[发明专利]余度机电作动器

说明书

本发明专利申请提供一种余度机电作动器，包括：第一电机(60a)、第二电机(60b)、差速器(88)以及作动机构(89)。其中，第一电机轴(48a)与第二电机轴(48b)分别与差速器(88)连接。差速器(88)还包括行星机构，行星机构包括太阳轮(83)、行星轮(91)、行星架(36)和齿圈(86)，其中行星架(36)与作动机构(89)连接。第一电机轴(48a)的轴线、第二电机轴(48b)的轴线以及太阳轮(83)的轴线相互平行，且三个轴线共面。并且第一电机轴(48a)的轴线和第二电机轴(48b)的轴线相对于太阳轮(83)的轴线对称布置。

技术领域

本申请涉及一种电机伺服系统的设计领域，属于一种直线式对称布局余度机电作动器的功能结构设计技术，具体而言，涉及一种余度机电作动器。

背景技术

在系统带宽要求不严格的某些机电伺服系统（如火箭一级伺服系统）中，在电机和作动缸之间增加减速器，不仅可以优化减速比，而且可以改变作动器的布局形式。

但是在可靠性要求高的场合，不但要求减速器有余度功能，还要降低力综合式余度减速器会带来的力（转矩）纷争问题，在这种情况下会导致齿轮的加速磨损和机械振动。因此寻找一种没有力（转矩）纷争的余度减速器，成为迫切的要求。而利用自由度大于1的差动轮系原理设计加工而成的差速器能有效解决力（转矩）纷争问题。此外，把传统的减速器更改为余度减速器可以显著提高系统的可靠性。

在现有的技术中，差速器可以有效的避免同时工作时的力纷争，但带来转动惯量、惯性力矩以及重量的增加，因此大多应用于功率和承载不大的场合。

以往的技术中也提到过余度机电作动器可以采用容错电机的方法实现。容错电机一路绕组故障后，其余各路绕组还能继续工作，此种机电作动器可以不用减速器，有效降低作动器输入侧转动惯量，对功率等级、承载大小有较好的适应性，但技术还未成熟，还没有实际应用。

在航天机电伺服系统中，以往采用差速器的余度机电作动器的布局形式有平行式（如图1）和直线式（如图2）两种形式，平行式虽然使得零位长度变短，但是两个电机和作动缸在差速器同一侧，使得作动器的截面尺寸变大。直线式大多采用一个电机和作动缸轴线重合，另一个电机甩在旁边。在实际应用中容易造成重心不稳，且承受弯矩。

平行式布局形式使用长螺钉连接作动缸、差速器和上支耳，这使得差速器壳体在作动器受拉时不受力。拉力通过作动缸壳体和上支耳（材料为钢）上的螺纹孔承受。直线式布局形式使用长螺钉连接作动缸、差速器、制动器、电机和上支耳，这使得差速器壳体、制动器壳体、电机壳体在作动器受拉时不受力，拉力通过作动缸壳体和上支耳（材料为钢）上的螺纹孔承受。

在现用10kW级大功率一级伺服系统或民用航天运载伺服系统中，摇摆发动机包含四个喷管，互相之间成90度安装，需要四个机电作动器推动。在这种情况下，用图2所示的直线式电作动器无疑增大了伺服系统机电作动器的包络尺寸。这种情况下火箭伺服系统需要一种机电作动器的零位长度很长，沿上下支耳轴线的包络尺寸很小的余度机电作动器。

在火箭伺服系统中往往采用三余度的液压伺服系统，但是液压伺服系统具有以下缺点，包括：（1）液压信号传递速度慢不易进行校正；（2）液压伺服系统的结构复杂、加工精度高，因而成本高；（3）液体的体积弹性模数随温度和混入油中的空气含量而变。当温度变化时对系统性能有显着影响。温度对液体的粘度影响很大，低温时摩擦损失增大；高温时泄漏增加，并容易产生气穴现象；（4）漏油是液压系统的弱点，它不仅污染环境，而且容易引发火灾。液压油易受污染，并可造成执行机构堵塞。

因此，研发同功率级别的余度机电伺服系统，代替液压伺服系统，更易维护，意义重大。

采用图4所示的布局形式研制机电作动器，径向包络尺寸最小，可以满足要求，但是这会带来诸多技术难题：