[發明專利]余度機電作動器

有效

• 申請號: 201810242793.6
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108462310B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 劉亭;趙國平;閆海媛;牛濤;孫需要;黃玉平
• 申請（專利權）人: 北京精密機電控制設備研究所
• 主分類號: H02K7/116
• 分類號: H02K7/116;H02K7/10;H02K7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利申請提供一種余度機電作動器，包括：第一電機(60a)、第二電機(60b)、差速器(88)以及作動機構(89)。其中，第一電機軸(48a)與第二電機軸(48b)分別與差速器(88)連接。差速器(88)還包括行星機構，行星機構包括太陽輪(83)、行星輪(91)、行星架(36)和齒圈(86)，其中行星架(36)與作動機構(89)連接。第一電機軸(48a)的軸線、第二電機軸(48b)的軸線以及太陽輪(83)的軸線相互平行，且三個軸線共面。并且第一電機軸(48a)的軸線和第二電機軸(48b)的軸線相對于太陽輪(83)的軸線對稱布置。

技術領域

本申請涉及一種電機伺服系統的設計領域，屬于一種直線式對稱布局余度機電作動器的功能結構設計技術，具體而言，涉及一種余度機電作動器。

背景技術

在系統帶寬要求不嚴格的某些機電伺服系統（如火箭一級伺服系統）中，在電機和作動缸之間增加減速器，不僅可以優化減速比，而且可以改變作動器的布局形式。

但是在可靠性要求高的場合，不但要求減速器有余度功能，還要降低力綜合式余度減速器會帶來的力（轉矩）紛爭問題，在這種情況下會導致齒輪的加速磨損和機械振動。因此尋找一種沒有力（轉矩）紛爭的余度減速器，成為迫切的要求。而利用自由度大于1的差動輪系原理設計加工而成的差速器能有效解決力（轉矩）紛爭問題。此外，把傳統的減速器更改為余度減速器可以顯著提高系統的可靠性。

在現有的技術中，差速器可以有效的避免同時工作時的力紛爭，但帶來轉動慣量、慣性力矩以及重量的增加，因此大多應用于功率和承載不大的場合。

以往的技術中也提到過余度機電作動器可以采用容錯電機的方法實現。容錯電機一路繞組故障后，其余各路繞組還能繼續工作，此種機電作動器可以不用減速器，有效降低作動器輸入側轉動慣量，對功率等級、承載大小有較好的適應性，但技術還未成熟，還沒有實際應用。

在航天機電伺服系統中，以往采用差速器的余度機電作動器的布局形式有平行式（如圖1）和直線式（如圖2）兩種形式，平行式雖然使得零位長度變短，但是兩個電機和作動缸在差速器同一側，使得作動器的截面尺寸變大。直線式大多采用一個電機和作動缸軸線重合，另一個電機甩在旁邊。在實際應用中容易造成重心不穩，且承受彎矩。

平行式布局形式使用長螺釘連接作動缸、差速器和上支耳，這使得差速器殼體在作動器受拉時不受力。拉力通過作動缸殼體和上支耳（材料為鋼）上的螺紋孔承受。直線式布局形式使用長螺釘連接作動缸、差速器、制動器、電機和上支耳，這使得差速器殼體、制動器殼體、電機殼體在作動器受拉時不受力，拉力通過作動缸殼體和上支耳（材料為鋼）上的螺紋孔承受。

在現用10kW級大功率一級伺服系統或民用航天運載伺服系統中，搖擺發動機包含四個噴管，互相之間成90度安裝，需要四個機電作動器推動。在這種情況下，用圖2所示的直線式電作動器無疑增大了伺服系統機電作動器的包絡尺寸。這種情況下火箭伺服系統需要一種機電作動器的零位長度很長，沿上下支耳軸線的包絡尺寸很小的余度機電作動器。

在火箭伺服系統中往往采用三余度的液壓伺服系統，但是液壓伺服系統具有以下缺點，包括：（1）液壓信號傳遞速度慢不易進行校正；（2）液壓伺服系統的結構復雜、加工精度高，因而成本高；（3）液體的體積彈性模數隨溫度和混入油中的空氣含量而變。當溫度變化時對系統性能有顯著影響。溫度對液體的粘度影響很大，低溫時摩擦損失增大；高溫時泄漏增加，并容易產生氣穴現象；（4）漏油是液壓系統的弱點，它不僅污染環境，而且容易引發火災。液壓油易受污染，并可造成執行機構堵塞。

因此，研發同功率級別的余度機電伺服系統，代替液壓伺服系統，更易維護，意義重大。

采用圖4所示的布局形式研制機電作動器，徑向包絡尺寸最小，可以滿足要求，但是這會帶來諸多技術難題：