一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行控制系統(tǒng)中的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，具體涉及一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]伺服機(jī)構(gòu)是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，在航空航天飛行器上得到了廣泛的應(yīng)用。由于航空航天應(yīng)用對(duì)可靠性有著很高的要求，例如載人航天對(duì)運(yùn)載火箭的可靠性要求為97%，分配到伺服子系統(tǒng)，單機(jī)可靠度指標(biāo)接近0.9999。針對(duì)高可靠性要求，單純提高伺服機(jī)構(gòu)的可靠性很難滿(mǎn)足系統(tǒng)的可靠性要求，因此，對(duì)伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行余度設(shè)計(jì)成為研究的熱點(diǎn)。余度技術(shù)是通過(guò)增加一定數(shù)量功能相同單元來(lái)組成系統(tǒng)或采用多套相同的系統(tǒng)，其本質(zhì)是利用多余的資源來(lái)?yè)Q取系統(tǒng)可靠性提高的一種技術(shù)。在其中某個(gè)或多個(gè)部件出現(xiàn)故障的情況下，剩余的部件仍能保證系統(tǒng)功能完整的多冗余技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的技術(shù)中，余度技術(shù)多采用機(jī)械和電氣結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，且余度一般不超過(guò)三個(gè)，還沒(méi)有能完全依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種完全依靠機(jī)械型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)集成一體化設(shè)計(jì)的四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案:一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，它包括無(wú)刷電機(jī)、四余度位移傳感器、過(guò)載分離機(jī)構(gòu)、小齒輪、大齒輪、諧波減速器、輸出軸和伺服控制器，大齒輪外部嚙合四個(gè)小齒輪，每個(gè)小齒輪均各自與一個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)的從動(dòng)軸連接，每個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)的主動(dòng)軸均各自與一個(gè)無(wú)刷電機(jī)的輸出軸連接，每個(gè)無(wú)刷電機(jī)的輸入端均各自與一個(gè)伺服控制器的輸出端連接；大齒輪的輸出端與諧波減速器連接，諧波減速器輸出剛輪與輸出軸的輸入端連接，輸出軸的輸出端與四余度位移傳感器的輸入端連接。
[0006]所述的四個(gè)小齒輪沿大齒輪的周向均勻分布。
[0007]所述的輸出軸的輸出端位于大齒輪的中心孔內(nèi)，且輸出軸與大齒輪同軸。
[0008]所述的大齒輪的輸出端與諧波減速器之間通過(guò)減速器套筒連接。
[0009]本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:
[0010](I)本發(fā)明完全依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)四余度設(shè)計(jì)，在無(wú)刷電機(jī)輸出軸與齒輪傳動(dòng)之間安裝過(guò)載分離機(jī)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)整過(guò)載分離機(jī)構(gòu)中彈簧壓緊力調(diào)整過(guò)載力矩的大小，在發(fā)生電機(jī)卡死故障時(shí)，可以對(duì)該通道故障進(jìn)行隔離，保護(hù)整個(gè)機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，提高可靠性，且將每臺(tái)電機(jī)的額定功率設(shè)計(jì)為系統(tǒng)額定輸出功率的50%，當(dāng)其中出現(xiàn)一路、兩路或者三路故障時(shí)，仍能正常工作；
[0011](2)四通道電機(jī)在圓周方向上均勻布置，通過(guò)四套小齒輪與一套大齒輪嚙合運(yùn)動(dòng)對(duì)四通道輸出力進(jìn)行合成，將四余度位移傳感器安裝在四臺(tái)無(wú)刷電機(jī)的中心位置，有效利用空間，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的集成一體化設(shè)計(jì)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明所提供的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的原理框圖；
[0013]圖2為本發(fā)明所提供的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的剖視圖；
[0014]圖3為圖2的右視圖。
[0015]圖中:1.無(wú)刷電機(jī)，2.四余度位移傳感器，3.過(guò)載分離機(jī)構(gòu)，4.右殼體，5.小齒輪，6.大齒輪，7.諧波減速器，8.輸出軸，9.伺服控制器，10.接口，11.左殼體，12.端蓋，13.減速器套筒，14.諧波減速器輸出剛輪，15.諧波減速器輸入剛輪，16.轉(zhuǎn)接套。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)包括:無(wú)刷電機(jī)1，四余度位移傳感器2，過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3，右殼體4，小齒輪5，大齒輪6，諧波減速器7，輸出軸8，伺服控制器9，接口 10，左殼體11，端蓋12，減速器套筒13。小齒輪5、過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3、無(wú)刷電機(jī)1、伺服控制器9分別有四個(gè)。大齒輪6的外圓周上嚙合有四個(gè)小齒輪5，四個(gè)小齒輪5沿大齒輪6的周向均勻分布，每個(gè)小齒輪5的中心通孔處均各自通過(guò)鍵連接一個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3的從動(dòng)軸，過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3的主動(dòng)軸和一臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I的輸出軸過(guò)盈配合,并用銷(xiāo)釘連接。過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3內(nèi)有離合器和彈簧，通過(guò)調(diào)節(jié)彈簧的壓緊力可以調(diào)節(jié)過(guò)載力矩，在無(wú)刷電機(jī)I發(fā)生卡死故障時(shí)，過(guò)載力矩達(dá)到閾值，離合器分開(kāi)，帶動(dòng)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸分離，從而將無(wú)刷電機(jī)I與小齒輪5之間的連接中斷，使得該條支路被隔離。
[0018]大齒輪6的中心孔處通過(guò)螺釘連接減速器套筒13的一端，減速器套筒13的另一端通過(guò)螺釘連接諧波減速器7，諧波減速器輸出剛輪7通過(guò)螺釘連接輸出軸8的輸入端，諧波減速器7將大齒輪6的轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)給輸出軸8。輸出軸8的輸出端貫穿大齒輪6的中心孔。輸出軸8的輸出端和四余度位移傳感器2的輸入端通過(guò)轉(zhuǎn)接套16過(guò)盈配合，輸出軸8帶動(dòng)四余度位移傳感器2的輸入端轉(zhuǎn)動(dòng)。四余度位移傳感器2內(nèi)部包含四個(gè)內(nèi)部支路，每個(gè)內(nèi)部支路均各自與一個(gè)伺服控制器9的信號(hào)反饋端連接，四余度位移傳感器2將輸出軸8的位置信息以電壓信號(hào)的形式傳遞給伺服控制器9，四個(gè)內(nèi)部支路為并聯(lián)且輸出信號(hào)相同。當(dāng)其中的一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)內(nèi)部支路發(fā)生故障時(shí)，仍然能保證至少有一個(gè)內(nèi)部支路正確傳遞了輸出軸8的位置信息。
[0019]伺服控制器9的輸出端與無(wú)刷電機(jī)I的輸入端通過(guò)信號(hào)線連接，伺服控制器9控制無(wú)刷電機(jī)I的轉(zhuǎn)速和方向，而無(wú)刷電機(jī)I則將電流信號(hào)和霍爾電壓反饋給伺服控制器9。每臺(tái)伺服控制器9接受外部供電和指令信號(hào)，并向外輸出無(wú)刷電機(jī)I和四余度位移傳感器2的狀態(tài)。伺服控制器9、無(wú)刷電機(jī)1、過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3、小齒輪5、大齒輪6、諧波減速器7、輸出軸8、四余度位移傳感器2構(gòu)成了一個(gè)完整的閉環(huán)控制回路。
[0020]輸出軸8的左端通過(guò)螺釘連接接口 10的右端，接口 10和輸出軸8的外部套有端蓋12，端蓋12的一端通過(guò)螺釘連接左殼體11，左殼體11套在諧波減速器7的外部，左殼體的右端通過(guò)螺釘連接右殼體4的左端，四組小齒輪5、過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3均位于右殼體4內(nèi)。
[0021]如圖3所示，為了充分利用空間，四臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I在圓周上均勻排布，四余度位移傳感器2布置在該圓周的中心位置，這種排布方式使得結(jié)構(gòu)緊湊，在小體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)了機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)的一體化設(shè)計(jì)。
[0022]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:四臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I均正常工作時(shí)，過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3將無(wú)刷電機(jī)I的力矩傳遞給小齒輪5，四個(gè)小齒輪5將力矩合成到大齒輪6上，大齒輪6通過(guò)諧波減速器7驅(qū)動(dòng)輸出軸8運(yùn)動(dòng)，四余度位移傳感器2將輸出軸8的位置信號(hào)輸出給伺服控制器9，無(wú)刷電機(jī)I和伺服控制器9之間形成反饋。每臺(tái)無(wú)刷電機(jī)的額定功率為系統(tǒng)額定輸出功率的50%，故每臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I只需使用其50%的功率，即可保證系統(tǒng)以額定輸出功率運(yùn)行。
[0023]四臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I中的某一臺(tái)發(fā)生非電機(jī)卡死故障時(shí)，過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3不會(huì)切斷該條支路，伺服控制器9切斷該無(wú)刷電機(jī)I的功率電和控制電，該條支路會(huì)被其他正常支路帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生摩擦阻力，故僅作為一個(gè)很小的負(fù)載存在。
[0024]四臺(tái)無(wú)刷電機(jī)I中的某一臺(tái)發(fā)生電機(jī)卡死故障時(shí)，過(guò)載分離機(jī)構(gòu)3通過(guò)機(jī)械切斷該條支路，即無(wú)刷電機(jī)I與小齒輪5之間的連接中斷，伺服控制器9切斷該無(wú)刷電機(jī)I的功率電和控制電，此時(shí)剩下的支路正常工作，電機(jī)卡死帶來(lái)的無(wú)窮大負(fù)載被隔離。在有兩條支路發(fā)生電機(jī)卡死故障的情況下，正常工作的每臺(tái)電機(jī)100%輸出電機(jī)額定功率，系統(tǒng)仍然可以工作在額定功率下。
[0025]上面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:它包括無(wú)刷電機(jī)(I)、四余度位移傳感器(2)、過(guò)載分離機(jī)構(gòu)(3)、小齒輪(5)、大齒輪(6)、諧波減速器(7)、輸出軸(8)和伺服控制器(9),大齒輪(6)外部哨合四個(gè)小齒輪(5),每個(gè)小齒輪(5)均各自與一個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)(3)的從動(dòng)軸連接，每個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)(3)的主動(dòng)軸均各自與一個(gè)無(wú)刷電機(jī)(I)的輸出軸連接，每個(gè)無(wú)刷電機(jī)(I)的輸入端均各自與一個(gè)伺服控制器(9)的輸出端連接；大齒輪(6)的輸出端與諧波減速器(7 )連接，諧波減速器輸出剛輪(14 )與輸出軸(8 )的輸入端連接，輸出軸(8)的輸出端與四余度位移傳感器(2)的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的四個(gè)小齒輪(5)沿大齒輪(6)的周向均勻分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的輸出軸(8)的輸出端位于大齒輪(6)的中心孔內(nèi)，且輸出軸(8)與大齒輪(6)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述的大齒輪(6)的輸出端與諧波減速器(7)之間通過(guò)減速器套筒(13)連接。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于飛行控制系統(tǒng)中的機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，具體公開(kāi)了一種四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)，它包括四個(gè)無(wú)刷電機(jī)、一個(gè)四余度位移傳感器、四個(gè)過(guò)載分離機(jī)構(gòu)、四個(gè)小齒輪、一個(gè)大齒輪、一個(gè)諧波減速器、一個(gè)輸出軸和四個(gè)伺服控制器，四個(gè)無(wú)刷電機(jī)在一個(gè)圓周上均勻分布，四余度位移傳感器設(shè)在圓周的中心位置。該四余度機(jī)電伺服機(jī)構(gòu)完全依靠機(jī)械型結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了集成一體化設(shè)計(jì)。
【IPC分類(lèi)】H02P6-04, H02K7-116, H02K11-00, H02K7-10
【公開(kāi)號(hào)】CN104600901
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310530174
【發(fā)明人】陸豪, 李懷兵, 王惠娟, 劉鵬, 趙守軍, 聶振金
【申請(qǐng)人】北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2013年10月31日