АЛЕКСАШИН, Анатолий Алексеевич (ул. Чайковского, д. 60 кв. 59, Санкт-Петербур, 3 St.Petersburg, 191123, RU)
NESTEROV, Viktor Antonovich (ul. Shipilovskaya, 54-2-372Moscow, 3, 115573, RU)
МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (Китайгородский проезд, д. 7 Москв, 4 Moscow, 109074, RU)
ALEKSASHIN, Anatolij Alekseevich (ul. Chaikovskogo, 60-59St.Petersburg, 3, 191123, RU)
АЛЕКСАШИН, Анатолий Алексеевич (ул. Чайковского, д. 60 кв. 59, Санкт-Петербур, 3 St.Petersburg, 191123, RU)
| Формула изобретения 1. Электромеханический привод, состоящий из узлов, расположенных концентрично относительно центральной оси: корпуса с цилиндрической и торцевыми частями, электродвигателя, имеющего статор и закрепленный на валу ротор; двухступенчатой волновой передачи с присоединенным к ротору электродвигателя входным валом, имеющим эксцентриковый узел с эксцентрично распо- ложенными поверхностями; сепаратора первой ступени волновой передачи с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, перемещаемыми установленными на эксцентрично располо- женных поверхностях рабочими дисками относительно волнообразователя в жестком колесе пер- вой ступени, которое имеет на внешней части эксцентрично расположенные поверхности для вто- рой ступени; сепаратор второй ступени с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, перемещаемыми кольцами, установленными на эксцентрично расположенных на жестком колесе поверхностях, относительно второго волнообразователя на внутренней поверхности цилиндриче- ской части корпуса; выходного вала, опирающегося на тела качения и подшипники качения; узлов, обеспечивающих управление работой электромеханического привода: стопорного устройства, ста- тор которого с двумя парами постоянных магнитов и обмоток жестко соединен с корпусом, а якорь через стопор кинематически связан с валом ротора электродвигателя; расположенного между сто- порным устройством и электродвигателем датчика положения ротора электродвигателя, соединен- ного с его валом; датчика положения выходного вала, размещенного так, что его статор крепится к неподвижно закрепленной детали второй ступени волновой передачи, а ротор - к подвижной дета- ли, соединенной с выходным валом, отл и ча ющий ся тем, что корпус является неподвиж- ной частью электромеханического привода, электродвигатель расположен внутри жесткого колеса двухступенчатой волновой передачи, эксцентриковый узел первой ступени расположен вне ротора электродвигателя, выходной вал присоединен к сепаратору второй ступени, является полым и име- ет шлицы на внутренней поверхности, а также продолжение в виде полой ступицы с закрепленным на ее выступающей из корпуса части фланцем, соединенным с приводимым объектом; часть внут- ренней поверхности ступицы имеет шлицы и совпадает с внутренней шлицевой поверхностью вы- ходного вала; внутри шлицевой части выходного вала и шлицевой части ступицы установлен шли- цевой аакан, внутри которого имеется сминаемая спираль, присоединенная ко дну стакана; внутри выступающей части ступицы установлено устройство выталкивания шлицевого стакана из шлице- вой части ступицы. 2. Электромеханический привод по п.1, отличающийся тем, что соотношение длины стато- ра и его внутреннего диаметра находится в интервале 1 - 2. 3. Электромеханический привод поп.1,отличающийся тем, что количество эксцентрично расположенных поверхностей является четным, при этом оси смежных поверхностей смещены в противоположные направления от центральной оси. 4. Электромеханический привод по п.1, отличающий ся тем, что передаточное отношение двухступенчатой волновой передачи находится в интервале 500 - 2500 при частоте вращения рото- ра электродвигателя 5000 - 25000 мин1. 5. Электромеханический привод поп.1,отличающийся тем, что устройство выталкивания шлицевого стакана и ступицы имеет пиропатрон с пиротехническим зарядом и электрическим ини- циатором горения пиротехнического заряда. |
Областыпехники
Изобретение относится к облааи машиноароения и авиастроения и может быть применена в приводах автоматических систем управления летательных аппаратов, робототехнических, антен- ных и других электромеханических силовых системах, в которых масса и габариты имеют важное значение.
Предшествующий уровень техники
Известно изобретение (патент US N 9 4575027 от 16.05.1983), в соответствии с которым элек- тромеханический привод управляемого объекта (руля направления, элерона) состоит из электро- двигателя и планетарного зубчатого редуктора, входной вал которого соединен с валом ротора электродвигателя, а корпус планетарного редуктора является вращающимся и соединен с подвиж- ной частью приводимого объекта; при этом корпус электродвигателя соединен с неподвижной ча- стью управляемого объекта через установленное на нем электромагнитное разъединяющее уст- ройство. Недостаток известного электромеханического привода в его значительных габаритах и массе, а также в наличии массивных деталей крепления корпусов электродвигателя и планетарного редуктора к неподвижной относительно фюзеляжа аэродинамической поверхности самолета, что усложняет встраивание электромеханического привода в ограниченное пространство управляемых объектов и его работу. Для случая отказа в работе электродвигателя или редуктора, электромеха- нический привод имеет электромагнитное разъединительное устройство для его отсоединения от управляемого объекта и для свободного вращения при вращении управляемого объекта.
Известен пиропатрон в системы катапультирования, используемой в авиационной технике для быстрого разделения объектов (патент RU N 9 2230211от 14.10.2002), имеющий корпус с твердо- топливными шашками, петарду из прессованного пороха, капсюль-воспламенитель. В изобретении устройства автоматического включения установки (патент RU 2116094 от 11.02.1997) для воспла- менения пиропатрона используется узел электрического пуска, работающий от электрических сиг- налов датчиков или от дистанционного управления. Такие устройства автоматического соединения или разъединения объектов имеют существенно меньшую массу, чем электромагнитные устройст- ва. Известен силовой минипривод (патент RU ДО 2321138 от 10.01.2007; заявка WO N s 2008/085082 А1 от 12.07.2007), состоящий из узлов, расположенных концентрично относительно центральной оси: корпуса с цилиндрической и торцевыми частями, электродвигателя, имеющего статор и закре- пленный на валу ротор; двухступенчатой волновой передачи с входным валом, имеющим эксцен- трично расположенные поверхности, соединенным с ротором электродвигателя; сепаратора первой ступени волновой передачи с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, лереме- щаемыми рабочими дисками относительно волнообразователя в жестком колесе, имеющем на внешней части эксцентрично расположенные поверхности; второй сепаратор с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, перемещаемыми кольцами, надетыми на эксцентрично расположенные на жестком колесе поверхности, относительно второго волнообразователя, имею- щегося на внутренней поверхности цилиндрической части корпуса; выходного вала, опирающегося на тела качения и подшипники качения; узлов, обеспечивающих управление работой электромеха- нического привода: стопорного устройства, статор которого с двумя парами постоянных магнитов и обмоток жестко соединен с корпусом, а якорь через стопор кинематически связан с валом ротора электродвигателя; расположенного между стопорным устройством и электродвигателем датчика положения ротора электродвигателя, жестко соединенного с его валом; датчика положения выход- ного вала размещенного так, что его статор крепится к неподвижно закрепленной детали второй ступени волновой передачи, а ротор - к подвижной детали, соединенной с выходным валом.
Недостаток силового минипривода в большой инерционности полого ротора большого диа- метра, внутри которого размещен эксцентриковый узел, часть сепаратора и часть жесткого колеса первой ступени волнового редуктора. Этот недостаток ограничивает величину ускорения ротора при допустимых потерях в двигателе (потери в меди) и не позволяет обеспечить повышенную управляемость объектов, приводимых электромеханическим приводом. Кроме того силовой ми- нипривод не имеет аварийного разъединителя, выходного вала и приводимого объекта.
Техническая задача, решаемая изобретением - снижение момента инерции ротора электро- двигателя, увеличение располагаемого ускорения объекта при допустимом значении потерь в дви- гателе (потерь в меди) при высоком передаточном отношении волнового редуктора и большом крутящем моменте на выходном валу электромеханического привода и обеспечение быстрого ава- рийного разъединения выходного вала и приводимого объекта. Техническая задача, решена в конструкции электромеханического привода, состоящего из уз- лов, расположенных концентрично относительно центральной оси: корпуса с цилиндрической и тор- цевыми частями, электродвигателя, имеющего статор и закрепленный на валу ротор; двухступен- чатой волновой передачи с присоединенным к ротору электродвигателя входным валом, имеющим эксцентриковый узел с эксцентрично расположенными поверхностями; сепаратора первой ступени волновой передачи с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, перемещаемыми установленными на эксцентрично расположенных поверхностях рабочими дисками относительно волнообразователя в жестком колесе первой ступени, которое имеет на внешней части эксцентрич- но расположенные поверхности для второй ступени; сепаратор второй ступени с размещенными в нем в несколько рядов телами качения, перемещаемыми кольцами, установленными на эксцен- трично расположенных на жестком колесе поверхностях, относительно второго волнообразователя на внутренней поверхности цилиндрической части корпуса; выходного вала, опирающегося на тела качения и подшипники качения; узлов, обеспечивающих управление работой электромеханическо- го привода: стопорного устройства, статор которого с двумя парами постоянных магнитов и обмо- ток жестко соединен с корпусом, а якорь через стопор кинематически связан с валом ротора элек- тродвигателя; расположенного между стопорным устройством и электродвигателем датчика по- ложения ротора электродвигателя, соединенного с его валом; датчика положения выходного вала, размещенного так, что его статор крепится к неподвижно закрепленной детали второй ступени волновой передачи, а ротор - к подвижной детали, соединенной с выходным валом; при этом кор- пус является неподвижной частью электромеханического привода, электродвигатель расположен внутри жесткого колеса двухступенчатой волновой передачи, эксцентриковый узел первой ступени расположен вне ротора электродвигателя, выходной вал присоединен к сепаратору второй ступени, является полым и имеет шлицы на внутренней поверхности, а также продолжение в виде полой ступицы с закрепленным на ней фланцем, соединенным с приводимым объектом; на части внут- ренней поверхности ступицы имеется шлицевая поверхность, совпадающая с внутренней шлицевой поверхностью выходного вала; внутри шлицевого вала и части ступицы установлен шлицевой ста- кан, внутри которого имеется сминаемая спираль, присоединенная ко дну стакана; внутри ступицы установлено устройство выталкивания шлицевого стакана из шлицевой части ступицы. з Для существенного уменьшения момента инерции ротора при заданном крутящем моменте электродвигателя отношение длины статора к его внутреннему диаметру находится в интервале 1-2.
Для повышения равномерности работы волновой передачи количество эксцентрично распо- ложенных поверхностей является четным, при этом оси смежных поверхностей смещены в проти- воположные направления от центральной оси.
Для значительного увеличения крутящего момента на выходном валу электромеханического привода при частоте вращения ротора электродвигателя 5000 - 25000 мин -1 передаточное отно- шение двухступенчатой волновой передачи находится в интервале 500 - 2500.
Для уменьшения массы электромеханического привода устройство выталкивания шлицевого стакана из ступицы имеется пиропатрон с пиротехническим зарядом и электрическим инициатором горения пиротехнического заряда.
Технический эффект, получаемый от изобретения - увеличение располагаемого ускорения объекта при допустимом значении потерь в двигателе (потерь в меди) при высоком крутящем мо- менте на выходном валу электромеханического двигателя и обеспечение быстрого аварийного разъединения выходного вала и приводимого объекта, - достигнут за счет введения следующей со- вокупности отличительных признаков:
корпус является неподвижной частью электромеханического привода, электродвигатель рас- положен внутри жесткого колеса двухступенчатой волновой передачи; эксцентриковый узел первой ступени расположен вне ротора электродвигателя; выходной вал присоединен к сепаратору второй ступени, является полым и имеет шлицы на внутренней поверхности, а также продолжение в виде полой ступицы с закрепленным на ней фланцем, соединенным с приводимым объектом; на части внутренней поверхности ступицы имеется шлицевая поверхность, совпадающая с внутренней шли- цевой поверхностью выходного вала; внутри шлицевого вала и шлицевой части ступицы установлен шлицевой стакан, внутри которого имеется сминаемая спираль, присоединенная ко дну стакана; внутри ступицы установлено устройство выталкивания шлицевого стакана из шлицевой части сту- пицы.
Данная совокупность признаков электромеханической передачи, обеспечивающая техниче- ский эффект, не обнаружена при проведении патентно-информационных исследований. Следова- тельно, изобретение соответствует критерию «новизна». Краткое описание чертежей
На фиг.1/3 показано продольное сечение электромеханической передачи.
На фиг.2 /3 - сечение А-А на фиг.1.
На фиг.3 /3 - вид В на фиг.1.
Предпочтительный пример осуществления изобретения
Электромеханический привод (фиг.1, 2) состоит из узлов, расположенных концентрично отно- сительно центральной оси: корпуса 1 с цилиндрической частью 1а, являющегося неподвижной ча- стью электромеханического привода; электродвигателя 2, имеющего статор 3 и закрепленный на валу 4 ротор 5; двухступенчатой волновой передачи б с входным валом 7, имеющим эксцентрико- вый узел 8 с эксцентрично расположенными поверхностями 8а и 8Ь, соединенным с валом 4; сепа- ратора 9 первой ступени 10 волновой передачи 6 с размещенными в нем в несколько рядов телами качения 11, перемещаемыми рабочими дисками 12 относительно волнообразователя 13 в жестком колесе 14, имеющем на внешней части эксцентрично расположенные поверхности 14а, 14Ь; второй сепаратор 15 с размещенными в нем в несколько рядов телами качения 16, перемещаемыми коль- цами 17а и 17Ь, надетыми на эксцентрично расположенные на жестком колесе 14 поверхности 14а, 14Ь, относительно второго волнообразователя 18, имеющегося на внутренней поверхности цилинд- рической части 1а корпуса 1; выходного вала 19, опирающегося на тела качения 16 и подшипники качения 20, с фланцем 21, присоединяемым к приводимому объекту регулирования (не показан); узлов, обеспечивающих управление работой электромеханического привода: стопорного устройства 22 (фиг.3), статор 23 которого с двумя парами постоянных магнитов 24 и обмоток 25 жестко соеди- нен с корпусом 1, а якорь 26 через стопор 27 кинематически связан с валом 4 ротора 5; располо- женного между стопорным устройством 22 и электродвигателем 2 датчика 28 (фиг. 1) положения ротора 5 электродвигателя 2, ротор 29 которого жестко соединен с валом 4 ротора 5; датчика 30 по- ложения выходного вала 19 размещенного так, что его статор 31 крепится к неподвижно закреп- ленной детали корпуса 1, а ротор 32 - к сепаратору 15, соединенному с выходным валом 19; элек- тродвигатель 2 расположен внутри жесткого колеса 14 двухступенчатой волновой передачи 6; экс- центриковый узел 8 первой ступени волновой передачи расположен вне ротора 5 электродвигателя 2; выходной вал 19 присоединен к сепаратору 15, является полым и имеет шлицы на внутренней поверхности 19a, а также продолжение в виде полой ступицы 33 с закрепленным на ней фланцем 21; на части внутренней поверхности ступицы 33 имеется шлицевая поверхность 34, совпадающая с внутренней шлицевой поверхностью 19а выходного вала 19; внутри выходного вала 19 и части сту- пицы 33 установлен шлицевой стакан 35, внутри которого имеется предварительно сжатая сминае- мая спираль 36, присоединенная ко дну стакана 35 и прижимающая его к внутреннему торцу сту- пицы 33; внутри ступицы установлено устройство 37 выталкивания шлицевого стакана 35 из шлице- вой части 34 ступицы 33.
Для обеспечения пониженного момента инерции ротора при заданной мощности электродви- гателя количество эксцентрично расположенных на входном валу 7 или на жестком колесе 14 по- верхностей 8а, 8b, 14а, 14Ь предпочтительно является четным, при этом оси смежных поверхностей смещены в противоположные направления от центральной оси.
Передаточное отношение двухступенчатой волновой передачи 6 находится в интервале 500 - 2500 при частоте вращения 5000 - 25000 мин "1 ротора 5 электродвигателя 2. При передаточном от- ношении менее 500 и частоте вращения ротора 5 менее 5000 мин 1 обеспечение требуемого момен- та достигается при значениях тока, при которых происходит усиленный нагрев электродвигателя за счет тепловых потерь в обмотке. При частоте вращения более 25000 мин '1 в роторе возникает зна- чительные напряжения от центробежных сил.
Для дополнительного уменьшения массы электромеханического привода устройство 37 вы- талкивания шлицевого стакана 35 из ступицы имеет пиропатрон 38 с пиротехническим зарядом 39 и электрическим инициатором 40 горения пиротехнического заряда 39.
При включении электромеханического привода подается напряжение на пару обмоток 25 ста- тора 23 стопорного устройства 22 (фиг. 3), якорь 26 поворачивается, разрывая кинематическую связь стопора 27 с зубчатым колесом 27а, соединенным валом 4 и, таким образом, высвобождает вал 4 ротора электродвигателя. Якорь 26 фиксируется в этом положении постоянными магнитами 24 после снятия напряжения с обмоток 25 статора 23 стопорного устройства 22.
Блок управления электромеханического привода (не показан) на основе командного сигнала, сигналов с сигнальных обмоток датчика 30, положения выходного вала 19 и датчика 28 положения ротора 5, приводит в движение ротор 5, вал 4 и соединенный с ним входной вал 7 первой ступени волновой передачи 6. При вращении входного вала 7 вращаются эксцентрично расположенные поверхности 8а и 8Ь, так что их эксцентрично смещенные оси и диски 12 совершают за один оборот входного вала 7 пол- ный оборот вокруг его оси. Сепаратор 9 позволяет телам качения 11 перемещаться только в ради- альном направлении, совершая волнообразные движения с периодом, равным периоду одного оборота входного вала 7 и амплитудой, равной расстоянию между осью входного вала 7 и осью экс- центрично расположенных поверхностей 8а или 8Ь. Тела качения 11, взаимодействуя с профилиро- ванной поверхностью волнообразователя 13, поворачивают жесткое колесо 14 на угол, меньший угла поворота входного вала 7 в число раз, равное числу волн профилированной поверхности вол- нообразователя 13.
Поворот жесткого колеса 14 приводит в движение эксцентрически расположенные поверхно- сти 14а и 14Ь и кольца 17а и 17Ь, которые перемещают тела качения 16 в гнездах сепаратора 15 в радиальном направлении, так что они совершают сложное движение, являющееся совокупностью вращательного движения сепаратора 15 и радиального движения в гнездах сепаратора 1 с ампли- тудой, равной удвоенному эксцентриситету поверхностей 14а и 14Ь. Тела качения 16, взаимодейст- вуя с профилированной поверхностью второго волнообразователя 18, поворачивают сепаратор 15 на угол, меньший угла поворота жесткого колеса 14 в число раз, на единицу меньше числа волн профиля волнообразователя 18.
Вместе с сепаратором 15 поворачивается выходной вал 19, со шлицевым стаканом и ступицей с фланцем.
При отключении электромеханического привода подается напряжение на пару обмоток 25 статора 23 стопорного устройства 22 (фиг.3), якорь 26 поворачивается в исходное положение, обес- печивая кинематическую связь стопора 27 с зубчатым колесом 27а и фиксируя вал 4 ротора 5. Якорь 26 фиксируется в исходном положении постоянными магнитами после снятия напряжения с обмоток статора 25 стопорного устройства 22.
Для отключения электромеханической передачи от объекта регулирования при отказе элек- тродвигателя 2 (фиг. 1) блока управления (не показан) датчика 28 положения ротора, датчика 30 положения выходного вала или заклинивании двухступенчатой волновой передачи 6, блок анализа состояния привода (не показан) подает сигнал на включение электрического инициатора 40 для воспламенения пиротехнического заряда 39 пиропатрона 38; возникающее при горении заряда 39 давление газа дейавует на дно шлицевого аакана 35 и создает силу, превышающую силу сжатия сминаемой спирали 36 и силу трения аакана 35 о поверхноаи ступицы 33 и вала 19; спираль 36 сначала упруго, а затем плааически деформируется, аакан 35, перемещаясь выходит из зацепле- ния со ступицей 33, которая вмеае с фланцем и присоединенным к нему объектом может повора- чиваться относительно конца выходного вала 19. После выгорания пиротехнического заряда 39 и выхода отработавшего газа, деформированная спираль 36 не восаанавливается и аакан 35 оаает- ся внутри выходного вала 19.
Next Patent: ELECTROMECHANICAL ACTUATOR DEVICE FOR AN AERODYNAMIC SURFACE OF AN AIRCRAFT