CN107947453A - 电动执行机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电动执行机构。其中，电动执行机构包括丝杆、与所述丝杆连接的电机和线位移传感器。电机包括第一转子和第一定子，第一转子上设置有线位移传感器。线位移传感器包括同轴安装于所述第一转子的谐波减速器和旋转变压器。

Description

电动执行机构

技术领域

本申请涉及舰艇等机械领域，具体而言，涉及一种电动执行机构。

背景技术

在舰艇领域，舵面操纵、升降装置、阀门驱动、目标运转等都需要采用执行机构完成指令动作。但是，大部分执行机构均为液压执行机构，液压执行机构因利用控制器控制液体的流量、流向，无法满足舰艇日益严格的静音需求。因此，电动执行机构在减振降噪方面更具优势，本发明所涉及的执行机构，应用于目标运转***，属电动执行机构。

在转运***中，执行机构输出直线位移，且行程很大，本发明所涉及的执行机构行程>10m，且全行程具备位置检测功能。同时，转运***位于设备高度集中的舱段，执行机构的轴向空间很小，本发明所涉及的执行机构轴向空间要求<200mm。再者，转运***要求执行机构在舰艇颠簸的环境中能够保持精确的定位，防止转运目标移动，因此，执行机构需要有自锁功能。

针对上述需要大于10m的全行程位置检测，以及执行机构需要锁紧并节省轴向空间的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种电动执行机构，以至少解决需要大于10m的全行程位置检测，以及执行机构需要锁紧并节省轴向空间的技术问题。

根据本发明实施例，提供了一种电动执行机构。电动执行机构包括丝杆和与丝杆连接的电机。电机包括第一转子和第一定子。第一转子上设置有线位移传感器，线位移传感器包括同轴安装于第一转子的谐波减速器和旋转变压器。

通过本发明的实施例，实现了以下有益的技术效果：

1)谐波减速器与旋转变压器组合，实现大于10m行程范围内的位置检测；

2)采用电磁锁进行锁紧，能够实现自动可靠锁紧；

3)永磁同步伺服电机采用轴向尺寸小的盘式电机且电磁锁内置于永磁同步伺服电机转子内部，节省了轴向空间，解决了轴向空间紧凑的问题。

进而解决了需要大于10m的全行程位置检测，以及执行机构需要锁紧并节省轴向空间的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例1的电动执行机构的主视图；

图2是根据本申请实施例1的电动执行机构的剖视图；

图3是根据本申请实施例1的电动执行机构的第一转子的剖视图；以及

图4是根据本申请的实施例2的电动执行机构的剖视图。

附图标记：1：三头丝杆；2：锁紧螺母；3：电机；4：谐波减速器；5：旋转变压器；6：电磁锁；3-1：电机定子；3-2：电机转子；6-1：电磁锁转子；6-2：电磁锁定子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

图1和图2示出了根据本发明专利申请的实施例1的电动执行机构。

参考图1和图2，本实施例提供一种电动执行机构。电动执行机构包括丝杆1和与丝杆1连接的电机3、线位移传感器。电机3包括第一转子3-2和第一定子3-1。第一转子3-2上设置有线位移传感器，线位移传感器包括同轴安装于第一转子3-2的谐波减速器4和旋转变压器5。

如上所述，本申请将谐波减速器4与旋转变压器5组合，实现了在大于10m行程范围内的位置检测。从而解决了现有技术存在的需要大于10m的全行程位置检测的技术问题。其中，所述电机可以是伺服电机，但也可以是其他类型的电机。只要能够安装谐波减速器和旋转变压器，即可适用于本发明的技术方案。并且，作为具体实例，丝杆1可以是三头丝杆。但是本领域技术人员应当明白，本发明的技术方案不受此限制，其他类型的丝杆也适用本发明。

此外，电机3为盘式的永磁同步伺服电机。由于采用盘式的永磁同步伺服电机，因此轴向尺寸小，并且可以将电磁锁内置于电机3的转子内部(如后文所述)，从而能够节省轴向空间，解决了轴向空间紧凑的问题。

可选地，谐波减速器4的减速比为丝杆1的行程与导程之比。丝杆1配置为与电机3同轴键联接。以及，丝杆1与电机3连接的一侧配置为采用锁紧螺母2锁紧。

可选地，还包括用于制动第一转子3-2的电磁锁6，电磁锁6包括第二转子6-1和第二定子6-2。其中，第二转子6-1与第一转子3-2固定；并且第二定子6-2与第一定子3-1固定。采用电磁锁6进行锁紧，能够实现自动可靠锁紧。

可选地，参考图2和图3所示，第一转子3-2的面向丝杆1的第一端面的中心处设置有中空部61。第一转子3-2的与第一端面相对的第二端面的中心处设置有凸起部62，并且第二端面上还设置有围绕凸起部62的凹陷63部。其中，丝杆1与中空部61键联接，第二转子3-2设置于凹陷部63中，并且第二定子的至少一部分延伸到凹陷部63中。

从而，如上所述，本发明通过将电磁锁6内置于电机3的转子内部，从而能够节省轴向空间，解决了轴向空间紧凑的问题。

此外，可选地，谐波减速器4的一部分与凸起部62连接，并且谐波减速器4的另一部分与电磁锁6的壳体连接。旋转变压器5安装于谐波减速器4的输出轴上。

可选地，电机3的转矩>100Nm，电磁锁6的锁紧力矩>50Nm，三头丝杆1的行程>10m，并且整个电动执行机构的轴向空间尺寸为220mm。

作为具体实例，本实施例所涉及的电动执行机构由三头丝杆1、锁紧螺母2、永磁同步伺服电机3、谐波减速器4、旋转变压器5、电磁锁6组成。三头丝杆1由锁紧螺母2备紧后，与永磁同步伺服电机3同轴键联结。电磁锁6内置于永磁同步伺服电机转子3-2内，谐波减速器4与旋转变压器5同轴安装于永磁同步伺服电机3的转子3-2上。永磁同步伺服电机3采用径向尺寸远大于轴向尺寸的盘式电机，谐波减速器的减速比为三头丝杆1的行程与导程之比，谐波减速器与旋转变压器构成线位移传感器。永磁同步伺服电机3旋转，带动三头丝杆1旋转，三头丝杆1上的螺母做直线往复运动。谐波减速器4和旋转变压器5的组合，将大于10m行程线位移(不可检测量)转变为旋转变压器一圈的码值(可检测量)，最终实现螺母直线位移位置的检测。当螺母需要固定于某一位置，永磁同步伺服电机3停止旋转，电磁锁6落锁，防止螺母在外力作用下做直线运动带动永磁同步伺服电机3旋转。

具体的，三头丝杆1端部采用锁紧螺母2进行备紧，防止三头丝杆1在轴向推力的作用下移动；具体的，三头丝杆1与永磁同步伺服电机3同轴键联结；具体的，永磁同步伺服电机3采用盘式电机，永磁同步伺服电机3转矩通过增加外径而增加；具体的，永磁同步伺服电机3的转子3-2采用半中空半E型结构，中空部分与三头丝杆1进行键连接，E型部分内置电磁锁6；具体的，电磁锁6的转子6-1通过销轴安装于E型结构-1部分，E型结构-2径向上与销轴重合部分布置有安装孔，方便销轴安装；具体的，电磁锁的定子6-2被E型结构-2包围并保护，电磁锁6的定子6-2通过法兰与永磁同步伺服电机3的定子3-1进行螺纹安装；具体的，E型结构-2与电磁锁6的定子6-2法兰在轴向上留有间隙σ，其中，σ>2mm；具体的，谐波减速器4安装于E型结构-1部分，谐波减速器4通过法兰安装于电磁锁6的壳体上；具体的，谐波减速器的减速比必须大于三头丝杆1的行程与导程之比；具体的，旋转变压器5安装于谐波减速器4的输出轴上；具体的，永磁同步伺服电机3的转矩>100Nm，电磁锁锁紧力矩>50Nm，三头丝杆行程>10m，整个电动执行机构轴向空间尺寸为220mm。

通过本发明的实施例，实现了以下有益的技术效果：

1)谐波减速器与旋转变压器组合，实现大于10m行程范围内的位置检测；

2)采用电磁锁进行锁紧，能够实现自动可靠锁紧；

3)永磁同步伺服电机采用轴向尺寸小的盘式电机且电磁锁内置于永磁同步伺服电机转子内部，节省了轴向空间，解决了轴向空间紧凑的问题。

进而解决了需要大于10m的全行程位置检测，以及执行机构需要锁紧并节省轴向空间的技术问题。

实施例2

图4示出了根据本发明专利申请实施例2的电动执行机构。实施例2所描述的电动执行机构与实施例1中的电动执行机构类似，因此本处省略了实施例2与实施例1相同部分描述，而仅仅描述与实施例1不同的技术特征。

参考图4所示，第一转子3-2的中心部设置有沿轴向贯穿第一转子3-2的第一通孔71。丝杆1经由第一通孔71从的第一转子3-2的第一端面贯穿至第一转子3-2的第二端面，并从第一转子3-2的第二端面伸出。第一转子3-2的第二端面围绕第一通孔73设置有凹陷部，第二转子6-1设置于凹陷部中，并且第二定子6-2的至少一部分延伸到凹陷部中，

第二转子6-1设置有与第一通孔71对齐的第二通孔72，第二定子6-2设置有与第一通孔71和第二通孔72对齐的第三通孔73，丝杆1从第二端面伸出的部分依次穿过第二通孔72和第三通孔73。

通过上述实施例公开的方案，解决了需要大于10m的全行程位置检测，以及执行机构需要锁紧并节省轴向空间的技术问题，同时简化了电机转子的加工工艺，从而减少了加工成本。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

此外，上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.电动执行机构，包括丝杆、与所述丝杆连接的电机和线位移传感器，所述电机包括第一转子和第一定子，其特征在于

所述第一转子上设置有所述线位移传感器，所述线位移传感器包括同轴安装于所述第一转子的谐波减速器和旋转变压器。

2.根据权利要求1所述的电动执行机构，其特征在于，所述电机为盘式永磁同步伺服电机。

3.根据权利要求1所述的电动执行机构，其特征在于，所述谐波减速器的减速比为所述丝杆的行程与导程之比。

4.根据权利要求1所述的电动执行机构，其特征在于，所述丝杆配置为与所述电机同轴键联接。

5.根据权利要求4所述的电动执行机构，其特征在于，所述丝杆与所述电机连接的一侧配置为采用锁紧螺母锁紧。

6.根据权利要求1所述的电动执行机构，其特征在于，还包括用于制动所述第一转子的电磁锁，所述电磁锁包括第二转子和第二定子，

其中

所述第二转子与所述第一转子固定；并且

所述第二定子与所述第一定子固定。

7.根据权利要求6所述的电动执行机构，其特征在于，

所述第一转子的面向所述丝杆的第一端面的中心处设置有中空部，

所述第一转子的与所述第一端面相对的第二端面的中心处设置有凸起部，并且所述第二端面上还设置有围绕所述凸起部的凹陷部，其中

所述丝杆与所述中空部键联接，所述第二转子设置于所述凹陷部中，并且所述第二定子的至少一部分延伸到所述凹陷部中。

8.根据权利要求7所述的电动执行机构，其特征在于，

所述谐波减速器的一部分与所述凸起部连接，并且所述谐波减速器的另一部分与所述电磁锁的壳体连接。

9.根据权利要求8所述的电动执行机构，其特征在于，所述旋转变压器安装于所述谐波减速器的输出轴上。

10.根据权利要求6所述的电动执行机构，其特征在于，所述丝杆为三头丝杆。

11.根据权利要求10所述的电动执行机构，其特征在于，所述电机的转矩>100Nm，所述电磁锁的锁紧力矩>50Nm，所述三头丝杆的行程>10m，并且整个所述电动执行机构的轴向空间尺寸为220mm。

12.根据权利要求6所述的电动执行机构，其特征在于，

所述第一转子的中心部设置有沿轴向贯穿所述第一转子的第一通孔，

所述丝杆经由所述第一通孔从所述的第一转子的第一端面贯穿至所述第一转子的第二端面，并从所述第一转子的第二端面伸出，

所述第一转子的第二端面围绕所述第一通孔设置有凹陷部，所述第二转子设置于所述凹陷部中，并且所述第二定子的至少一部分延伸到所述凹陷部中，

所述第二转子设置有与所述第一通孔对齐的第二通孔，所述第二定子设置有与所述第一通孔和所述第二通孔对齐的第三通孔，所述丝杆从所述第二端面伸出的部分依次穿过所述第二通孔和所述第三通孔。