CN103662100A - 高精度、小型化、大力矩输出展开装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度、小型化、大力矩输出展开装置，包括步进电机、行星齿轮减速器、谐波减速器、旋转变压器、输出轴、公铰链以及壳体；所述步进电机用于提供驱动动力，所述行星齿轮减速器与所述布进电机为一体结构，所述行星齿轮减速器与所述谐波减速器连接；所述输出轴与所述谐波减速器为一体结构，所述输出轴与所述公铰链连接，所述公铰链用于连接目标载荷；所述旋转变压器的转子与所述输出轴连接，所述旋转变压器的定子与所述壳体连接，所述旋转变压器用于对所述输出轴实现高精度控制。本发明解决了现有技术无法解决的驱动机构重量要求高、负载大和月面高真空、大温差、月尘环境下适应性问题，达到了高精度、适应月昼工作、月夜生存的效果。

Description

高精度、小型化、大力矩输出展开装置

技术领域

    本发明涉及一种用于航天飞行器的展开收拢装置，特别是一种具有高精度、小型化、大力矩输出展开装置。 

背景技术

目前，公知的卫星太阳翼展开到位的装置无论从设计技术的成熟度，还是产品的运用情况都是良好的。但是，对于适应月面极端的高低温、高真空和月面月尘的环境，且传动精度高、机构重量轻的展开装置，现有技术还不能满足。

另外，国内航天器太阳电池翼展开都是采用一次性连续展开的机构（俗称无源展开机构），对于大面积太阳翼负载则无法满足。 

现有技术，其不足之处如下： 

1、   无法满足驱动机构重量要求高、负载大、精度高，不能适应月面高真空、大温差、月尘的环境，以及月昼工作、月夜生存的问题；

2、    展开承载能力小，不能满足大面积太阳翼展开所需的大力矩要求。

发明内容

    本发明提供了一种高精度、小型化、大力矩输出展开装置，包括步进电机、行星齿轮减速器、谐波减速器、旋转变压器、输出轴、公铰链以及壳体； 

　　所述步进电机用于提供驱动动力，所述行星齿轮减速器与所述布进电机为一体结构，所述行星齿轮减速器与所述谐波减速器连接，所述行星齿轮减速器与所述谐波减速器用于降低所述步进电机提供的转速；

　　所述输出轴与所述谐波减速器为一体结构，所述输出轴与所述公铰链连接，所述公铰链用于连接目标载荷；

　　所述旋转变压器的转子与所述输出轴连接，所述旋转变压器的定子与所述壳体连接，所述旋转变压器用于对所述输出轴实现高精度控制。

较佳地，所述步进电机包括主绕组与备份绕组，所述主绕组与备份绕组之间可以相互切换。 

较佳地，所述步进电机、行星齿轮减速器采用固体润滑，所述谐波减速器采用固液混合润滑。 

较佳地，包括密封圈，所述密封圈同时与所述输出轴、壳体连接。 

较佳地，所述密封圈为聚四氟乙烯唇形密封圈，密封圈采用凸缘设计，用密封盖压紧避免随旋转轴一起转动，密封圈旋转轴采用不锈钢。 

较佳地，还包括一整器综合电子控制***，所述整器综合电子控制***用于控制所述步进电机与旋转变压器。 

本发明一种高精度，小型化，大力矩输出的展开装置，由于采取上述的技术方案，通过整器综合电子控制***给该装置步进电机加电，电机通过行星减速器和谐波减速器两级减速，按照预定的转速驱动相应目标载荷多次展开或收拢。当展开或收拢到预定的要求位置时，通过旋转变压器给出角度信号来进行闭环控制，达到高精度控制。利用步进电机的定位力矩和自锁功能，以及行星和谐波两级减速器的传动，实现机构的断电保持功能，并且展开过程平稳，具有输出力矩大，重量轻等，同时保证较高的传动精度，取得了应用灵活、运动可靠等有益效果。 

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的输出展开装置的结构示意图； 

图2为本发明实施例提供的输出展开装置工作原理图。

具体实施例

本发明提供了一种高精度、小型化、大力矩输出展开装置，包括步进电机8、行星齿轮减速器7、谐波减速器6、旋转变压器4、输出轴2、公铰链1以及壳体5； 

步进电机8用于提供驱动动力，行星齿轮减速器7与布进电机8为一体结构，行星齿轮减速器7与谐波减速器6连接，行星齿轮减速器7与谐波减速器6用于降低步进电机8提供的转速；

输出轴2与谐波减速器6为一体结构，输出轴2与公铰链1连接，公铰链1用于连接目标载荷；

旋转变压器4的转子与输出轴2连接，旋转变压器4的定子与壳体5连接，旋转变压器4用于对输出轴2实现高精度控制。

本实施例提供的高精度、小型化、大力矩输出展开装置是步进电机8、行星齿轮减速器7、谐波减速器6，旋转变压器4和输出轴2一次组成一个由前到后的串联***。所述串联***可以实现自锁断电保持功能，断电保持力矩很大可以达到30Nm；步进电机8与行星减速器7组成一体与谐波减速器连接6；所述的谐波减速器6与输出轴2组成一体与壳体5通过螺钉连接；所述的旋转变压器4的转子与输出轴2通过键连接在一起，其定子与壳体5连接在一起；所述的防尘密封圈3与输出轴2、壳体5连接；所述的壳体5 通过螺钉与星体上相应固定件连接，公铰链1通过螺栓联接组件与目标载荷连接。 

所述的展开装置动力源为混合式步进电机8，为提供可靠性，它采用主绕组（A相、B相绕组）和备份绕组（A相备份、B相备份绕组）结合的结构形式，如主绕组出现断路等故障，可及时切换至备份绕组正常工作。 

步进电机8、行星齿轮减速器7采用固体润滑，谐波减速器6采用固液混合润滑，可适应月面高真空环境； 

步进电机8具有体积小、重量轻和断电保持能力，谐波减速器6和旋转变压器4精度高，环境适应性强；步进电机8、输出轴2、旋转变压器4，器上控制***组成一个闭环***，通过旋转变压器4反馈展开角度以达到高转动精度的控制要求，同时经过两种减速器减速后力矩放大，达到大力矩要求；

步进电机8、谐波减速器6、行星齿轮减速器7和旋转变压器4主要部件均体积小、重量轻特点，壳体5选用镁合金达到重量轻特点。

密封圈3采用改性的聚四氟乙烯唇形密封圈作为密封部件，该材料非常耐磨，摩擦系数小，适合于往复和旋转用途，密封圈3采用凸缘设计，用密封盖压紧避免随旋转轴一起转动，同时为了改进密封圈旋转轴的耐磨性，密封圈旋转轴采用不锈钢，提高轴的表面硬度，进而提高耐磨性以改善密封效果。在规定环境和模拟月壤下运转规定的转数后，模拟月壤泄漏量极少。 

所述的展开装置可提供较大输出力矩（16Nm），机构可靠重复多次展开和收拢，展开过程平稳可控，同时保证足够的展开精度，且体积小，重量只有1.25kg。 

当该装置接收到整器综合电子控制***给步进电机8发出的脉冲电流驱动信号后，步进电机8通过行星齿轮减速器7和谐波减速器6两级减速和力矩放大，减速比为4000，输出轴2按照预定的转速驱动相应目标载荷（如太阳翼）多次展开或收拢。当展开或收拢到预定的要求位置时，通过旋转变压器4给出角度信号反馈给综合电子控制***来进行闭环控制，达到高精度控制。该装置还具有在出错状态下如（高温）通过受限闭环模式进行展开和收拢。利用步进电机8的定位力矩和自锁功能，以及行星齿轮减速器7和谐波减速器6的传动，可实现机构的断电保持功能，并且展开过程平稳，具有输出力矩大，重量轻（该装置质量1.25kg）等，同时保证较高的传动精度，取得了应用灵活、运动可靠等有益效果。 

该装置步进电机、行星减速器采用固体润滑，谐波减速器采用固液混合润滑，可适应月面高真空环境。产品已经过相应的环境试验验证，满足月面的环境使用要求。 

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。 

Claims (6)

1.一种高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，包括步进电机、行星齿轮减速器、谐波减速器、旋转变压器、输出轴、公铰链以及壳体；

所述步进电机用于提供驱动动力，所述行星齿轮减速器与所述布进电机为一体结构，所述行星齿轮减速器与所述谐波减速器连接，所述行星齿轮减速器与所述谐波减速器用于降低所述步进电机提供的转速；

所述输出轴与所述谐波减速器为一体结构，所述输出轴与所述公铰链连接，所述公铰链用于连接目标载荷；

所述旋转变压器的转子与所述输出轴连接，所述旋转变压器的定子与所述壳体连接，所述旋转变压器用于对所述输出轴实现高精度控制。

2.如权利要求1所述的高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，所述步进电机包括主绕组与备份绕组，所述主绕组与备份绕组之间可以相互切换。

3.如权利要求1所述的高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，所述步进电机、行星齿轮减速器采用固体润滑，所述谐波减速器采用固液混合润滑。

4.如权利要求3所述的高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，包括密封圈，所述密封圈同时与所述输出轴、壳体连接。

5.如权利要求4所述的高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，所述密封圈为聚四氟乙烯唇形密封圈，密封圈采用凸缘设计，用密封盖压紧避免随旋转轴一起转动，密封圈旋转轴采用不锈钢。

6.如权利要求1所述的高精度、小型化、大力矩输出展开装置，其特征在于，还包括一整器综合电子控制***，所述整器综合电子控制***用于控制所述步进电机与旋转变压器。

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