本申請(qǐng)屬于航天伺服領(lǐng)域，特別是飛行器空氣舵擺角位置控制伺服系統(tǒng)的機(jī)電作動(dòng)器領(lǐng)域，涉及一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器。

背景技術(shù)：

1、機(jī)電作動(dòng)器作動(dòng)器是空氣動(dòng)力控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它根據(jù)控制系統(tǒng)的擺角輸入指令，進(jìn)行功率放放大，并且準(zhǔn)確、迅速和穩(wěn)定的控制空氣舵面擺角達(dá)到預(yù)定位置，完成空氣動(dòng)力控制，使飛行器按照需求姿態(tài)穩(wěn)定飛行。機(jī)電作動(dòng)器按照輸出形式，可分為直線式作動(dòng)器和旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器兩類(lèi)。

2、北京航空航天大學(xué)cn1562704a專(zhuān)利公開(kāi)了一種飛機(jī)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)或折疊作動(dòng)器，作動(dòng)器包括作動(dòng)筒、活塞桿、轉(zhuǎn)接接頭、鎖定機(jī)構(gòu)等，能夠使飛機(jī)機(jī)翼在飛行狀態(tài)下保持穩(wěn)定，而在地面或停泊狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)或者折疊，以減小占地面積，提高機(jī)場(chǎng)的使用效率和飛機(jī)的存儲(chǔ)能力。

3、珠海隆華直升機(jī)科技有限公司cn109693782a專(zhuān)利公開(kāi)了一種直升機(jī)旋轉(zhuǎn)式舵機(jī)及直升機(jī)，包括動(dòng)力源及減速輸出組件。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊。體積小巧，安裝和拆卸方便。

4、傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，多采用伺服電機(jī)輸出動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副結(jié)合撥叉式結(jié)構(gòu)的方案，完成輸出軸的角位移輸出。上述方案存在伺服機(jī)構(gòu)體積較大，同時(shí)，高速運(yùn)動(dòng)條件下，存在滾子與撥叉之間的滾動(dòng)摩擦變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦現(xiàn)象，傳動(dòng)效率較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，采用永磁同步電機(jī)與齒輪傳動(dòng)軸系的組合傳動(dòng)，提高旋轉(zhuǎn)式舵機(jī)的傳動(dòng)效率，克服撥叉式機(jī)構(gòu)高速運(yùn)動(dòng)條件下的滑動(dòng)摩擦弊端。傳動(dòng)齒輪箱第一級(jí)采用弧齒錐齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)直到第六級(jí)采用直齒輪傳動(dòng)。同時(shí)，為提高旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器的定位精度，在舵機(jī)輸出軸側(cè)配置旋轉(zhuǎn)變壓器，檢測(cè)轉(zhuǎn)子實(shí)時(shí)位置。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：

3、一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，包括永磁同步電機(jī)、齒輪減速箱和輸出舵軸，永磁同步電機(jī)固定連接于齒輪減速箱，永磁同步電機(jī)的輸出軸伸入齒輪減速箱內(nèi)，永磁同步電機(jī)的輸出軸通過(guò)減速齒輪軸系將扭矩傳遞給輸出舵軸，輸出舵軸用于連接舵機(jī)輸出主軸，舵機(jī)輸出主軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于齒輪減速箱，舵機(jī)輸出主軸的軸線垂直于永磁同步電機(jī)的輸出軸軸線；齒輪減速箱包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接于箱體的第一級(jí)弧齒錐齒輪和多個(gè)直齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪和多個(gè)直齒輪的軸線平行于舵機(jī)輸出主軸的軸線，舵機(jī)輸出主軸同軸連接有第六級(jí)直齒輪，永磁同步電機(jī)的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級(jí)直齒輪通過(guò)多個(gè)直齒輪嚙合。

4、所述多個(gè)直齒輪包括第二級(jí)直齒輪、第三級(jí)直齒輪、第四級(jí)直齒輪和第五級(jí)直齒輪，第二級(jí)直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第二大齒輪和第二小齒輪，第三級(jí)直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第三大齒輪和第三小齒輪，第四級(jí)直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第四大齒輪和第四小齒輪，第五級(jí)直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第五大齒輪和第五小齒輪，第二大齒輪與第一小齒輪嚙合，第二小齒輪位于第二大齒輪朝向錐齒部的一側(cè)，第三大齒輪與第二小齒輪嚙合，第三小齒輪位于第三大齒輪背離第二大齒輪的一側(cè)，第四大齒輪與第三小齒輪嚙合，第四小齒輪位于第四大齒輪朝向第三大齒輪的一側(cè)，第五大齒輪與第四小齒輪嚙合，第五小齒輪位于第五大齒輪朝向第四大齒輪的一側(cè)，第六級(jí)直齒輪與第五小齒輪嚙合。

5、所述第一級(jí)弧齒錐齒輪和多級(jí)直齒輪的軸線在舵機(jī)輸出主軸外側(cè)周向上依次分布，形成包覆式分布。

6、所述箱體還連接有角位移傳感器，舵機(jī)輸出主軸連接有扇形齒輪，角位移傳感器的角位移傳感器輸出軸連接有嚙合齒輪，扇形齒輪與嚙合齒輪嚙合，通過(guò)扇形齒輪和嚙合齒輪將舵機(jī)輸出主軸的擺角傳遞給角位移傳感器輸出軸。

7、所述箱體還連接有旋轉(zhuǎn)變壓器，角位移傳感器輸出軸與旋轉(zhuǎn)變壓器的轉(zhuǎn)子軸緊固。

8、所述扇形齒輪位于第六級(jí)直齒輪朝向第五大齒輪的一側(cè)。

9、一種用于空氣動(dòng)力控制的旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，包括永磁同步電機(jī)，設(shè)置于齒輪箱殼體內(nèi)的傳動(dòng)齒輪軸系組件，旋轉(zhuǎn)變壓器，輸出軸預(yù)緊碟簧；傳動(dòng)齒輪軸系組件包括第一級(jí)弧齒錐齒輪傳動(dòng)，第二級(jí)直齒輪傳動(dòng)，第三級(jí)直齒輪傳動(dòng)，第四級(jí)直齒輪傳動(dòng)，第五級(jí)直齒輪傳動(dòng)，第六級(jí)直齒輪傳動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)變壓器傳動(dòng)軸系組成。

10、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比至少包含如下有益效果：

11、(1)本發(fā)明采用永磁同步電機(jī)+齒輪箱的傳動(dòng)方案，將伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)減速增距后，傳遞給舵機(jī)輸出主軸，驅(qū)動(dòng)空氣舵面轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)輸出主軸與電機(jī)輸出軸法向安裝。旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器整機(jī)傳動(dòng)效率達(dá)到81％。

12、(2)本發(fā)明機(jī)電作動(dòng)器的擺動(dòng)角度可達(dá)±32度。機(jī)構(gòu)外形尺寸包絡(luò)為152mm×133mm×70mm，總體積小，總重量?jī)H有2.5kg，同時(shí)能夠承受200n·m的負(fù)載力矩，在輕質(zhì)小型化的同時(shí)具有高承載力。

13、(3)本發(fā)明機(jī)電作動(dòng)器在舵機(jī)輸出主軸端，采用與扇形齒輪同軸安裝的旋轉(zhuǎn)變壓器采集空氣舵主軸角位移，通過(guò)位置閉環(huán)控制消除伺服電機(jī)輸出端到空氣舵主軸傳動(dòng)齒輪之間的傳動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)舵軸擺角的高精度控制。

技術(shù)特征：

1.一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：包括永磁同步電機(jī)(1)、齒輪減速箱(2)和輸出舵軸(5)，永磁同步電機(jī)(1)固定連接于齒輪減速箱(2)，永磁同步電機(jī)(1)的輸出軸伸入齒輪減速箱(2)內(nèi)，永磁同步電機(jī)(1)的輸出軸通過(guò)減速齒輪軸系將扭矩傳遞給輸出舵軸(5)，輸出舵軸(5)用于連接舵機(jī)輸出主軸(16)，舵機(jī)輸出主軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于齒輪減速箱(2)，舵機(jī)輸出主軸的軸線垂直于永磁同步電機(jī)(1)的輸出軸軸線；齒輪減速箱(2)包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接于箱體的第一級(jí)弧齒錐齒輪(6)和多個(gè)直齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪(6)和多個(gè)直齒輪的軸線平行于舵機(jī)輸出主軸的軸線，舵機(jī)輸出主軸同軸連接有第六級(jí)直齒輪(161)，永磁同步電機(jī)(1)的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪(6)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級(jí)直齒輪(161)通過(guò)多個(gè)直齒輪嚙合。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述多個(gè)直齒輪包括第二級(jí)直齒輪(7)、第三級(jí)直齒輪(8)、第四級(jí)直齒輪(9)和第五級(jí)直齒輪(10)，第二級(jí)直齒輪(7)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第二大齒輪和第二小齒輪，第三級(jí)直齒輪(8)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第三大齒輪和第三小齒輪，第四級(jí)直齒輪(9)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第四大齒輪和第四小齒輪，第五級(jí)直齒輪(10)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的第五大齒輪和第五小齒輪，第二大齒輪與第一小齒輪嚙合，第二小齒輪位于第二大齒輪朝向錐齒部的一側(cè)，第三大齒輪與第二小齒輪嚙合，第三小齒輪位于第三大齒輪背離第二大齒輪的一側(cè)，第四大齒輪與第三小齒輪嚙合，第四小齒輪位于第四大齒輪朝向第三大齒輪的一側(cè)，第五大齒輪與第四小齒輪嚙合，第五小齒輪位于第五大齒輪朝向第四大齒輪的一側(cè)，第六級(jí)直齒輪(161)與第五小齒輪嚙合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述第一級(jí)弧齒錐齒輪(6)和多級(jí)直齒輪的軸線在舵機(jī)輸出主軸外側(cè)周向上依次分布，形成包覆式分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述箱體還連接有角位移傳感器，舵機(jī)輸出主軸連接有扇形齒輪(14)，角位移傳感器的角位移傳感器輸出軸(17)連接有嚙合齒輪(15)，扇形齒輪(14)與嚙合齒輪(15)嚙合，通過(guò)扇形齒輪(14)和嚙合齒輪(15)將舵機(jī)輸出主軸(16)的擺角傳遞給角位移傳感器輸出軸(17)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述箱體還連接有旋轉(zhuǎn)變壓器(3)，角位移傳感器輸出軸(17)與旋轉(zhuǎn)變壓器(3)的轉(zhuǎn)子軸緊固。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述扇形齒輪(14)位于第六級(jí)直齒輪(161)朝向第五大齒輪的一側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：所述輸出舵軸(5)的負(fù)載擺角為±32度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，其特征在于：電作動(dòng)器的外形尺寸包絡(luò)為152mm×133mm×70mm，齒輪箱減速比152，總重量為2.5kg。

技術(shù)總結(jié)
一種小型化旋轉(zhuǎn)式機(jī)電作動(dòng)器，涉及航天伺服領(lǐng)域，包括永磁同步電機(jī)、齒輪減速箱和輸出舵軸，永磁同步電機(jī)連接于齒輪減速箱且其輸出軸伸入齒輪減速箱內(nèi)，輸出舵軸連接舵機(jī)輸出主軸，舵機(jī)輸出主軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接于齒輪減速箱，齒輪減速箱包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉(zhuǎn)動(dòng)連接于箱體的第一級(jí)弧齒錐齒輪和多個(gè)直齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪和多個(gè)直齒輪的軸線平行于舵機(jī)輸出主軸的軸線，舵機(jī)輸出主軸同軸連接第六級(jí)直齒輪，永磁同步電機(jī)的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級(jí)弧齒錐齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉(zhuǎn)動(dòng)的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級(jí)直齒輪通過(guò)多個(gè)直齒輪嚙合。提高旋轉(zhuǎn)式舵機(jī)的傳動(dòng)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：劉春慶,寧振雷,王賀龍,張令程,李鴻漸,李彧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6