[發明專利]擺動式電磁作動器

有效

• 申請號: 200910028154.0
• 申請日: 2009-01-09
• 公開（公告）號: CN101478198A
• 公開（公告）日: 2009-07-08
• 發明（設計）人: 陸洋;王浩文;夏鶴鳴;肖榮;高正
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K7/12
• 分類號: H02K7/12;H02K7/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

所屬技術領域

本發明屬于電磁作動器技術領域，本發明可應用于無自動傾斜器旋翼的驅動系統、主動振動控制的作動系統等方面。

技術背景

目前可以用于驅動直升機旋翼伺服襟翼的電作動器主要有智能材料作動器和電磁作動器。常見的智能材料有壓電陶瓷、形狀記憶合金、電/磁致伸縮材料等。智能材料可以方便的制成薄片狀作動器，易于埋入或嵌入槳葉內部，在電場或磁場的作用下發生變形，其本身既是作動器又是傳感器。然而，智能材料作動器有一個明顯的弱點，即驅動位移很小，必須通過位移放大機構才能獲得足夠的位移輸出。即便如此，通常智能材料作動器在旋翼工作狀態下也只能使襟翼偏轉2至5度，見參考文獻(Chopra，I.Status?of?Application?of?Smart?StructuresTechnology?to?Rotorcraft?Systems.AHS?Journal，October，2000.228-252.)。用于減振降噪尚可，用于旋翼主操縱就顯得力不從心。

目前國際上已研制出的用于驅動旋翼系統伺服襟翼的電磁作動器包括美國DTI公司的Heliflap^TM作動器(Fink，D.A.；Hawkey，T.J.；Gaudreau，P.J.AnElectromagnetic?Actuator?for?Individual?Blade?Control.AHS?56^th?Annual?Forum，2000.)和法國EADS公司的COCE作動器(Toulmay，F.；Kloppel，V.；Lorin，F.Active?Blade?Flaps-The?Needs?and?CurrentCapabilities.AHS?57^th?Annual?Forum，2001.)。其中，Heliflap^TM作動器已經過地面旋翼臺81％額定轉速的旋轉測試，襟翼偏角達±8度(機械位置限制)，靜態最大輸出扭矩48.3Nm，動態扭矩峰值91.5Nm，所需電功率10kw，最高工作溫度200℃，作動器凈重4.3kg。這種作動器的定子線圈部分置于槳葉D型大梁中，轉子部分與大弦長襟翼合為一體，稀土永磁體嵌入襟翼前緣構成混合磁路。這種轉子/襟翼一體化設計使作動器結構簡潔緊湊，但從氣動角度考慮是不利，同時這種設計使襟翼的弦長比超過了50％，襟翼偏轉一定的角度，過大的襟翼弦長比會使作動器付出非常大的功率代價。COCE作動器總重小于4kg，其襟翼設計偏角±5度，輸出扭矩大于25Nm，該作動器角度偏轉有限。此外，這兩種電磁作動器本身重量較大，在旋翼工作時產生巨大的離心力，無法保證作動器正常工作，同時這兩種作動器所需電功率較大，并且偏轉角度有限，無法達到無自動傾斜器變距所要求的襟翼偏轉角度。因而無法滿足無自動傾斜器旋翼主操縱的需求。

發明內容

本發明提供了一種能夠在一定角度范圍，一定頻帶范圍內實現往復運動的、且擺角位置實時可控制的、結構模塊化設計的擺動式電磁作動器。

一種擺動式電磁作動器，其特征在于包括：產生驅動信號給功放驅動作動器工作的控制器、轉軸、安裝于轉軸上起轉子作用的永磁體、以及與永磁體對應放置的其定子作用的鏟形極板、鏟形極板繞有激勵線圈、轉軸一端安裝有用于反饋轉子角度信號給控制器的作動器角度傳感器、另一端裝有用于作動器擺動過程提供力臂的輪盤。

擺動式電磁作動器，其特征在于：為實現作動器在正負45度內擺動，定子由多片鏟形極板組合而成；為滿足不同情況下的功率需求，將作動器設計為多組模塊并聯，可方便地增減模塊組數；為實現作動器轉子擺動頻率可控，作動器轉子擺動角度在任意位置可控，在作動器轉軸上安裝有角度傳感器，構成擺動位置的閉環控制；

有益效果

(1)其結構采用模塊化設計，多組模塊并聯，可通過增減模塊組數來滿足不同工況下對作動器功率的需求。

(2)使用作動器角度傳感器檢測并反饋輸出軸轉角信號，結合控制器可實現對轉子擺角的閉環控制，擺角位置實時可控，包括周期擺動控制與階躍位置控制。

(3)定子設計成鏟形，實現了作動器轉軸帶動輪盤在正負45度內擺動運動。

(4)作動器內部采用推力軸承，可使作動器在離心場下可靠工作。

(5)本發明結構相對簡單，便于集成化、標準化設計制造。

(6)利用本發明驅動直升機伺服襟翼可實現無自動傾斜器旋翼主操縱，以及直

升機高階諧波主動振動控制的目的。此外，該擺動式電磁作動器也可應用于其他軍用及民用領域。

附圖說明