BR102018014970B1 - DRIVE SYSTEM - Google Patents

Abstract

O sistema da presente invenção proporciona dois ou mais sensores localizados em dois trajetos de transmissão ou cinemáticos com diferentes razões em relação à posição do atuador. Cada sensor fornece uma saída de medição de posição diferente e a diferença entre as saídas do sensor fornece uma indicação reduzida da posição do atuador/componente movido. A integração de sensores no trajeto de redução evita a necessidade do mecanismo de engrenagem de redução.The system of the present invention provides two or more sensors located in two transmission or kinematic paths with different ratios in relation to the position of the actuator. Each sensor provides a different position measurement output and the difference between the sensor outputs provides a reduced indication of the position of the actuator/moved component. The integration of sensors in the reduction path avoids the need for the reduction gear mechanism.

Description

CAMPO TÉCNICOTECHNICAL FIELD

[001] A presente invenção refere-se a um mecanismo atuador para mover um componente em relação a uma estrutura e detectar a posição do componente, por exemplo, mas não limitado a, para mover uma peça móvel em sistemas de controle de voo de uma aeronave, por exemplo, um flap ou estabilizador. O mecanismo atuador da divulgação encontra aplicação, por exemplo, em um atuador de estabilizador horizontal de compensação (THSA), mas este é apenas um exemplo.[001] The present invention relates to an actuator mechanism for moving a component relative to a structure and detecting the position of the component, for example, but not limited to, for moving a moving part in flight control systems of a aircraft, for example, a flap or stabilizer. The disclosure actuator mechanism finds application, for example, in a trim horizontal stabilizer actuator (THSA), but this is just one example.

FUNDAMENTOSFUNDAMENTALS

[002] Os atuadores mecânicos são usados em uma ampla variedade de campos e aplicações para causar o movimento de um componente em resposta a um comando de controle por meio de um trajeto de acionamento. No exemplo de um atuador para controlar estabilizadores horizontais na cauda de uma aeronave, para ajustar o passo longitudinal ou “compensação” da aeronave, convencionalmente é utilizado o chamado atuador de parafuso de esferas. Como descrito mais abaixo, com referência à Figura 1, tais atuadores estão dispostos para serem acionados por um meio de acionamento, como um motor, que faz com que um eixo do parafuso rode. Uma porca montada no eixo do parafuso é movida linearmente em relação ao eixo em resposta à rotação do eixo. A porca é acoplada ao estabilizador para mover o estabilizador em relação à cauda. O atuador precisa monitorar a posição do estabilizador (ou seja, monitorar a posição da porca que é indicativa da posição do estabilizador). Convencionalmente, isto é feito por meio de um conjunto de sensores de posição. O eixo do parafuso é acoplado, por exemplo, através de uma roda de engrenagem, a uma roda de sensor, de modo que a rotação da haste causa a rotação da roda do sensor. A roda de sensor gira um eixo da roda de sensor que é acoplado a um sensor de posição do estabilizador através de uma caixa de engrenagens de redução (às vezes também chamada de mini-redutor).[002] Mechanical actuators are used in a wide variety of fields and applications to cause movement of a component in response to a control command through a drive path. In the example of an actuator to control horizontal stabilizers in the tail of an aircraft, to adjust the longitudinal pitch or “trim” of the aircraft, conventionally a so-called ball screw actuator is used. As described further below, with reference to Figure 1, such actuators are arranged to be driven by a driving means, such as a motor, which causes a shaft of the screw to rotate. A nut mounted on the screw shaft is moved linearly relative to the shaft in response to the rotation of the shaft. The nut is attached to the stabilizer to move the stabilizer relative to the tail. The actuator needs to monitor the position of the stabilizer (i.e., monitor the position of the nut that is indicative of the position of the stabilizer). Conventionally, this is done using a set of position sensors. The screw shaft is coupled, for example via a gear wheel, to a sensor wheel, so that rotation of the rod causes rotation of the sensor wheel. The sensor wheel rotates a sensor wheel shaft that is coupled to a stabilizer position sensor via a reduction gearbox (sometimes also called a mini-reducer).

[003] Um problema que foi identificado com tais sistemas de atuadores convencionais é que a medição de posição não pode ser executada diretamente na saída do conjunto do atuador e alguma conversão de movimento, por exemplo, por amplificação ou redução de mecanismos de engrenagem, é exigida no trajeto do atuador até o sensor. Isto resulta em um sistema volumoso e complexo que é difícil e dispendioso de fabricar e que pode sofrer de imprecisões na detecção de posição.[003] One problem that has been identified with such conventional actuator systems is that position measurement cannot be performed directly at the output of the actuator assembly and some motion conversion, for example by amplification or reduction of gear mechanisms, is required on the path from the actuator to the sensor. This results in a bulky and complex system that is difficult and expensive to manufacture and that can suffer from inaccuracies in position detection.

[004] Existe, portanto, a necessidade de um trem de sensor de posição menor, mais simples e mais preciso que evite esses problemas.[004] There is therefore a need for a smaller, simpler and more accurate position sensor train that avoids these problems.

SUMÁRIOSUMMARY

[005] O sistema da presente invenção evita a necessidade de um mecanismo de engrenagem de redução pela integração da detecção de posição em dois trajetos de transmissão paralelos com diferentes razões e proporcionando a diferença entre as saídas dos dois trajetos como uma entrada para um sensor de posição.[005] The system of the present invention avoids the need for a reduction gear mechanism by integrating position detection into two parallel transmission paths with different ratios and providing the difference between the outputs of the two paths as an input to a sensor. position.

[006] Por conseguinte, é fornecido um conjunto de medição da posição do atuador compreendendo um primeiro trajeto disposto para fornecer uma primeira saída compreendendo uma posição de um atuador fatorada por uma primeira razão e um segundo trajeto disposto para fornecer uma segunda saída compreendendo a posição do atuador fatorado por uma segunda razão diferente; e um comparador disposto para comparar a primeira e segunda saídas e para fornecer uma diferença entre as primeira e segunda saídas e um dispositivo de monitoramento.[006] Accordingly, there is provided an actuator position measurement assembly comprising a first path arranged to provide a first output comprising a position of an actuator factored by a first ratio and a second path arranged to provide a second output comprising the position of the actuator factored by a second different ratio; and a comparator arranged to compare the first and second outputs and to provide a difference between the first and second outputs, and a monitoring device.

[007] O dispositivo de monitoramento pode ser um sensor de posição ou pode ser algum outro monitor como um monitor de velocidade, um sistema de limite, um sistema de autorregulação usado como um feedback para um circuito de controle ou semelhante.[007] The monitoring device may be a position sensor or may be some other monitor such as a speed monitor, a threshold system, a self-regulation system used as feedback to a control circuit, or the like.

[008] O conjunto de medição da posição do atuador é preferencialmente acoplado como parte de um conjunto de atuador em que o atuador compreende um eixo de parafuso de atuador onde uma porca de atuador está montada, o eixo do parafuso do atuador disposto para ser girado em resposta a um sinal de controle do atuador e em que a rotação do eixo do parafuso do atuador causa um movimento axial relativo da porca do atuador ao longo do eixo, e em que o eixo do parafuso do atuador é acoplado, por exemplo, através de um mecanismo de engrenagem, ao eixo do parafuso do sensor para provocar a rotação correspondente do eixo do parafuso do sensor.[008] The actuator position measuring assembly is preferably coupled as part of an actuator assembly wherein the actuator comprises an actuator screw shaft where an actuator nut is mounted, the actuator screw shaft arranged to be rotated in response to an actuator control signal and wherein the rotation of the actuator screw shaft causes a relative axial movement of the actuator nut along the shaft, and wherein the actuator screw shaft is coupled, e.g. of a gear mechanism, to the sensor screw shaft to cause corresponding rotation of the sensor screw shaft.

[009] Em uma disposição alternativa, o movimento de transformação realizado pela união da porca de parafuso pode ser substituído por uma rotação para a junção de translação realizada por um came de um sistema de acionamento da manivela.[009] In an alternative arrangement, the transforming movement carried out by the screw nut union can be replaced by a rotation for the translational joint carried out by a cam of a crank drive system.

[0010] Preferencialmente, a porca do atuador é acoplada a, por exemplo, através de um mecanismo de ligação, um componente a ser movido pelo atuador de acordo com o sinal de controle do atuador, por exemplo, um estabilizador horizontal.[0010] Preferably, the actuator nut is coupled to, for example, via a linkage mechanism, a component to be moved by the actuator in accordance with the actuator control signal, for example, a horizontal stabilizer.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[0011] A Figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de medição de posição convencional para um conjunto de atuador.[0011] Figure 1 is a schematic diagram of a conventional position measurement system for an actuator assembly.

[0012] A Figura 2 é um diagrama esquemático mais detalhado do trem de engrenagens do sensor de posição de um sistema como mostrado na Figura 1, com um detalhe do dispositivo de acoplamento.[0012] Figure 2 is a more detailed schematic diagram of the position sensor gear train of a system as shown in Figure 1, with a detail of the coupling device.

[0013] A Figura 3 mostra o princípio de um conjunto modificado de acordo com a presente divulgação.[0013] Figure 3 shows the principle of a modified assembly in accordance with the present disclosure.

[0014] A Figura 4 é uma vista esquemática de um conjunto de atuador e conjunto de determinação de posição usando o princípio mostrado na Figura 3.[0014] Figure 4 is a schematic view of an actuator assembly and position determination assembly using the principle shown in Figure 3.

DESCRIÇÃO DETALHADADETAILED DESCRIPTION

[0015] Com referência às Figuras 1 e 2, os sistemas convencionais serão descritos primeiro. Como descrito resumidamente acima, em um sistema convencional, o mecanismo de atuador compreende um eixo de parafuso de atuador 10 que roda de acordo com um sinal de controle de posição, por exemplo, de um motor ou outro controle. Em uma aeronave, por exemplo, esse sinal de controle pode ser gerado automaticamente a partir de controles de voo ou mecanicamente, por exemplo, pelo movimento de uma alavanca por um piloto. A rotação do eixo do parafuso do atuador 10 provoca o movimento axial de uma porca do atuador (não mostrada) montada no eixo. A porca do atuador é acoplada ao componente a ser movido, por exemplo, o estabilizador horizontal, para que o comando de controle faça o eixo girar, o que faz com que a porca se mova axialmente, fazendo com que o movimento correspondente do estabilizador ou outro componente seja movido. Outros tipos de atuadores são, obviamente, conhecidos e o sistema da presente divulgação pode ser adaptador para determinar a posição de diferentes tipos de atuador.[0015] With reference to Figures 1 and 2, conventional systems will be described first. As briefly described above, in a conventional system, the actuator mechanism comprises an actuator screw shaft 10 that rotates in accordance with a position control signal, for example, from a motor or other control. In an aircraft, for example, this control signal may be generated automatically from flight controls or mechanically, for example by the movement of a lever by a pilot. Rotation of the actuator screw shaft 10 causes axial movement of an actuator nut (not shown) mounted on the shaft. The actuator nut is coupled to the component to be moved, for example the horizontal stabilizer, so that the control command causes the shaft to rotate, which causes the nut to move axially, causing the corresponding movement of the stabilizer or another component is moved. Other types of actuators are, of course, known and the system of the present disclosure can be adapted to determine the position of different types of actuator.

[0016] É necessário, para um controle seguro e confiável, medir ou determinar a posição do estabilizador ou outro componente movido durante seu movimento. Isso é realizado no exemplo mostrado por um conjunto de sensor de posição que determina a posição da porca do atuador e, portanto, do estabilizador, pelo monitoramento da rotação do eixo do parafuso do atuador 10. O conjunto do sensor de posição é acoplado ao eixo do parafuso do atuador rotativo, por exemplo, através de um mecanismo de engrenagem compreendendo uma roda de engrenagem do eixo do parafuso do atuador 20 em um engate intercalado com uma roda de sensor 4 do conjunto do sensor. A rotação do eixo do parafuso do atuador, portanto, provoca a rotação da roda de engrenagem do eixo do parafuso do atuador 20, o que, por sua vez, provoca a rotação da roda do sensor 4. A rotação da roda do sensor 4 provoca a rotação de um eixo do sensor 40 no qual a roda do sensor está montada. Em diferentes tipos de atuadores, os conjuntos de sensores de posição são acoplados para medir o movimento, por exemplo, o movimento linear, das peças do atuador como uma indicação da posição do componente sendo movido pelo atuador.[0016] It is necessary, for safe and reliable control, to measure or determine the position of the stabilizer or other component moved during its movement. This is accomplished in the example shown by a position sensor assembly that determines the position of the actuator nut, and thus the stabilizer, by monitoring the rotation of the actuator screw shaft 10. The position sensor assembly is coupled to the shaft of the rotary actuator screw, for example, through a gear mechanism comprising an actuator screw shaft gear wheel 20 in an interlocking engagement with a sensor wheel 4 of the sensor assembly. Rotation of the actuator screw shaft therefore causes rotation of the actuator screw shaft gear wheel 20, which in turn causes rotation of the sensor wheel 4. Rotation of the sensor wheel 4 causes the rotation of a sensor shaft 40 on which the sensor wheel is mounted. In different types of actuators, sets of position sensors are coupled to measure the movement, for example linear movement, of actuator parts as an indication of the position of the component being moved by the actuator.

[0017] O eixo do sensor é, portanto, acoplado a uma caixa de engrenagem de redução 3 que, por sua vez, é conectada a um sensor de posição 1 através de um dispositivo de acoplamento 2. Um dispositivo de acoplamento preferido é mostrado em maior detalhe no extrato da linha tracejada da Figura 2. Este trem de redução combinado da caixa de engrenagens de redução e dispositivo de acoplamento fornece uma indicação de posição codificada para o sensor de posição a partir do qual o sensor de posição 1 pode determinar a rotação do eixo do parafuso do atuador e, portanto, da porca do atuador e, portanto, do componente a ser movido (não mostrado). Problemas com tais sistemas convencionais foram delineados acima.[0017] The sensor shaft is therefore coupled to a reduction gearbox 3 which, in turn, is connected to a position sensor 1 via a coupling device 2. A preferred coupling device is shown in greater detail in the dashed line extract of Figure 2. This combined reduction train of the reduction gearbox and coupling device provides a coded position indication to the position sensor from which the position sensor 1 can determine the rotation of the actuator screw shaft and therefore the actuator nut and therefore the component to be moved (not shown). Problems with such conventional systems have been outlined above.

[0018] O sistema da presente invenção evita a necessidade da engrenagem de redução e do resolver e simplifica a interface entre a saída do atuador e do sistema de sensor de posição. O sistema da presente divulgação fornece dois ou mais sensores localizados em diferentes posições no trajeto de transmissão do atuador. Cada sensor fornece uma saída de medição de posição diferente e a diferença entre as saídas do sensor fornece uma indicação reduzida da posição do atuador/componente movido. A integração de sensores no trajeto de redução evita a necessidade do mecanismo de engrenagem de redução.[0018] The system of the present invention avoids the need for the reduction gear and the resolver and simplifies the interface between the output of the actuator and the position sensor system. The system of the present disclosure provides two or more sensors located at different positions in the transmission path of the actuator. Each sensor provides a different position measurement output and the difference between the sensor outputs provides a reduced indication of the position of the actuator/moved component. The integration of sensors in the reduction path avoids the need for the reduction gear mechanism.

[0019] Os princípios do sistema da presente divulgação serão agora descritos em maior detalhe com referência às Figs. 3 e 4.[0019] The principles of the system of the present disclosure will now be described in greater detail with reference to Figs. 3 and 4.

[0020] A Fig.3 mostra os princípios básicos de operação. O atuador fornece uma saída do sistema 100 indicativa de sua posição. O atuador pode ser linear, rotativo, etc. e a saída do sistema será, por conseguinte, um valor linear, angular, etc., indicativo da posição do atuador p. Essa saída precisa ser fornecida ao sensor de posição em uma forma reduzida que o sensor de posição possa usar para fornecer uma indicação útil da posição do atuador (e, portanto, do componente móvel). Para fazer isso, duas saídas (neste caso, embora mais possam ser usadas) pr1 200 e pr2 300 são removidas de dois trajetos cinemáticos ou de transmissão paralelos com uma ligeira diferença de razão. As saídas pr1 200 e pr2 300 são fornecidas a um comparador 400 que fornece uma diferença de posição p(r1-r2) para um sensor de posição (não mostrado). O sensor de posição pode ser um sensor de posição dedicado ao atuador ou qualquer outro dispositivo equivalente e pode ser, por exemplo, um sistema proporcional ou de liga/desliga.[0020] Fig.3 shows the basic principles of operation. The actuator provides an output from the system 100 indicative of its position. The actuator can be linear, rotary, etc. and the output of the system will therefore be a linear, angular value, etc., indicative of the position of the actuator p. This output needs to be provided to the position sensor in a reduced form that the position sensor can use to provide a useful indication of the position of the actuator (and therefore the moving component). To do this, two outputs (in this case, although more can be used) pr1 200 and pr2 300 are removed from two parallel kinematic or transmission paths with a slight difference in ratio. Outputs pr1 200 and pr2 300 are provided to a comparator 400 which provides a position difference p(r1-r2) to a position sensor (not shown). The position sensor may be a position sensor dedicated to the actuator or any other equivalent device and may be, for example, a proportional or on/off system.

[0021] A Fig.4 é uma vista esquemática de um exemplo de um sistema de detecção de posição utilizando os princípios descritos acima, para um exemplo de atuador angular/rotativo. A posição de saída do atuador p - aqui um ângulo θ - é detectada em um primeiro trajeto de transmissão (etapa 1, 200) em uma primeira posição, tendo uma razão r1, e também em um segundo trajeto de transmissão (etapa 2, 300) com uma segunda razão diferente2. Cada uma das duas etapas apresenta um valor de posição ligeiramente diferente, sendo fatorado pelas diferentes razões. Estes são fornecidos ao comparador 400, que gera a diferença p(r1 - r2) - neste caso θ(r1 - r2) - para o sensor de posição. O sensor de posição é capaz de usar este valor diferencial menor (reduzido) para produzir uma medição de posição útil. O sensor de posição não seria capaz de usar a posição de saída grande e crua θ, como mencionado acima; isso precisa ser reduzido.[0021] Fig.4 is a schematic view of an example of a position detection system using the principles described above, for an example of an angular/rotary actuator. The output position of the actuator p - here an angle θ - is detected in a first transmission path (step 1, 200) in a first position, having a ratio r1, and also in a second transmission path (step 2, 300 ) with a second, different reason2. Each of the two steps has a slightly different position value, being factored for different reasons. These are fed to comparator 400, which outputs the difference p(r1 - r2) - in this case θ(r1 - r2) - to the position sensor. The position sensor is able to use this smaller (reduced) differential value to produce a useful position measurement. The position sensor would not be able to use the large, raw output position θ, as mentioned above; this needs to be reduced.

[0022] O mesmo princípio pode ser aplicado a um atuador linear, em que a saída seria um valor linear.[0022] The same principle can be applied to a linear actuator, where the output would be a linear value.

[0023] Assim, ao utilizar os trajetos cinemáticos paralelos com diferentes razões e tomando a diferença entre suas saídas como uma entrada reduzida para o sensor de posição, evita-se a necessidade de redução de engrenagens e componentes.[0023] Thus, by using parallel kinematic paths with different ratios and taking the difference between their outputs as a reduced input for the position sensor, the need to reduce gears and components is avoided.

[0024] Os mesmos princípios podem ser realizados usando três ou mais trajetos paralelos.[0024] The same principles can be realized using three or more parallel paths.

[0025] Muitas vezes, os sistemas de medição de posição do atuador já estão equipados com um segundo trajeto de transmissão, por exemplo, para redundância. Esses trajetos redundantes são frequentemente fornecidos, por exemplo, em atuadores de soma de torque ou velocidade. Isto pode, portanto, ser usado para incorporar este sistema de sensor de posição modificado. Se não houver um trajeto de transmissão redundante em um sistema, isso pode ser facilmente adicionado.[0025] Actuator position measurement systems are often already equipped with a second transmission path, for example, for redundancy. Such redundant paths are often provided, for example, in torque or speed summing actuators. This can therefore be used to incorporate this modified position sensor system. If there is no redundant transmission path in a system, this can easily be added.

[0026] O presente sistema diferencial fornece informações sobre a posição do atuador com ganho significativo (redução) usando menos componentes que os sistemas convencionais. O uso de dois ou mais trajetos de transmissão também pode ser útil no fornecimento de informações sobre a sincronização dos trajetos e fornecerá indicação de falha de um trajeto de transmissão.[0026] The present differential system provides information about the actuator position with significant gain (reduction) using fewer components than conventional systems. The use of two or more transmission paths can also be useful in providing information about path synchronization and will provide indication of failure of a transmission path.

[0027] O sistema de detecção de posição fornece um sistema de medição de posição mais simples, menor, mais leve e mais preciso, que pode ser fabricado mais facilmente e com menor custo.[0027] The position detection system provides a simpler, smaller, lighter and more accurate position measurement system that can be manufactured more easily and at a lower cost.

[0028] A divulgação refere-se a um exemplo de um conjunto de medição de posição e ao conjunto de atuador usado, por exemplo, para controlar a posição de um estabilizador horizontal em uma aeronave. O sistema descrito poderia, é claro, ser usado também em outras aplicações onde um componente deve ser movido/posicionado através de um atuador.[0028] The disclosure relates to an example of a position measurement assembly and actuator assembly used, for example, to control the position of a horizontal stabilizer in an aircraft. The described system could, of course, also be used in other applications where a component must be moved/positioned using an actuator.

Claims (3)

1. Sistema de acionamento, caracterizado pelo fato de que compreende: um conjunto de atuador compreendendo um eixo de atuador (10) disposto para ser girado em resposta a um sinal de controle de atuador; um sensor de posição configurado para fornecer uma indicação de uma posição de um objeto movido por rotação do eixo de atuador; e um conjunto de medição de posição de atuador compreendendo um primeiro trajeto de transmissão de atuador (200) disposto para fornecer uma primeira saída que compreende uma posição de um atuador fatorada por uma primeira razão, e um segundo trajeto de transmissão de atuador (300), paralelo ao primeiro trajeto de transmissão de atuador (200), disposto para fornecer uma segunda saída que compreende a posição do atuador fatorada por uma segunda razão diferente; e um estágio comparador (400) que compreende uma engrenagem diferencial, disposta entre o primeiro e o segundo trajetos de transmissão de atuador para comparar a primeira e a segunda saídas e fornecer uma diferença entre a primeira e a segunda saídas como a entrada para o sensor de posição; e em que o eixo de atuador é acoplado ao primeiro e ao segundo trajetos.1. Drive system, characterized in that it comprises: an actuator assembly comprising an actuator shaft (10) arranged to be rotated in response to an actuator control signal; a position sensor configured to provide an indication of a position of an object moved by rotation of the actuator shaft; and an actuator position measurement assembly comprising a first actuator transmission path (200) arranged to provide a first output comprising a position of an actuator factored by a first ratio, and a second actuator transmission path (300) , parallel to the first actuator transmission path (200), arranged to provide a second output comprising the actuator position factored by a second different ratio; and a comparator stage (400) comprising a differential gear disposed between the first and second actuator transmission paths for comparing the first and second outputs and providing a difference between the first and second outputs as the input to the sensor. of position; and wherein the actuator shaft is coupled to the first and second paths. 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o eixo de atuador é um eixo de parafuso de atuador no qual está montada uma porca de atuador, em que a rotação do eixo de parafuso de atuador causa um movimento axial relativo da porca de atuador ao longo do eixo.2. System according to claim 1, characterized in that the actuator shaft is an actuator screw shaft on which an actuator nut is mounted, wherein rotation of the actuator screw shaft causes a relative axial movement of the actuator nut along the shaft. 3. Sistema de acionamento de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um componente a ser movido, o componente a ser movido acoplado à porca de atuador.3. Drive system according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises a component to be moved, the component to be moved coupled to the actuator nut.