一种四余度机电伺服机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行控制系统中的机电伺服机构，具体涉及一种四余度机电伺服机构。
【背景技术】
[0002]伺服机构是飞行控制系统的重要组成部分，在航空航天飞行器上得到了广泛的应用。由于航空航天应用对可靠性有着很高的要求，例如载人航天对运载火箭的可靠性要求为97%，分配到伺服子系统，单机可靠度指标接近0.9999。针对高可靠性要求，单纯提高伺服机构的可靠性很难满足系统的可靠性要求，因此，对伺服机构进行余度设计成为研究的热点。余度技术是通过增加一定数量功能相同单元来组成系统或采用多套相同的系统，其本质是利用多余的资源来换取系统可靠性提高的一种技术。在其中某个或多个部件出现故障的情况下，剩余的部件仍能保证系统功能完整的多冗余技术。
[0003]现有机电伺服机构的技术中，余度技术多采用机械和电气结合的方式实现，且余度一般不超过三个，还没有能完全依靠机械结构实现的四余度机电伺服机构。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种完全依靠机械型结构实现集成一体化设计的四余度机电伺服机构。
[0005]实现本发明目的的技术方案:一种四余度机电伺服机构，它包括无刷电机、四余度位移传感器、过载分离机构、小齿轮、大齿轮、谐波减速器、输出轴和伺服控制器，大齿轮外部啮合四个小齿轮，每个小齿轮均各自与一个过载分离机构的从动轴连接，每个过载分离机构的主动轴均各自与一个无刷电机的输出轴连接，每个无刷电机的输入端均各自与一个伺服控制器的输出端连接；大齿轮的输出端与谐波减速器连接，谐波减速器输出刚轮与输出轴的输入端连接，输出轴的输出端与四余度位移传感器的输入端连接。
[0006]所述的四个小齿轮沿大齿轮的周向均匀分布。
[0007]所述的输出轴的输出端位于大齿轮的中心孔内，且输出轴与大齿轮同轴。
[0008]所述的大齿轮的输出端与谐波减速器之间通过减速器套筒连接。
[0009]本发明的有益技术效果在于:
[0010](I)本发明完全依靠机械结构实现四余度设计，在无刷电机输出轴与齿轮传动之间安装过载分离机构，可以通过调整过载分离机构中弹簧压紧力调整过载力矩的大小，在发生电机卡死故障时，可以对该通道故障进行隔离，保护整个机电伺服机构，提高可靠性，且将每台电机的额定功率设计为系统额定输出功率的50%，当其中出现一路、两路或者三路故障时，仍能正常工作；
[0011](2)四通道电机在圆周方向上均匀布置，通过四套小齿轮与一套大齿轮啮合运动对四通道输出力进行合成，将四余度位移传感器安装在四台无刷电机的中心位置，有效利用空间，实现了机电伺服机构的集成一体化设计。
【附图说明】
[0012]图1为本发明所提供的一种四余度机电伺服机构的原理框图；
[0013]图2为本发明所提供的一种四余度机电伺服机构的剖视图；
[0014]图3为图2的右视图。
[0015]图中:1.无刷电机，2.四余度位移传感器，3.过载分离机构，4.右壳体，5.小齿轮，6.大齿轮，7.谐波减速器，8.输出轴，9.伺服控制器，10.接口，11.左壳体，12.端盖，13.减速器套筒，14.谐波减速器输出刚轮，15.谐波减速器输入刚轮，16.转接套。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0017]如图1和图2所示，本发明提供的一种四余度机电伺服机构包括:无刷电机1，四余度位移传感器2，过载分离机构3，右壳体4，小齿轮5，大齿轮6，谐波减速器7，输出轴8，伺服控制器9，接口 10，左壳体11，端盖12，减速器套筒13。小齿轮5、过载分离机构3、无刷电机1、伺服控制器9分别有四个。大齿轮6的外圆周上啮合有四个小齿轮5，四个小齿轮5沿大齿轮6的周向均匀分布，每个小齿轮5的中心通孔处均各自通过键连接一个过载分离机构3的从动轴，过载分离机构3的主动轴和一台无刷电机I的输出轴过盈配合,并用销钉连接。过载分离机构3内有离合器和弹簧，通过调节弹簧的压紧力可以调节过载力矩，在无刷电机I发生卡死故障时，过载力矩达到阈值，离合器分开，带动主动轴和从动轴分离，从而将无刷电机I与小齿轮5之间的连接中断，使得该条支路被隔离。
[0018]大齿轮6的中心孔处通过螺钉连接减速器套筒13的一端，减速器套筒13的另一端通过螺钉连接谐波减速器7，谐波减速器输出刚轮7通过螺钉连接输出轴8的输入端，谐波减速器7将大齿轮6的转动传动给输出轴8。输出轴8的输出端贯穿大齿轮6的中心孔。输出轴8的输出端和四余度位移传感器2的输入端通过转接套16过盈配合，输出轴8带动四余度位移传感器2的输入端转动。四余度位移传感器2内部包含四个内部支路，每个内部支路均各自与一个伺服控制器9的信号反馈端连接，四余度位移传感器2将输出轴8的位置信息以电压信号的形式传递给伺服控制器9，四个内部支路为并联且输出信号相同。当其中的一个、两个、三个内部支路发生故障时，仍然能保证至少有一个内部支路正确传递了输出轴8的位置信息。
[0019]伺服控制器9的输出端与无刷电机I的输入端通过信号线连接，伺服控制器9控制无刷电机I的转速和方向，而无刷电机I则将电流信号和霍尔电压反馈给伺服控制器9。每台伺服控制器9接受外部供电和指令信号，并向外输出无刷电机I和四余度位移传感器2的状态。伺服控制器9、无刷电机1、过载分离机构3、小齿轮5、大齿轮6、谐波减速器7、输出轴8、四余度位移传感器2构成了一个完整的闭环控制回路。
[0020]输出轴8的左端通过螺钉连接接口 10的右端，接口 10和输出轴8的外部套有端盖12，端盖12的一端通过螺钉连接左壳体11，左壳体11套在谐波减速器7的外部，左壳体的右端通过螺钉连接右壳体4的左端，四组小齿轮5、过载分离机构3均位于右壳体4内。
[0021]如图3所示，为了充分利用空间，四台无刷电机I在圆周上均匀排布，四余度位移传感器2布置在该圆周的中心位置，这种排布方式使得结构紧凑，在小体积内实现了机电伺服机构的一体化设计。
[0022]本发明的工作过程如下:四台无刷电机I均正常工作时，过载分离机构3将无刷电机I的力矩传递给小齿轮5，四个小齿轮5将力矩合成到大齿轮6上，大齿轮6通过谐波减速器7驱动输出轴8运动，四余度位移传感器2将输出轴8的位置信号输出给伺服控制器9，无刷电机I和伺服控制器9之间形成反馈。每台无刷电机的额定功率为系统额定输出功率的50%，故每台无刷电机I只需使用其50%的功率，即可保证系统以额定输出功率运行。
[0023]四台无刷电机I中的某一台发生非电机卡死故障时，过载分离机构3不会切断该条支路，伺服控制器9切断该无刷电机I的功率电和控制电，该条支路会被其他正常支路带动运动，产生摩擦阻力，故仅作为一个很小的负载存在。
[0024]四台无刷电机I中的某一台发生电机卡死故障时，过载分离机构3通过机械切断该条支路，即无刷电机I与小齿轮5之间的连接中断，伺服控制器9切断该无刷电机I的功率电和控制电，此时剩下的支路正常工作，电机卡死带来的无穷大负载被隔离。在有两条支路发生电机卡死故障的情况下，正常工作的每台电机100%输出电机额定功率，系统仍然可以工作在额定功率下。
[0025]上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
【主权项】
1.一种四余度机电伺服机构，其特征在于:它包括无刷电机(I)、四余度位移传感器(2)、过载分离机构(3)、小齿轮(5)、大齿轮(6)、谐波减速器(7)、输出轴(8)和伺服控制器(9),大齿轮(6)外部哨合四个小齿轮(5),每个小齿轮(5)均各自与一个过载分离机构(3)的从动轴连接，每个过载分离机构(3)的主动轴均各自与一个无刷电机(I)的输出轴连接，每个无刷电机(I)的输入端均各自与一个伺服控制器(9)的输出端连接；大齿轮(6)的输出端与谐波减速器(7 )连接，谐波减速器输出刚轮(14 )与输出轴(8 )的输入端连接，输出轴(8)的输出端与四余度位移传感器(2)的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种四余度机电伺服机构，其特征在于:所述的四个小齿轮(5)沿大齿轮(6)的周向均匀分布。
3.根据权利要求2所述的一种四余度机电伺服机构，其特征在于:所述的输出轴(8)的输出端位于大齿轮(6)的中心孔内，且输出轴(8)与大齿轮(6)同轴。
4.根据权利要求3所述的一种四余度机电伺服机构，其特征在于:所述的大齿轮(6)的输出端与谐波减速器(7)之间通过减速器套筒(13)连接。
【专利摘要】本发明属于飞行控制系统中的机电伺服机构，具体公开了一种四余度机电伺服机构，它包括四个无刷电机、一个四余度位移传感器、四个过载分离机构、四个小齿轮、一个大齿轮、一个谐波减速器、一个输出轴和四个伺服控制器，四个无刷电机在一个圆周上均匀分布，四余度位移传感器设在圆周的中心位置。该四余度机电伺服机构完全依靠机械型结构实现了集成一体化设计。
【IPC分类】H02P6-04, H02K7-116, H02K11-00, H02K7-10
【公开号】CN104600901
【申请号】CN201310530174
【发明人】陆豪, 李怀兵, 王惠娟, 刘鹏, 赵守军, 聂振金
【申请人】北京精密机电控制设备研究所, 中国运载火箭技术研究院
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2013年10月31日