集中式全电双余度应急放机电作动器的制作方法

本发明是关于应用于全电机电作动器上的双余度功能应急放结构，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伸出活塞筒动作的创新结构。

背景技术：

1、作动器是运动控制装置进行机动动作的传动机构，早期的作动系统的机械传动到后来的液压传动都是采用飞机集中液压源驱动。最近发展起来的全电传动的液压伺服系统占系统重量比较大，这种液压伺服机构存在结构复杂，故障率高，功率传输损失大，热负荷高等缺点，不利于系统集成，并且降低了可靠性。随着全电化传动系统概念的提出，机电作动器作为一种直线运动执行元件，是用来实现工作机构直线往复运动或小于360°摆动运动的能量转换装置。常见的机电作动器的基本构成如下：电机、减速箱、传动部件、滚珠丝杠副、外筒组件、活塞筒组件、自锁定组件等。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，通常由作动筒花键套合合机械锁锁住。机械锁的形式常用的为钢球锁，它由钢球、锁槽、锥形活塞和弹簧等组成。

2、在某些安全性、任务可靠性要求高的应用场合，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。因此机电作动器(ema)是飞行控制系统的关键部件，其可靠性高低直接影响飞机的飞行安全。在提高可靠性上，ema主要应用的是余度技术，即对系统采用冗余设计，实现提高系统的功率密度的主要方法是应用高功率密度电机实现传动。余度结构的机电作动器在局部控制通道故障后，在主动/主动工作模式下，两通道同时工作，共同推动串联液压缸，此时两通道产生了力纷争。力纷争的解决方法有以下5种：①严格控制伺服回路参数，特别是反馈增益公差，提高部件加工精度，尽量减少通道之间的误差，提高通道间的一致性。由于系统各类型的误差不可避免，因此只能在一定程度上缓解力纷争，还增加了成本。②通过表决输出单值指令信号，消除或减小输入信号差异，但对其他误差无法避免。③通过表决位移反馈信号，采取等待踏步的方式，消除或减小输出信号的差异。等待踏步的方式存在非线性，会降低作动系统的固有频率。④通过减小压力增益、增加阻尼来减小力纷争的幅值，但系统的刚度和动态性能会降低。⑤采用均衡技术，迫使各通道输出力趋向一致，从而缓解或消除力纷争现象。上述5种方法以均衡技术减小力纷争的方式最佳。在目前所使用的5种减小力纷争的方法中，其余4种都只能在一定程度上减小力纷争，且会对系统造成一定的负面影响，力纷争的存在会降低系统的响应速度，也影响其位置精度。

3、如何提高系统其余控制通道仍能完成飞行任的可靠性和增大系统的功率密度，其余度系统的运行方式有主动并列运行和备用转换运行两种，后一种是指一个或部分系统工作，其余分系统处于备用状态，当工作的分系统故障时，通过监控装置检测出故障并转换至备用的完好分系统，使系统继续工作。为了避免同时工作时的力纷争，多余度机电作动器一般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筒，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。

4、以往的余度机电作动器大多采用差速器或容错电机的方法。采用差速器的不足之处在于增加了转动惯量、惯性力矩以及重量，因此大多应用于小常用的机电作动器。为了解决机电作动器电磁综合系统的电流纷争问题。双余度机电作动器以永磁无刷直流电动机为核心，采用无刷直流电动机双余度绕组电流的均衡控制方法，其中，双余度机电作动系统电机为双余度转矩磁耦合钐钴永磁无刷直流电动机，在定子上有两套相同的三相绕组。两套绕组在电角上相差60度。在转子上有两套光电式位置传感器，构成双余度双触发传感器。各功率变换器的输出通过磁耦合，将综合转矩作用于电动机的主轴上，以驱动飞机的舵面。双余度控制器由两个单片机及外围电路构成，采用备份法则，一个主动运行，另一个热备份运行。根据系统控制指令和状态信息，发出两路pwm波信号对两套功率变换器进行控制，并通过均衡调节，才能保证电机两套绕组电流的均衡。但均衡技术会掩盖系统的真故障，因此还要设置适当的故障门限值，防止由于采用了电流均衡技术而掩盖系统的故障。由于双余度系统的两通道不可能完全对称及各种因素的影响，如电源的差异、负载变化、环境温度变化等影响，都可能造成电机两套绕组电流不均衡。因此，在双余度机电作动器系统运行时存在着“电流纷争”现象。通过对系统并联运行的仿真证明了在两套功率变换器电源的电压差变大时，会出现电流的严重不均衡，甚至会出现一套绕组处于电动状态，而另一套绕组处于发电状态的局面，并使电机严重发热，危及系统的安全。而实际情况中还有很多原因会导致两通道输出的位移不一致。例如，制造差异(工艺)、能源差异、传感器等部件差异、控制器差异(元器件)、环境变化(温度)、磨损(长期使用性能衰减)和作动器动态液压刚度变化等，均会导致输出位移、速度的差异。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述问题，本发明的目的是提供提供一种结构简单，运行稳定，安全可靠，调速平滑，能够实现只有电力能源供应下，应急伸出活塞筒的方案。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：一种集中式全电双余度应急放机电作动器，包括：装配在外筒3上端侧作为主动力源的主电机1及下端侧作为应急动力源的副电机11，作为互为备份的动力输出源主电机1和副电机11分别带有啮合主丝杠筒4和传动轴13的传动齿轮副，以及套装在主丝杠筒4外螺旋滚道上的主丝杠螺母6，其特征在于：主电机1主轴通过主传动齿轮2与传动腔体中的主丝杠筒4齿轮进行啮合，副电机11主轴齿轮通过副传动齿轮12与传动腔体中传动轴13的外端齿轮进行啮合，传动轴13右端外花键套合副丝杠8，并将伸出主丝杠筒4端口的轴端柱塞圆台花键，与通过主丝杠螺母6容纳腔装配了轴承的副丝杠8内腔花键槽进行啮合，构成主丝杠筒4能被主电机1驱动，副丝杠8能被副电机11驱动，并被内套副丝杠螺母9的活塞筒10集中整合集成在一起的两条相对独立的传动链，形成主丝杠筒4、传动轴13交错并行分别啮合主、副电机齿轮旋转传递载荷，任一电机失效或其对应的传动链卡塞时，另一电机独立完成伸出活塞筒任务的双余度应急放控制机构。

3、本发明相比于现有技术具有如下增益效果：

4、本发明采用装配在外筒3上端侧作为主动力源的主电机1及下端侧作为应急动力源的副电机11，作为互为备份的动力输出源主电机1和副电机11分别带有啮合主丝杠筒4和传动轴13的传动齿轮副，以及套装在主丝杠筒4外螺旋滚道上的主丝杠螺母6，结构简单，运行稳定，安全可靠，调速平滑，能够实现只有电力能源供应下，应急伸出活塞筒。

5、本发明采用主电机1主轴通过主传动齿轮2与传动腔体中主丝杠筒4齿轮进行啮合，副电机11主轴齿轮通过副传动齿轮12与传动腔体中主丝杠筒4花键套合合传动轴13的外端齿轮进行啮合，传动轴13外花键齿与副丝杠8内腔花键槽啮合，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伸出活塞筒任务，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伸出活塞筒动作，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。

6、本发明通过在主丝杠螺母6上轴向装配可承受负载并能被驱动自由转动的副丝杠8，使主丝杠筒4能被主电机1驱动，副丝杠8能被副电机11驱动，形成两条相对独立的传动链，并被活塞筒10整合在一起。在主电机1和副电机11同时工作时，活塞筒伸出速度是单个电机工作时速度的两倍，增大了作动器功率，加快了系统响应速度，力纷争大大减小，能减小力纷争的幅值与持续时间。通过仿真验证，能大大减小力纷争的幅值，并缩短力纷争消失的时间。交错并行分别啮合丝杠齿轮的双余度应急放控制机构；主电机1、副电机11可同时工作时，加快到达平衡状态的时间，通过缩短到达平衡状态的时间，更能满足飞机起落架系统的快速、大功率及多余度的要求。