CN217424136U - 一种空气舵伺服机构及控制器舵舱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及空气舵驱动结构技术领域，具体涉及一种空气舵伺服机构及控制器舵舱。所述空气舵伺服机构包括：多台舵机，分别适于沿周向均布在控制器舵舱上，所述舵机包括电机和谐波减速器，所述电机与所述谐波减速器连接，所述谐波减速器的输出轴适于连接空气舵的轴；控制驱动器，适于固定在所述控制器舵舱上，所述控制驱动器与所有舵机连接且适于控制所述舵机动作。本实用新型提供的空气舵伺服机构，较同级别液压伺服机构减重约10％，产品成本较低50％，工作时间根据初级动力电源时间而适应加长，彻底解决液压伺服机构存在的漏油、易污染、维护难、测试复杂等不足。

Description

一种空气舵伺服机构及控制器舵舱

技术领域

本实用新型涉及空气舵驱动机构技术领域，具体涉及一种空气舵伺服机构及控制器舵舱。

背景技术

空气舵，是一种火箭飞行姿态控制装置，在火箭回收精准落区发挥了重要作用，通过它们可以控制回收时的姿态，确保火箭残骸能够落在设定的区域。在火箭向上冲向天空的过程中，空气舵是紧紧贴着火箭的，不工作；当火箭的一子级完成使命再入大气层的时，空气舵正式开始工作，变成火箭残骸的“翅膀”，在“翅膀”的保驾护航之下，最终火箭残骸落在设定的区域。空气舵的动作由伺服机构进行驱动，伺服机构通过传动机构驱动空气舵轴，产生气动力矩控制箭体滚转、俯仰和偏航，以实现火箭在回收平台上的精确降落。

现有空气舵通常采用液压伺服机构实现飞行器空气舵面或推力矢量的位置闭环控制。但液压伺服机构存在如下缺点：一、由于采用液压驱动，重量较大，成本较高；二、存在漏油、污染等现象。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中空气舵伺服机构重量较大、成本较高且易漏油污染的缺陷，从而提供一种空气舵伺服机构及控制器舵舱。

本实用新型提供的空气舵伺服机构，包括：

多台舵机，分别适于沿周向均布在控制器舵舱上，所述舵机包括电机和谐波减速器，所述电机与所述谐波减速器连接，所述谐波减速器的输出轴适于连接空气舵的轴；

控制驱动器，适于固定在所述控制器舵舱上，所述控制驱动器与所有舵机连接且适于控制所述舵机动作。

可选的，所述电机的输出轴与所述谐波减速器的输出轴同轴直连。

可选的，所述谐波减速器通过螺钉固定在所述控制器舵舱上，所述电机固定在所述谐波减速器上。

可选的，所述舵机设有四个，且沿径向相对的一对舵机适于控制俯仰，另一对舵机适于控制偏航。

可选的，所述控制驱动器包括依次电连接的主控芯片、放大与隔离电路和功率输出电路，所述主控芯片适于与飞控***通讯连接，所述功率输出电路与所述电机电连接且适于连接飞控***供电。

可选的，所述控制驱动器还包括电流传感器和旋转变压器，所述电流传感器的两端分别与所述主控芯片和电机电连接，所述电流传感器适于检测所述电机的电流信号，所述旋转变压器的两端分别与所述主控芯片和电机电连接，所述旋转变压器适于检测所述电机的转子电角度信号。

可选的，所述电机为无刷直流电机。

本实用新型提供的控制器舵舱，包括：

舵舱本体；

空气舵，安装在所述舵舱本体上；

前述的空气舵伺服机构，所述舵机与所述空气舵一一对应且与所述空气舵的轴传动连接。

可选的，所述空气舵设有四个且分别位于所述舵舱本体的四个象限内。

可选的，还包括：

飞控***，所述飞控***通过422总线与所述空气舵伺服机构通讯连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的空气舵伺服机构，包括多个舵机和控制驱动器，采用机电驱动的方式代替现有的液压驱动，较同级别液压伺服机构减重约10％，产品成本较低50％，工作时间根据初级动力电源时间而适应加长，彻底解决液压伺服机构存在的漏油、易污染、维护难、测试复杂等不足。并且，本结构采用“一拖四”的高集成多通道控制驱动技术，采用一台控制驱动器分别驱动四台舵机，实现对火箭一子级再入过程的姿态和归经精确控制。

2.本实用新型提供的空气舵伺服机构，电机的的输出轴与所述谐波减速器的输出轴同轴直连，安装的形式简化动力传递环节，提高了空气舵伺服机构的传动刚度。

3.本实用新型提供的空气舵伺服机构，谐波减速器采用螺钉的方式固定在控制器舵舱上，电机固定在谐波减速器上，安装结构更加简单，集成度更高，并且螺钉连接的形式简洁可靠，方便快速拆卸，提高了伺服机构产品的维修保障性。

4.本实用新型提供的控制器舵舱，因具有前述空气舵伺服机构，所以具有前述任一项好处。

5.本实用新型提供的控制器舵舱，飞控***通过422总线与所述空气舵伺服机构通讯连接，配合空气舵伺服机构的高集成伺服控制驱动技术，采用针对再入机动空气舵负载大、变化快、控制摆动速度高等特点的高速快响应空气舵伺服控制技术，实现对火箭一子级空气舵的精确控制。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型空气舵伺服机构的主视图；

图2为本实用新型空气舵伺服机构的右视图；

图3为本实用新型空气舵伺服机构的后视图；

图4为本实用新型空气舵伺服机构的工作原理框图；

图5为本实用新型控制器舵舱的附图结构示意图。

附图标记说明：

1、舵机；11、电机；12、谐波减速器；2、控制驱动器；21、主控芯片；22、放大与隔离电路；23、功率输出电路；24、电流传感器；25、旋转变压器；3、飞控***；4、舵舱本体；5、空气舵；6、422总线。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1-图3所示空气舵伺服机构的一种具体实施方式，包括：

多台舵机1，分别适于沿周向均布在控制器舵舱上，舵机1包括电机11和谐波减速器12，电机11与谐波减速器12连接，谐波减速器12的输出轴适于连接空气舵5的轴；

控制驱动器2，适于固定在控制器舵舱上，控制驱动器2与所有舵机1连接且适于控制舵机1动作，具体可参照图5。

上述空气舵伺服机构采用机电驱动的方式代替现有的液压驱动，较同级别液压伺服机构减重约10％，产品成本较低50％，工作时间根据初级动力电源时间而适应加长，彻底解决液压伺服机构存在的漏油、易污染、维护难、测试复杂等不足。并且，本结构采用“一拖四”的高集成多通道控制驱动技术，采用一台控制驱动器2分别驱动四台舵机1，实现对火箭一子级再入过程的姿态和归经精确控制。

舵机1的具体数量不作限定，至少三个即可，可以为3个或4个或5个等，优选为四个，且沿径向相对的一对舵机1适于控制俯仰，另一对舵机1适于控制偏航。具体可参照图5，将控制器舵舱沿周向分为四个象限，其中控制俯仰的一对舵机1分别安装在I、III象限，控制偏航的一对电机11分别安装在II、IV象限。

电机11的具体类型不作限定，本实施例中采用无刷直流电机11。

容易理解的，电机11与谐波减速器12连接，即电机11的输出轴与谐波减速器12的输出轴传动连接，电机11旋转带动谐波减速器12旋转。两者的具体连接方式不作限定，可以通过传动机构传动连接，也可以为图2中所示的直连，即电机11的的输出轴与谐波减速器12的输出轴同轴直连。采用直连的方式连接，能够简化动力传递环节，提高了空气舵伺服机构的传动刚度。

舵机1和控制驱动器2在控制器舵舱上的固定方式不作限定，可以采用螺钉或焊接或卡扣等方式实现。这里提供一种舵机1的优选固定方式，如图2所示，谐波减速器12通过螺钉固定在控制器舵舱上，电机11固定在谐波减速器12上，安装结构更加简单，集成度更高，并且螺钉连接的形式简洁可靠，方便快速拆卸，提高了伺服机构产品的维修保障性。

具体的，谐波减速器12与控制器舵舱采用4个M4螺钉与控制器舵舱尾段舱体连接，如图1所示，谐波减速器12输出轴与空气舵5轴通过平键连接，并通过M3螺钉、弹簧垫圈和平垫圈和进行锁紧。

具体的，参照图4，控制驱动器2包括依次电连接的主控芯片21、放大与隔离电路22和功率输出电路23，主控芯片21适于与飞控***3通讯连接，功率输出电路23与电机11电连接且适于连接飞控***3供电。飞控***3与主控芯片21进行数据通信，主控芯片21接收舵机1的位移信号、电机11电流信号和电机11转子电角度信号，生成PWM控制波形，并输出至放大与隔离电路22进行驱动放大和强弱电信号隔离后，送入功率输出电路23，驱动电机11进行旋转运动，进而驱动谐波减速器12按照控制指令推动空气舵5负载完成直线运动。飞控***328V电能作为功率输出电路23提供能源。

具体的，控制驱动器2还包括电流传感器24和旋转变压器25，电流传感器24的两端分别与主控芯片21和电机11电连接，电流传感器24适于检测电机11的电流信号，旋转变压器25的两端分别与主控芯片21和电机11电连接，旋转变压器25适于检测电机11的转子电角度信号。

本实用新型中的空气舵伺服机构采用机电伺服技术，与传统的以流体流量和液压缸动力机构为特点的液压伺服机构有所不同，它是将输入信号放大和变换为以电压、电流表示的电功率，其输出动力机构(或执行元件)为伺服电机11或其它电磁元件，再通过机械传动装置驱动最终负载的一类伺服产品。机电伺服机构自身表现出以下突出技术优点：1)结构简洁、基础可靠性高；2)维护方便、实战使用性好；3)全数字化、批量生产性强；4)性能稳定，贮存保持期长。

本实用新型的空气舵伺服机构由于采用机电伺服机构，具有轻质化的特性；采用“一拖四”的驱动方式，并且谐波减速器12的输出轴与电机11输出轴直连，具有高集成度的特性。

实施例2

如图5所示的一种控制器舵舱的具体实施方式，包括：

舵舱本体4；

空气舵5，安装在舵舱本体4上；

前述的空气舵伺服机构，舵机1与空气舵5一一对应且与空气舵5的轴传动连接。

具体的，空气舵5设有四个且分别位于舵舱本体4的四个象限内。

进一步的，控制器舵舱还包括：

飞控***3，飞控***3通过422总线6与空气舵伺服机构通讯连接。配合空气舵伺服机构的高集成伺服控制驱动技术，采用针对再入机动空气舵5负载大、变化快、控制摆动速度高等特点的高速快响应空气舵5伺服控制技术，实现对火箭一子级空气舵5的精确控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种空气舵伺服机构，其特征在于，包括：

多台舵机(1)，分别适于沿周向均布在控制器舵舱上，所述舵机(1)包括电机(11)和谐波减速器(12)，所述电机(11)与所述谐波减速器(12)连接，所述谐波减速器(12)的输出轴适于连接空气舵(5)的轴；

控制驱动器(2)，适于固定在所述控制器舵舱上，所述控制驱动器(2)与所有舵机(1)连接且适于控制所述舵机(1)动作。

2.根据权利要求1所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述电机(11)的输出轴与所述谐波减速器(12)的输出轴同轴直连。

3.根据权利要求2所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述谐波减速器(12)通过螺钉固定在所述控制器舵舱上，所述电机(11)固定在所述谐波减速器(12)上。

4.根据权利要求1所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述舵机(1)设有四个，且沿径向相对的一对舵机(1)适于控制俯仰，另一对舵机(1)适于控制偏航。

5.根据权利要求1所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述控制驱动器(2)包括依次电连接的主控芯片(21)、放大与隔离电路(22)和功率输出电路(23)，所述主控芯片(21)适于与飞控***(3)通讯连接，所述功率输出电路(23)与所述电机(11)电连接且适于连接飞控***(3)供电。

6.根据权利要求5所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述控制驱动器(2)还包括电流传感器(24)和旋转变压器(25)，所述电流传感器(24)的两端分别与所述主控芯片(21)和电机(11)电连接，所述电流传感器(24)适于检测所述电机(11)的电流信号，所述旋转变压器(25)的两端分别与所述主控芯片(21)和电机(11)电连接，所述旋转变压器(25)适于检测所述电机(11)的转子电角度信号。

7.根据权利要求6所述的空气舵伺服机构，其特征在于，所述电机(11)为无刷直流电机(11)。

8.一种控制器舵舱，其特征在于，包括：

舵舱本体(4)；

空气舵(5)，安装在所述舵舱本体(4)上；

如权利要求1-7任一项所述的空气舵伺服机构，所述舵机(1)与所述空气舵(5)一一对应且与所述空气舵(5)的轴传动连接。

9.根据权利要求8所述的控制器舵舱，其特征在于，所述空气舵(5)设有四个且分别位于所述舵舱本体(4)的四个象限内。

10.根据权利要求8或9所述的控制器舵舱，其特征在于，还包括：

飞控***(3)，所述飞控***(3)通过422总线(6)与所述空气舵伺服机构通讯连接。

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