互为备份全电余度带锁缩回机电作动器的制作方法

本发明涉及电动作动筒到位锁定和解锁机构，是关于应用于全电机电作动器上的双余度功能应急解锁、缩回和缩回锁定结构，更具体地说，本发明是关于可提高全电机电作动器安全性和任务可靠性，在作动器某一电机失效或传动链卡塞的工况下，另一电机和传动部件能够完成解锁、收回活塞杆并锁定动作的创新结构。

背景技术：

1、随着电机技术及电力电子技术的不断提高，机电作动器(ema)也越来越具有更高的比重。同时，机电作动器还具有更高的可靠性、灵活性以及更强的存活能力。机电作动器(ema)是通过控制电动机从而控制负载运动的一类执行器。小型飞行器起落架收放机电作动器(ema)是基于全电控的需要，为全电控的起落架收放装置以取代传统的液控收放系统。小型飞行器起落架收放机电作动器(ema)技术指标不低于相同条件下的收放液操纵系统。其主要功用是：实现起落架收放并能将起落架锁定在放下位置，在起落架放下位置时应实现无电锁定。收放机电作动器(ema)控制系统，通过对起落架机电作动器(ema)机械传动部分的控制实现对飞机起落架收放的控制，包括起落架收起和放下过程、到位的检测、起落架在收上和放下位置的锁定。通常收放机电作动器(ema)控制系统要实现多起落架(例如1个前起、两个主起)同时控制。电作动器(ema)是由控制电路部分和机械传动执行部分组成。控制电路部分主要由主控机模块和电机驱动控制模块组成；机械传动执行部分是用来实现工作机构直线往复运动或小于360°摆动运动的直线运动执行元件。常见的机械传动执行部分主要由活塞筒、电机、与电机输出轴连接的减速箱传动部件、安装在活塞筒内并与减速装置输出端连接的线位移输出装置和线位移到位锁定装置以及与线位移输出装置连接的活塞组件组成。基本构成主要包括：滚珠丝杠副、外筒组件、活塞杆组件、自锁定组件等。常规的锁定装置的缺点是能量消耗大，在应急放时，只能带动丝杠旋转而使活塞抽出，难以承受飞机落地时的巨大冲击载荷。如出现故障不易察觉，不能使起落架顺利在放下位置锁死，甚至会在应急放的过程中卡死。无法满足飞行器高可靠性的要求。带有自锁装置的机电作动器，在限定位置停止运动时能防止外力作用而发生窜动，通常由作动筒内的机械锁锁住。机械锁的形式常用钢球锁、锁槽、锥形活塞和弹簧等组成。ema系统在容错状态下，原由故障通道输出的功率必须由其它正常通道分担，即需要进行功率的重新分配，这会导致电动机与逆变器的功率损耗的增加，还会对机械装置产生影响。当起落架的控制系统发生故障时，起落架将无法进行正常的收放，因此，设置应急系统是必不可少的。

2、在某些安全性、任务可靠性要求高的应用场合，航空航天等要求可靠性较高的领域，采用单电机系统往往不能满足需求。例如应用于飞机起落架收放的机电作动器，要求其必须具备放下起落架的安全余度，为了提高靠性，一般采用余度设计方式。余度技术是指通过为系统增加多重资源，实现对多重资源的合理管理，从而提高整个系统可靠性的设计方法。目前有并联式双余度电机、两电机串联的余度方式两种，应用机电作动器收放起落架的方案，包括机电作动器活塞杆伸出放下起落架和活塞杆缩回放下起落架。常用的机电作动器多余度设计为备份一个的电机，当主电机失效时备用电机工作而实现应急放下活塞杆，但不能解决丝杠副卡塞的单点故障，任务可靠性低，因而实用性较差。现有技术采用的双机共轴余度服系统的构成永磁同步电机余度系统，在结构上采用串联式结构是两台电机结构相同且同轴同壳对称安装。该余度系统的核心部件为两台相互隔离的永磁同步电机，两套逆变器在电气上独立，分别控制两台电机，构成了双余度永磁同步电机系统。虽然在冷备份运行模式下，正常情况只有一个余度进行工作，只有当此余度出现故障时，才切除故障余度，另一余度开始工作。当某一余度系统的驱动器或电机绕组出现故障时，控制器立即封锁逆变电路的三相驱动信号，并切断逆变器和电机的通路。此时故障余度的三相电流在短时间内减小为零，而另一余度开始工作，承担全部负载。同时在余度切换期间，转速和转矩发生一定的波动。在这种单机运行模式下，余度系统中只有一台电机出力，系统效率较低。虽然在热备份余度工作模式下，两余度同时工作，当某一余度出现故障时，系统可切除故障余度，启动单余度方式。但由于功率器件本身的差别、电机绕组感抗等因数的差异，会造成余度电机系统在运行中，转矩负担不同，出现转矩脉动；两台电机的绕组发热不同，使得某电机绕组发热温升过高，从而导致余度系统的寿命缩短，可靠性降低。

技术实现思路

1、本发明是提供一种结构紧凑，安全裕度可靠，能够实现只有电力能源供应下，应急解锁、缩回活塞杆并锁定活塞杆缩回全电多余度应急带锁机电作动器的技术方案，以有效解决常规双余度机电作动器不能解决丝杠副卡塞的单点故障，实现全电多余度应急。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种互为备份全电余度带锁缩回机电作动器，包括：封装在机电作动器ema外筒传动箱一侧与主电机1输出轴连接的齿轮传动组件,与所述齿轮传动组件相连的主丝杠3，在ema外筒4运动腔体中作伸缩直线运动的活塞筒组件8，安装在活塞筒组件8内并与主丝杠3输出端连接的丝杠螺母6，其特征在于：在活塞筒组件8的输出端设有相向对应所述主电机1且带有输出齿轮的副电机9，副电机9轴联齿轮通过副传动齿轮10与装配在活塞筒组件8输出端方向的丝杠套筒7筒端齿轮进行啮合，筒端齿轮轴向缩颈筒通过两端阶梯端面上的轴承约束在活塞筒组件8内壁环槽中，并且自由端上设有控制活塞筒组件8线位移到位的锁定装置，该锁定装置跟随丝杠套筒7套合的丝杠螺母6，沿ema外筒4底端输出的导向轨道5进行线位移，形成被活塞筒组件8整合在一起的两条相对独立的多余度传动链；主电机1控制模块接收到飞行器主控系统发送的起落架收上或放下指令后，按照既定的程序通过相应的通路发出指令给电机驱动模块，驱动主电机1运转，通过主传动齿轮2带动主丝杠3套合丝杠螺母6旋转，丝杠螺母6沿导向轨道5运动到丝杠套筒7底端极限位置，推动活塞筒组件8作缩回运动，锁定装置上的下位锁球12从ema外筒4下位锁槽脱出，实现机械锁解锁，丝杠螺母6推动丝杠套筒7带动活塞筒组件8缩回到ema外筒4底，上位钢球15被锁定装置中锁定弹簧13提供弹力的上位锁衬套14端面斜角推入ema外筒4底部方向的锁环槽16中，实现机械锁锁定，反之亦然地实现机械开锁。

3、本发明相比于现有技术具有如下增益效果：

4、本发明采用封装在机电作动器ema外筒传动箱一侧与主电机1输出轴连接的齿轮传动组件,与所述齿轮传动组件相连的主丝杠3，在ema外筒4运动腔体中作伸缩直线运动的活塞筒组件8，安装在活塞筒组件8内并与主丝杠3输出端连接的丝杠螺母，其并在在活塞筒组件8的输出端设置相向对应所述主电机1。相比于现有技术串联电机或并联电机组合结构紧凑，占用空间小。

5、本发明在丝杠套筒7、丝杠螺母6设计独立的内外环螺旋滚道，通过丝杠螺母6与主丝杠3套合，外环螺旋滚道与丝杠套筒7套合，丝杠套筒7内环螺旋滚道与过丝杠螺母6外环螺旋滚道套合，形成被活塞筒组件8整合在一起两条相对独立的多余度传动链使主丝杠3能被主电机1驱动，丝杠套筒7能被副电机9驱动。不仅结构紧凑，安全裕度可靠，而且能够实现只有电力能源供应下，应急解锁、缩回活塞杆并锁定。采用工作/备份模式的余度管理技术最大限度地提高完成任务的可靠性和安全性，使系统在正常工作时能高效率运行，产生故障后，能及时隔离故障源，使其性能降低最小。

6、本发明采用在活塞筒组件8内壁母线锁槽中滚动的线位移到位锁定装置，通过丝杠套筒7内螺旋滚道套合丝杠螺母6，带动丝杠螺母6沿ema外筒4底端输出的导向轨道5进行线位移，形成被活塞筒组件8整合在一起的两条相对独立的多余度传动链；这种用两条相同通道形成双机热备份来保证系统的高可靠性，在主电机1和副电机9同时工作时，活塞杆伸出、缩回，缩回速度是单个电机工作时速度的两倍，当任一电机失效或其对应的传动链卡塞时，另一电机可独立完成解锁及缩回活塞杆并锁定任务，实现起落架无障碍释放。在应急放的情况下不会因活塞驱动丝杠的转动而耗散能量，更不会因此卡死或无法上锁，无需专门设计一套控制系统及另外一套应急放作动机构，从而解决了常规机电作动器无法解决丝杠副卡塞单点故障问题。

7、本发明采用丝杠螺母6沿导向轨道5运动到丝杠套筒7底端极限位置，推动活塞筒组件8作缩回运动，带动线位移到位锁定装置中的下位锁球12从ema外筒4下位锁槽脱出，钢球实现机械锁解锁，丝杠螺母6推动丝杠套筒7带动活塞筒组件8缩回到ema外筒4底，上位钢球15被锁定弹簧13提供弹力的上位锁衬套14端面斜角推入ema外筒4底部方向的锁环槽中，实现上位钢球15机械锁锁定，反之亦然地实现机械开锁，实现机械锁解锁或开锁。所构成的作动筒到位锁定和解锁机构可靠性高。可以在作动器某一电机失效或传动链卡塞的工况下，另一电机和传动部件能够完成解锁、收回活塞杆并锁定动作，从而提高了全电机电作动器安全性和任务可靠性。有效解决了常规带锁定功能双余度机电作动器丝杠副单余度设计，无法解决丝杠副卡塞而应急解锁并缩回活塞杆任务可靠性低的问题。发明常规带锁定功能双余度机电作动器丝杠副单余度设计，无法解决丝杠副卡塞而应急解锁并缩回活塞杆任务可靠性低的问题。