本申請屬于航天伺服領域，特別是飛行器空氣舵擺角位置控制伺服系統(tǒng)的機電作動器領域，涉及一種小型化旋轉式機電作動器。

背景技術：

1、機電作動器作動器是空氣動力控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構，它根據控制系統(tǒng)的擺角輸入指令，進行功率放放大，并且準確、迅速和穩(wěn)定的控制空氣舵面擺角達到預定位置，完成空氣動力控制，使飛行器按照需求姿態(tài)穩(wěn)定飛行。機電作動器按照輸出形式，可分為直線式作動器和旋轉式作動器兩類。

2、北京航空航天大學cn1562704a專利公開了一種飛機機翼旋轉或折疊作動器，作動器包括作動筒、活塞桿、轉接接頭、鎖定機構等，能夠使飛機機翼在飛行狀態(tài)下保持穩(wěn)定，而在地面或停泊狀態(tài)下旋轉或者折疊，以減小占地面積，提高機場的使用效率和飛機的存儲能力。

3、珠海隆華直升機科技有限公司cn109693782a專利公開了一種直升機旋轉式舵機及直升機，包括動力源及減速輸出組件。產品結構緊湊。體積小巧，安裝和拆卸方便。

4、傳統(tǒng)的旋轉式機電作動器，多采用伺服電機輸出動力，傳動機構采用滾珠絲杠副結合撥叉式結構的方案，完成輸出軸的角位移輸出。上述方案存在伺服機構體積較大，同時，高速運動條件下，存在滾子與撥叉之間的滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ连F象，傳動效率較低。

技術實現思路

1、本申請解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種小型化旋轉式機電作動器，采用永磁同步電機與齒輪傳動軸系的組合傳動，提高旋轉式舵機的傳動效率，克服撥叉式機構高速運動條件下的滑動摩擦弊端。傳動齒輪箱第一級采用弧齒錐齒輪傳動，第二級直到第六級采用直齒輪傳動。同時，為提高旋轉式機電作動器的定位精度，在舵機輸出軸側配置旋轉變壓器，檢測轉子實時位置。

2、本申請?zhí)峁┑募夹g方案如下：

3、一種小型化旋轉式機電作動器，包括永磁同步電機、齒輪減速箱和輸出舵軸，永磁同步電機固定連接于齒輪減速箱，永磁同步電機的輸出軸伸入齒輪減速箱內，永磁同步電機的輸出軸通過減速齒輪軸系將扭矩傳遞給輸出舵軸，輸出舵軸用于連接舵機輸出主軸，舵機輸出主軸轉動連接于齒輪減速箱，舵機輸出主軸的軸線垂直于永磁同步電機的輸出軸軸線；齒輪減速箱包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉動連接于箱體的第一級弧齒錐齒輪和多個直齒輪，第一級弧齒錐齒輪和多個直齒輪的軸線平行于舵機輸出主軸的軸線，舵機輸出主軸同軸連接有第六級直齒輪，永磁同步電機的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級弧齒錐齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級直齒輪通過多個直齒輪嚙合。

4、所述多個直齒輪包括第二級直齒輪、第三級直齒輪、第四級直齒輪和第五級直齒輪，第二級直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第二大齒輪和第二小齒輪，第三級直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第三大齒輪和第三小齒輪，第四級直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第四大齒輪和第四小齒輪，第五級直齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第五大齒輪和第五小齒輪，第二大齒輪與第一小齒輪嚙合，第二小齒輪位于第二大齒輪朝向錐齒部的一側，第三大齒輪與第二小齒輪嚙合，第三小齒輪位于第三大齒輪背離第二大齒輪的一側，第四大齒輪與第三小齒輪嚙合，第四小齒輪位于第四大齒輪朝向第三大齒輪的一側，第五大齒輪與第四小齒輪嚙合，第五小齒輪位于第五大齒輪朝向第四大齒輪的一側，第六級直齒輪與第五小齒輪嚙合。

5、所述第一級弧齒錐齒輪和多級直齒輪的軸線在舵機輸出主軸外側周向上依次分布，形成包覆式分布。

6、所述箱體還連接有角位移傳感器，舵機輸出主軸連接有扇形齒輪，角位移傳感器的角位移傳感器輸出軸連接有嚙合齒輪，扇形齒輪與嚙合齒輪嚙合，通過扇形齒輪和嚙合齒輪將舵機輸出主軸的擺角傳遞給角位移傳感器輸出軸。

7、所述箱體還連接有旋轉變壓器，角位移傳感器輸出軸與旋轉變壓器的轉子軸緊固。

8、所述扇形齒輪位于第六級直齒輪朝向第五大齒輪的一側。

9、一種用于空氣動力控制的旋轉式機電作動器，包括永磁同步電機，設置于齒輪箱殼體內的傳動齒輪軸系組件，旋轉變壓器，輸出軸預緊碟簧；傳動齒輪軸系組件包括第一級弧齒錐齒輪傳動，第二級直齒輪傳動，第三級直齒輪傳動，第四級直齒輪傳動，第五級直齒輪傳動，第六級直齒輪傳動以及旋轉變壓器傳動軸系組成。

10、本發(fā)明與現有技術相比至少包含如下有益效果：

11、(1)本發(fā)明采用永磁同步電機+齒輪箱的傳動方案，將伺服電機轉子的旋轉運動，經過減速增距后，傳遞給舵機輸出主軸，驅動空氣舵面轉動。舵機輸出主軸與電機輸出軸法向安裝。旋轉式機電作動器整機傳動效率達到81％。

12、(2)本發(fā)明機電作動器的擺動角度可達±32度。機構外形尺寸包絡為152mm×133mm×70mm，總體積小，總重量僅有2.5kg，同時能夠承受200n·m的負載力矩，在輕質小型化的同時具有高承載力。

13、(3)本發(fā)明機電作動器在舵機輸出主軸端，采用與扇形齒輪同軸安裝的旋轉變壓器采集空氣舵主軸角位移，通過位置閉環(huán)控制消除伺服電機輸出端到空氣舵主軸傳動齒輪之間的傳動間隙，實現舵軸擺角的高精度控制。

技術特征：

1.一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：包括永磁同步電機(1)、齒輪減速箱(2)和輸出舵軸(5)，永磁同步電機(1)固定連接于齒輪減速箱(2)，永磁同步電機(1)的輸出軸伸入齒輪減速箱(2)內，永磁同步電機(1)的輸出軸通過減速齒輪軸系將扭矩傳遞給輸出舵軸(5)，輸出舵軸(5)用于連接舵機輸出主軸(16)，舵機輸出主軸轉動連接于齒輪減速箱(2)，舵機輸出主軸的軸線垂直于永磁同步電機(1)的輸出軸軸線；齒輪減速箱(2)包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉動連接于箱體的第一級弧齒錐齒輪(6)和多個直齒輪，第一級弧齒錐齒輪(6)和多個直齒輪的軸線平行于舵機輸出主軸的軸線，舵機輸出主軸同軸連接有第六級直齒輪(161)，永磁同步電機(1)的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級弧齒錐齒輪(6)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級直齒輪(161)通過多個直齒輪嚙合。

2.根據權利要求1所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述多個直齒輪包括第二級直齒輪(7)、第三級直齒輪(8)、第四級直齒輪(9)和第五級直齒輪(10)，第二級直齒輪(7)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第二大齒輪和第二小齒輪，第三級直齒輪(8)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第三大齒輪和第三小齒輪，第四級直齒輪(9)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第四大齒輪和第四小齒輪，第五級直齒輪(10)包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的第五大齒輪和第五小齒輪，第二大齒輪與第一小齒輪嚙合，第二小齒輪位于第二大齒輪朝向錐齒部的一側，第三大齒輪與第二小齒輪嚙合，第三小齒輪位于第三大齒輪背離第二大齒輪的一側，第四大齒輪與第三小齒輪嚙合，第四小齒輪位于第四大齒輪朝向第三大齒輪的一側，第五大齒輪與第四小齒輪嚙合，第五小齒輪位于第五大齒輪朝向第四大齒輪的一側，第六級直齒輪(161)與第五小齒輪嚙合。

3.根據權利要求1所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述第一級弧齒錐齒輪(6)和多級直齒輪的軸線在舵機輸出主軸外側周向上依次分布，形成包覆式分布。

4.根據權利要求1或2所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述箱體還連接有角位移傳感器，舵機輸出主軸連接有扇形齒輪(14)，角位移傳感器的角位移傳感器輸出軸(17)連接有嚙合齒輪(15)，扇形齒輪(14)與嚙合齒輪(15)嚙合，通過扇形齒輪(14)和嚙合齒輪(15)將舵機輸出主軸(16)的擺角傳遞給角位移傳感器輸出軸(17)。

5.根據權利要求4所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述箱體還連接有旋轉變壓器(3)，角位移傳感器輸出軸(17)與旋轉變壓器(3)的轉子軸緊固。

6.根據權利要求4所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述扇形齒輪(14)位于第六級直齒輪(161)朝向第五大齒輪的一側。

7.根據權利要求1所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：所述輸出舵軸(5)的負載擺角為±32度。

8.根據權利要求1所述的一種小型化旋轉式機電作動器，其特征在于：電作動器的外形尺寸包絡為152mm×133mm×70mm，齒輪箱減速比152，總重量為2.5kg。

技術總結
一種小型化旋轉式機電作動器，涉及航天伺服領域，包括永磁同步電機、齒輪減速箱和輸出舵軸，永磁同步電機連接于齒輪減速箱且其輸出軸伸入齒輪減速箱內，輸出舵軸連接舵機輸出主軸，舵機輸出主軸轉動連接于齒輪減速箱，齒輪減速箱包括箱體和減速齒輪軸系，減速齒輪軸系包括轉動連接于箱體的第一級弧齒錐齒輪和多個直齒輪，第一級弧齒錐齒輪和多個直齒輪的軸線平行于舵機輸出主軸的軸線，舵機輸出主軸同軸連接第六級直齒輪，永磁同步電機的輸出軸同軸連接有輸出錐齒輪，第一級弧齒錐齒輪包括沿自身軸線方向分布的且同步轉動的錐齒部和第一小齒輪，錐齒部與輸出錐齒輪嚙合，第一小齒輪與第六級直齒輪通過多個直齒輪嚙合。提高旋轉式舵機的傳動效率。

技術研發(fā)人員：劉春慶,寧振雷,王賀龍,張令程,李鴻漸,李彧
受保護的技術使用者：北京精密機電控制設備研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6