故障保护机电致动器制造技术

本发明专利技术提供了一种机电致动器(“EMA”)，该机电致动器具有用于驱动致动器行程的冗余负载路径。该EMA包括可旋转螺杆、与螺杆配合并且具有带齿外表面的螺母，以及可旋转花键构件，该花键构件具有与螺母的带齿外表面接合的花键表面。致动器杆联接到螺母以用于与螺母一起线性移动。第一电机能够操作以相对于螺母旋转螺杆，从而使螺母沿螺杆线性地行进，并且第二电机能够操作以旋转花键构件和螺母，使得螺母沿螺杆线性地行进。因此，致动器杆通过仅第一电机的操作、通过仅第二电机的操作以及通过第一电机和第二电机的同时操作来线性地移动。止回装置可结合到每个负载路径中。

Electromechanical actuator for fault protection

The invention provides an electromechanical actuator (\EMA\), which has a redundant load path for driving the actuator's stroke. The EMA includes a revolving screw, a screw fitting, and a nut with outer teeth, and a rotatable spline member. The spline member has a spline surface that is engaged with the outer surface of the nut. The actuator rod is connected to the nut for linear movement with the nut. First, the motor can operate to rotate the screw with respect to the nut, so that the nut moves linearly along the screw, and the second motor can operate to rotate the spline member and nut, so that the nut moves linearly along the screw. Therefore, the actuator lever moves linearly through only the operation of the first motor, through the operation of only second motors, and by the simultaneous operation of the first motor and the second motor. The check device can be combined into each load path.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】故障保护机电致动器
本专利技术整体涉及用于例如致动飞机操纵面的机电致动器。
技术介绍
飞机操纵面，例如位于固定翼后缘上的襟翼、位于固定翼前缘上的缝翼、扰流板、副翼表面等，传统上由液压致动系统致动。近期，机电致动器(“EMA”)已被航空业认可用于调整操纵面的位置。已知的EMA具有电机驱动的滚珠螺杆轴，该滚珠螺杆轴与滚珠螺母配合。滚珠螺母由环绕的花键构件接合，该花键构件防止滚珠螺母旋转，同时允许滚珠螺母轴向移动。因此，当旋转滚珠螺杆轴时，滚珠螺母沿滚珠螺杆轴轴向移动以产生线性驱动。在一些构型中，制动器与电机驱动轴相联，以停止旋转并将滚珠螺母保持在EMA的所命令的行程位置处。现有技术具有一些缺点。例如，只有一个产生致动器行程的负载路径。在发生妨碍或干扰滚珠螺杆轴旋转的电机故障或机械卡阻的情况下，不存在可操作EMA的冗余负载路径。在使用制动器将EMA保持在所命令的行程位置处的构型中，制动器需要其自己的控制电路并且必须被主动命令，从而增加了控制系统架构的复杂性。在一些现有技术系统中，即使当EMA处于制动状态时，也会保持电机功率。在其它现有技术系统中，当EMA处于制动状态时，会使用电机“电力关闭”命令。所需要的是一种改进的EMA，它提供可被动地锁定以将EMA保持在所命令的行程位置处的冗余负载路径。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种EMA，其具有用于驱动致动器行程的冗余负载路径。在一个实施方案中，EMA包括能够围绕螺杆轴线旋转的螺杆以及以配合方式安装在螺杆上的螺母，其中螺母具有带齿外表面。EMA还包括能够围绕花键构件轴线旋转的花键构件，其中花键构件包括与螺母的带齿外表面接合的花键表面。EMA的致动器杆联接到螺母以用于与螺母一起线性移动。EMA的第一负载路径由第一电机限定，该第一电机能够操作以围绕螺杆轴线相对于螺母旋转螺杆，从而使螺母沿螺杆线性地行进。EMA的第二负载路径由第二电机限定，该第二电机能够操作以围绕花键构件轴线旋转花键构件，从而使螺母围绕螺杆轴线相对于螺杆旋转，使得螺母沿螺杆线性地行进。因此，致动器杆通过仅第一电机的操作、通过仅第二电机的操作以及通过第一电机和第二电机的同时操作来线性地移动。第一负载路径可包括位于第一电机与螺杆之间的止回装置，该止回装置用于在不需要动力型制动机构的情况下将致动器杆保持在所命令的行程位置处。同样，第二负载路径可包括位于第二电机与花键构件之间的用于相同目的的止回装置。在空间高效的构型中，花键构件可围绕螺母同轴地布置并且具有与螺母的带齿外表面接合的内花键表面。本专利技术的另外的实施方案提供了具有双致动器杆的EMA，该双致动器杆位于EMA的相对的端部处，其中每个致动器杆能够独立地驱动通过冗余负载路径。在这些实施方案中的一个实施方案中，提供了一种单螺杆，该单螺杆具有与相应的螺母配合的左旋螺纹部分和右旋螺纹部分，其中第一电机驱动螺杆旋转，并且第二电机和第三电机通过单独的花键构件驱动螺母旋转。在这些实施方案中的另一个实施方案中，以彼此镜像的方式提供了单独的第一螺杆和第二螺杆以及螺母，其中第一电机和第二电机分别驱动第一螺杆和第二螺杆旋转，并且其中第三电机和第四电机分别驱动与螺母相联的花键构件旋转。附图说明本专利技术的实质和操作模式现在将结合附图在本专利技术的以下具体实施方式中更全面地描述，其中：图1为根据本专利技术的一个实施方案形成的EMA的示意性框图；图2为根据本专利技术的一个实施方案形成的EMA的示意性剖视图；图3为根据本专利技术的另一实施方案形成的EMA的示意性剖视图；并且图4为根据本专利技术的另一个实施方案形成的EMA的示意性剖视图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的一个实施方案形成的EMA10。EMA10包括能够围绕EMA的螺杆轴线11旋转的螺杆12、以及安装在螺杆12上的配合螺母14。如EMA领域的技术人员将理解，螺杆12和螺母14可分别实现为滚珠螺杆和滚珠螺母。EMA10还包括致动器杆18，该致动器杆联接到螺母14以沿轴线11与螺母一起线性移动。EMA10还包括花键构件20，该花键构件能够围绕与轴线11重合或平行的花键构件轴线19旋转。如图2所示，花键构件20具有与螺母14的带齿外表面16接合的花键表面22，由此花键构件20的旋转伴随螺母14围绕轴线11的旋转，而不约束螺母14沿轴线11的行进。根据本专利技术，螺杆12和花键构件20中的任一者或两者可围绕螺杆轴线11旋转以在螺杆12与螺母14之间提供围绕螺杆轴线11的相对旋转，从而使螺母14沿轴线11相对于螺杆12线性地行进。就这一点而言，EMA10包括连接到螺杆12的第一电机24以及连接到花键构件20的第二电机26，该第一电机能够操作以围绕螺杆轴线11相对于螺母14旋转螺杆12从而使螺母沿螺杆线性地行进，该第二电机能够操作以围绕花键构件轴线19旋转花键构件。如将理解，由第二电机26驱动的花键构件20的旋转伴随螺母14相对于螺杆12的旋转，从而使螺母沿螺杆12线性地行进。因此，被布置成从EMA10的外壳60的端部延伸的致动器杆18通过仅第一电机24的操作、通过仅第二电机26的操作以及通过第一电机24和第二电机26的同时操作来相对于外壳60线性地移动。第一电机24可通过结合有止回装置的传动齿轮箱28可驱动地连接到螺杆12。可能的止回装置的细节在美国专利6,109,415；6,631,797B2；和8,646,726B2中示出和描述，这些专利的整个公开内容以引用方式并入本文。第二电机26可以类似的方式，即通过结合有止回装置的另一传动齿轮箱30，可驱动地连接到花键构件20。通过将止回装置结合到驱动传动装置中，EMA10可被动地锁定以将EMA保持在所命令的行程位置处，而不需要命令单独的制动机构并为该制动机构供电，或者如果使用了电力关闭制动器，也不需要命令移除电力。因此，在使用EMA10定位飞机的飞行操纵面的情况下，操纵面可被驱动到期望的位置并且将在不需要电机电力的情况下无限地保持在该处。传动齿轮箱28和/或30还可结合有滑动离合器以防止在发生负载导致的突然停止的情况下因电机转子惯性引起的问题。如图1所示，第一电机24具有与其相联的解析器32，该解析器用于生成对第一电机24的对应电机轴的角速度、方向和位置的指示的信号信息。同样，第二电机26具有与其相联的解析器34，该解析器用于生成对第二电机26的对应电机轴的角速度、方向和位置的指示的信号信息。虽然图1中示出了解析器，但可以代之以编码器以提供描述电机24,26的操作的信号信息。在一个有利的方面，电机24,26可彼此相同，传动齿轮箱28,30可彼此相同，并且/或者解析器32,34可彼此相同。部件的重复提高了批量购买的可能性，有利于实现EMA10的更经济的制造。直流无刷电机适合用作电机24,26，然而，也可以使用其它类型的电机。图2为EMA10的示意性剖视图。花键构件20可围绕螺母14同轴地布置，使得螺杆轴线11和花键构件轴线19彼此重合。在该具体的布置中，花键构件20的花键表面22是与螺母14的带齿外表面16接合的内花键表面。在图2中，第一电机24通过齿轮38,40和42可驱动地连接到螺杆12的带齿凸缘36，并且第二电机26通过齿轮46,48和50可驱动地连接到花键构件20的带齿凸缘44。齿轮40和42可为传动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电致动器，包括：螺杆，所述螺杆能够围绕螺杆轴线旋转；螺母，所述螺母安装在所述螺杆上，所述螺母具有带齿外表面；花键构件，所述花键构件能够围绕花键构件轴线旋转，所述花键构件包括与所述螺母的所述带齿外表面接合的花键表面；致动器杆，所述致动器杆联接到所述螺母以与所述螺母一起线性移动；第一电机，所述第一电机连接到所述螺杆，所述第一电机能够操作以围绕所述螺杆轴线相对于所述螺母旋转所述螺杆，从而使所述螺母沿所述螺杆线性地行进；和第二电机，所述第二电机连接到所述花键构件，所述第二电机能够操作以围绕所述花键构件轴线旋转所述花键构件，从而使所述螺母围绕所述螺杆轴线相对于所述螺杆旋转，使得所述螺母沿所述螺杆线性地行进；其中所述致动器杆通过仅所述第一电机的操作、通过仅所述第二电机的操作以及通过所述第一电机和所述第二电机的同时操作来线性地移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.24 US 14/695,3211.一种机电致动器，包括：螺杆，所述螺杆能够围绕螺杆轴线旋转；螺母，所述螺母安装在所述螺杆上，所述螺母具有带齿外表面；花键构件，所述花键构件能够围绕花键构件轴线旋转，所述花键构件包括与所述螺母的所述带齿外表面接合的花键表面；致动器杆，所述致动器杆联接到所述螺母以与所述螺母一起线性移动；第一电机，所述第一电机连接到所述螺杆，所述第一电机能够操作以围绕所述螺杆轴线相对于所述螺母旋转所述螺杆，从而使所述螺母沿所述螺杆线性地行进；和第二电机，所述第二电机连接到所述花键构件，所述第二电机能够操作以围绕所述花键构件轴线旋转所述花键构件，从而使所述螺母围绕所述螺杆轴线相对于所述螺杆旋转，使得所述螺母沿所述螺杆线性地行进；其中所述致动器杆通过仅所述第一电机的操作、通过仅所述第二电机的操作以及通过所述第一电机和所述第二电机的同时操作来线性地移动。2.根据权利要求1所述的机电致动器，其中所述第一电机能够操作以在第一旋转方向上旋转所述螺杆，并且所述第二电机能够操作以在与所述第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转所述螺母，由此所述螺杆相对于所述螺母的角速度为所述螺杆的角速度和所述螺母的角速度的总和。3.根据权利要求1所述的机电致动器，还包括止回机构，其中所述第一电机通过所述止回机构连接到所述螺杆。4.根据权利要求1所述的机电致动器，还包括止回机构，其中所述第二电机通过所述止回机构连接到所述花键构件。5.根据权利要求1所述的机电致动器，还包括第一止回机构和第二止回机构，其中所述第一电机通过所述第一止回机构连接到所述螺杆，并且所述第二电机通过所述第二止回机构连接到所述花键构件。6.根据权利要求1所述的机电致动器，其中所述花键构件围绕所述螺母同轴地布置，并且所述花键表面为内花键表面。7.一种机电致动器，包括：螺杆，所述螺杆能够围绕轴线旋转，所述螺杆包括具有左旋螺纹的第一部分以及具有右旋螺纹的第二部分；安装在所述螺杆的所述第一部分上的第一螺母以及安装在所述螺杆的所述第二部分上的第二螺母，所述第一螺母和所述第二螺母中的每一者具有带齿外表面；第一花键构件，所述第一花键构件能够围绕所述轴线旋转，所述第一花键构件围绕所述第一螺母布置并且包括与所述第一螺母的所述带齿外表面接合的内花键表面；第二花键构件，所述第二花键构件能够围绕所述轴线旋转，所述第二花键构件围绕所述第二螺母布置并且包括与所述第二螺母的所述带齿外表面接合的内花键表面；第一致动器杆和第二致动器杆，所述第一致动器杆联接到所述第一螺母以与所述第一螺母一起线性移动，所述第二致动器杆联接到所述第二螺母以与所述第二螺母一起线性移动；第一电机，所述第一电机连接到所述螺杆，所述第一电机能够操作以围绕所述轴线相对于所述第一螺母和所述第二螺母旋转所述螺杆，从而使所述第一螺母和所述第二螺母分别沿所述螺杆的所述第一部分和所述第二部分线性地行进；第二电机，所述第二电机连接到所述第一花键构件，所述第二电机能够操作以围绕所述轴线相对于所述螺杆旋转所述第一花键构件和所述第一螺母，从而使所述第一螺母沿所述螺杆的所述第一部分线性地行进；和第三电机，所述第三电机连接到所述第二花键构件，所述第三电机能够操作以围绕所述轴线相对于所述螺杆旋转所述第二花键构件和所述第二螺母，从而使所述第二螺母沿所述螺杆的所述第二部分线性地行进；其中所述第一致动器杆通过仅所述第一电机的操作、通...

【专利技术属性】
技术研发人员：范·隆德·拉森·洛厄尔，克里斯托弗·A·摩尔，
申请(专利权)人：穆格公司，
类型：发明
国别省市：美国,US