штока.Known electromechanical steering gear [RF patent No. 157569, class. F16H 25/22, 2015], which includes a non-contact electric motor, tacho generator, rotor position sensor, electromagnetic normally-closed brake, two-stage gearbox, ball screw, output rod position sensor, output rod and split gear of the output rod position sensor.

Недостатками данной конструкции является то, что предлагаемый привод не позволяет обеспечивать пассивный режим работы электропривода, так как подвергается значительным механическим нагрузкам, обусловленным аэродинамическими силами.The disadvantages of this design is that the proposed drive does not allow for a passive mode of operation of the electric drive, since it is subjected to significant mechanical stresses due to aerodynamic forces.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является электропривод для летательных аппаратов [F. Claeyssen, P.

, R. LeLetty, О. Sosniki, A. Pages, G. Magnac, M. Christmann, G. Dodds New Actuators for Aircraft, Space and Military Applications // ACTUATOR 2010, 12th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany, 14-16 June 2010], содержащий электродвигатель, датчики положения выходного звена, расположенные в корпусе и установленные на одном валу шарико-винтовую передачу, состоящую из гайки и винта, демпфер, аксиальный подшипник, гибкое соединение, при этом вал электродвигателя расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи, с которым соединен через конические зубчатые колеса.Closest to the claimed technical essence and the achieved result is an electric drive for aircraft [F. Claeyssen, P.

, R. LeLetty, O. Sosniki, A. Pages, G. Magnac, M. Christmann, G. Dodds New Actuators for Aircraft, Space and Military Applications // ACTUATOR 2010, 12th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany, 14 -16 June 2010], comprising a motor, position sensors of the output link located in the housing and mounted on the same shaft as a ball screw transmission consisting of a nut and screw, a damper, an axial bearing, a flexible connection, while the motor shaft is perpendicular to the ball screw helical gear, which is connected through bevel gears.

Недостатками указанной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные применением демпфера с использованием магнитной жидкости и необходимость использования вторичного демпфера для торможения гайки шарико-винтовой передачи, кроме того, недостатком является механическая связь демпфера и электродвигателя, а также завышенные характеристики электродвигателя, обусловленные тем, что используется неуправляемый демпфер.The disadvantages of this design are the limited functionality due to the use of a damper using magnetic fluid and the need to use a secondary damper to brake the ball screw nut, in addition, the disadvantage is the mechanical connection of the damper and the motor, as well as the high characteristics of the motor due to the fact that it is used uncontrolled damper.

Задача полезной модели - повышение надежности и энергоэффективности электропривода летательных аппаратов благодаря использованию в качестве демпфера электромагнитной муфты сухого трения, а в качестве гибкого соединения - муфту с неметаллическими упругими элементами, оснащенную диском из постоянных магнитов и сплошного медного диска.The objective of the utility model is to increase the reliability and energy efficiency of the electric drive of aircraft thanks to the use of a dry friction electromagnetic coupling as a damper, and a coupling with non-metallic elastic elements equipped with a permanent magnet disk and a solid copper disk as a flexible joint.

Техническим результатом является снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода летательного аппарата.The technical result is to reduce mechanical loads in the passive mode of operation of the electric drive of the aircraft.

Поставленная задача решается и указанный результат достигается тем, что электропривод летательного аппарата, содержащий электродвигатель, датчики положения выходного звена, расположенные в корпусе и установленные на одном валу шарико-винтовую передачу, состоящую из гайки и винта, демпфер, аксиальный подшипник, гибкое соединение, при этом вал электродвигателя, расположен перпендикулярно винту шарико-винтовой передачи, с которым соединен через конические зубчатые колеса, согласно полезной модели демпфер выполнен в виде электромагнитной муфты сухого трения, а гибкое соединение - в виде упругой муфты с неметаллическими упругими элементами, оснащенной диском из постоянных магнитов и сплошного медного диска с возможностью демпфирования крутильных колебаний.The problem is solved and the specified result is achieved by the fact that the electric drive of the aircraft, containing an electric motor, position sensors of the output link located in the housing and mounted on the same shaft ball screw transmission, consisting of a nut and screw, damper, axial bearing, flexible connection, when this shaft of the electric motor is located perpendicular to the screw of the ball screw transmission, which is connected via bevel gears, according to a utility model, the damper is made in the form of an electromagnetic minutes dry friction clutch, and a flexible coupling - in the form of a flexible coupling with non-metallic elastic elements equipped with drive of the permanent magnets and the solid copper disk, with damping of the torsional oscillations.

Существо полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен разрез электропривода летательного аппарата, а на фиг. 2 - муфта с неметаллическими упругими элементами, оснащенная диском из постоянных магнитов и сплошного медного диска.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a section through an electric drive of an aircraft, and FIG. 2 - coupling with non-metallic elastic elements, equipped with a disk of permanent magnets and a solid copper disk.

В состав электропривода летательного аппарата (фиг. 1) входят электродвигатель 1, датчики положения выходного звена 2, расположенные в корпусе 3 и установленные на одном валу шарико-винтовая передача 4, состоящая из гайки 5, и винта 6, электромагнитная муфта сухого трения 7, аксиальный подшипник 8, упругая муфта 9 (фиг. 2) с неметаллическими упругими элементами 10, оснащенная диском из постоянных магнитов 11 и сплошного медного диска 12, коническое зубчатое колесо 13, при этом вал электродвигателя 14, расположен перпендикулярно винту 6 шарико-винтовой передачи 4 и соединен с коническим зубчатым колесом 15, которое имеет зацепление с коническим зубчатым колесом 13.The structure of the electric drive of the aircraft (Fig. 1) includes an electric motor 1, position sensors of the output link 2 located in the housing 3 and mounted on the same shaft ball screw 4, consisting of a nut 5, and a screw 6, an electromagnetic dry friction clutch 7, axial bearing 8, an elastic coupling 9 (Fig. 2) with non-metallic elastic elements 10, equipped with a disk of permanent magnets 11 and a solid copper disk 12, a bevel gear 13, while the motor shaft 14 is located perpendicular to the screw 6 of the ball screw gear 4 and is connected to a bevel gear 15, which is engaged with a bevel gear 13.

Электропривод летательного аппарата работает следующим образом. В качестве выходного звена применена шарико-винтовая передача 4, обеспечивающая преобразование вращательного движения зубчатого колеса 15 электродвигателя 1, которое достигается подачей электрического тока от системы управления (на фиг. 1 не показана), в поступательное движение гайки 5. Данный режим работы является активным режимом для электропривода летательного аппарата. При этом гайка 5 несет полезную нагрузку, например управляет закрылком летательного аппарата. Когда гайка 5 достигает зоны действия датчика положения выходного звена 2, прекращается подача тока на обмотки электродвигателя 1 и подается номинальный ток на обмотки электромагнитной муфты сухого трения 7, которая фиксирует гайку 5 в определенном положении. При этом электропривод летательного аппарата работает в пассивном режиме, в котором энергия, создающая поступательное движение или вибрации на гайке 5 шарико-винтовой передачи, передается во вращательное движение винта 6 и демпфируется в упругой муфте 9, обеспечивая тем самым гибкое соединение, которое позволяет снизить механические нагрузки, обусловленные аэродинамическими силами. То есть данная энергия не приводит к износу или разрушению электропривода летательных аппаратов, что обеспечивает снижение механических нагрузок в пассивном режиме работы электропривода и повышение тем самым его ресурса работы.The electric drive of the aircraft operates as follows. A ball screw 4 was used as the output link, which converts the rotational movement of the gear 15 of the electric motor 1, which is achieved by supplying electric current from the control system (not shown in Fig. 1), to the translational movement of the nut 5. This operating mode is the active mode for electric aircraft. In this case, the nut 5 carries a payload, for example, controls the flap of the aircraft. When the nut 5 reaches the range of the position sensor of the output link 2, the current supply to the windings of the electric motor 1 is stopped and the rated current is supplied to the windings of the electromagnetic dry friction clutch 7, which fixes the nut 5 in a certain position. In this case, the electric drive of the aircraft operates in a passive mode, in which the energy that creates translational motion or vibration on the ball screw nut 5 is transferred into the rotational movement of the screw 6 and is damped in the elastic coupling 9, thereby providing a flexible connection, which reduces mechanical loads due to aerodynamic forces. That is, this energy does not lead to wear or destruction of the electric drive of aircraft, which reduces mechanical loads in the passive mode of operation of the electric drive and thereby increase its service life.

Claims

Aircraft electric drive comprising an electric motor, output link position sensors located in the hull and mounted on the same shaft as a ball screw transmission, consisting of a nut and screw, damper, axial bearing, flexible connection, while the electric motor shaft is perpendicular to the ball screw with which it is connected via bevel gears, characterized in that the damper is made in the form of an electromagnetic clutch of dry friction, and the flexible connection is in the form of an elastic clutch with non-metallic with elastic elements equipped with a disk of permanent magnets and a solid copper disk with the possibility of damping torsional vibrations.