Електромеханічний привід

Реферат: Винахід належить до галузі машино-та авіабудування, може бути застосований у приводах автоматичних систем управління літальних апаратів, робототехнічних, антенних та інших силових системах. Електромеханічний привід складається з концентрично розташованих: корпуса, електродвигуна, двоступеневої хвильової передачі із вхідним валом, приєднаним до вала електродвигуна; ексцентричного вузла; сепаратора першого ступеня хвильової передачі з тілами кочення, переміщуваними відносно хвилеутворювача в жорсткому колесі першого ступеня; сепаратора другого ступеня з тілами кочення, що переміщуються розташованими на жорсткому колесі кільцями відносно другого хвилеутворювача; вихідного вала з датчиком положення, що спирається на тіла та підшипники кочення; вузлів управління роботою приводу; стопорного пристрою, статор якого містить дві пари магнітів та обмоток, а якір зв'язаний з валом електродвигуна; датчика положення ротора електродвигуна. Електродвигун розташований всередині зазначеного жорсткого колеса, ексцентриковий вузол першого ступеня - поза ротором електродвигуна, порожнистий вихідний вал зі шліцами на внутрішній поверхні приєднаний до сепаратора другого ступеня, має порожнисту маточину із фланцем, з'єднаним з привідним об'єктом, яка має шліцьову частину зі шліцьовим стаканом, що має всередині спіраль, яка зминається, та піропатрон для виштовхування стакана з маточини. UA 104642 C2 (12) UA 104642 C2 UA 104642 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Винахід належить до галузі машинобудування та авіабудування і може бути застосований у приводах автоматичних систем керування літальних апаратів, робототехнічних, антенних та інших електромеханічних силових системах, в яких маса та габарити мають важливе значення. Попередній рівень техніки Відомий винахід (патент US № 4575027 від 16.05.1983), відповідно до якого електромеханічний привід керованого об'єкта (стерна напряму, елерона) складається з електродвигуна і планетарного зубчастого редуктора, вхідний вал якого з'єднаний з валом ротора електродвигуна, а корпус планетарного редуктора є обертовим і з'єднаний з рухомою частиною привідного об'єкта; при цьому корпус електродвигуна з'єднаний з нерухомою частиною керованого об'єкта через установлений на ньому електромагнітний роз'єднувальний пристрій. Недолік відомого електромеханічного приводу в його значних габаритах і масі, а також у наявності масивних деталей кріплення корпусів електродвигуна і планетарного редуктора до нерухомої відносно фюзеляжу аеродинамічної поверхні літака, що ускладнює вбудовування електромеханічного приводу в обмежений простір керованих об'єктів і його роботу. Для випадку відмови в роботі електродвигуна або редуктора електромеханічний привід має електромагнітний роз'єднувальний пристрій для його від'єднання від керованого об'єкта і для вільного обертання при обертанні керованого об'єкта. Відомий піропатрон у системі катапультування, використовуваної в авіаційній техніці для швидкого розділення об'єктів (патент RU № 2230211 від 14.10.2002), що має корпус із твердопаливними шашками, петарду з пресованого пороху, капсуль-запальник. У винаході пристрою автоматичного включення установки (патент RU 2116094 від 11.02.1997) для запалення піропатрона використовується вузол електричного пуску, що працює від електричних сигналів датчиків або від дистанційного керування. Такі пристрої автоматичного з'єднання чи роз'єднання об'єктів мають істотно меншу, ніж електромагнітні пристрої, масу. Відомий силовий мініпривід (патент RU № 2321138 від 10.01.2007; заявка WO № 2008/085082 А1 від 12.07.2007), що складається з вузлів, розташованих концентрично відносно центральної осі: корпуса з циліндричною та торцевими частинами, електродвигуна, що має статор і закріплений на валу ротор; двоступеневої хвильової передачі з вхідним валом, що має ексцентрично розташовані поверхні, з'єднаним з ротором електродвигуна; сепаратора першого ступеня хвильової передачі з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними робочими дисками відносно хвилеутворювача у жорсткому колесі, що має на зовнішній частині ексцентрично розташовані поверхні; другий сепаратор з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними кільцями, надітими на ексцентрично розташовані на жорсткому колесі поверхні, відносно другого хвилеутворювача, що знаходиться на внутрішній поверхні циліндричної частини корпуса; вихідного вала, що спирається на тіла кочення і підшипники кочення; вузлів, що забезпечують керування роботою електромеханічного приводу: стопорного пристрою, статор якого з двома парами постійних магнітів і обмоток жорстко з'єднаний з корпусом, а якір через стопор кінематично зв'язаний з валом ротора електродвигуна; розташованого між стопорним пристроєм і електродвигуном датчика положення ротора електродвигуна, жорстко з'єднаного з його валом; датчика положення вихідного вала, розміщеного таким чином, що його статор кріпиться до нерухомо закріпленої деталі другого ступеня хвильової передачі, а ротор - до рухливої деталі, з'єднаної з вихідним валом. Недолік силового мініприводу у значній інерційності порожнистого ротора великого діаметра, всередині якого розміщений ексцентриковий вузол, частина сепаратора і частина жорсткого колеса першого ступеня хвильового редуктора. Цей недолік обмежує величину прискорення ротора за припустимих втрат у двигуні (втрати в міді) і не дозволяє забезпечити підвищену керованість об'єктів, що приводяться електромеханічним приводом. Крім того, силовий мініпривід не має аварійного роз'єднувача, вихідного вала й привідного об'єкта. Технічне завдання, що вирішується винаходом - зниження моменту інерції ротора електродвигуна, збільшення наявного прискорення об'єкта за припустимого значення втрат у двигуні (втрат у міді) при високому передатному відношенні хвильового редуктора і великому крутному моменті на вихідному валу електромеханічного приводу і забезпечення швидкого аварійного роз'єднання вихідного вала та привідного об'єкта. Технічне завдання вирішене в конструкції електромеханічного приводу, що складається з вузлів, розташованих концентрично відносно центральної осі: корпуса з циліндричною та торцевими частинами, електродвигуна, що має статор і закріплений на валу ротор; двоступеневої хвильової передачі з приєднаним до ротора електродвигуна вхідним валом, що має ексцентриковий вузол з ексцентрично розташованими поверхнями; сепаратора першого 1 UA 104642 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ступеня хвильової передачі з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними встановленими на ексцентрично розташованих поверхнях робочими дисками відносно хвилеутворювача у жорсткому колесі першого ступеня, яке має на зовнішній частині ексцентрично розташовані поверхні для другого ступеня; сепаратор другого ступеня з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними кільцями, установленими на ексцентрично розташованих на жорсткому колесі поверхнях, відносно другого хвилеутворювача на внутрішній поверхні циліндричної частини корпуса; вихідного вала, що спирається на тіла кочення і підшипники кочення; вузлів, що забезпечують керування роботою електромеханічного приводу: стопорного пристрою, статор якого з двома парами постійних магнітів і обмоток жорстко з'єднаний з корпусом, а якір через стопор кінематично зв'язаний з валом ротора електродвигуна; розташованого між стопорним пристроєм і електродвигуном датчика положення ротора електродвигуна, з'єднаного з його валом; датчика положення вихідного вала, розміщеного таким чином, що його статор кріпиться до нерухомо закріпленої деталі другого ступеня хвильової передачі, а ротор - до рухливої деталі, з'єднаної з вихідним валом; при цьому корпус є нерухомою частиною електромеханічного приводу, електродвигун розташований всередині жорсткого колеса двоступеневої хвильової передачі, ексцентриковий вузол першого ступеня розташований поза ротором електродвигуна, вихідний вал приєднаний до сепаратора другого ступеня, є порожнистим і має шліци на внутрішній поверхні, а також продовження у вигляді порожнистої маточини із закріпленим на ній фланцем, з'єднаним з привідним об'єктом; на частині внутрішньої поверхні маточини розташована шліцева поверхня, що збігається з внутрішньою шліцевою поверхнею вихідного вала; всередині шліцевого вала і частини маточини встановлений шліцевий стакан, усередині якого є спіраль, що зминається, приєднана до дна стакана; всередині маточини встановлений пристрій виштовхування шліцевого стакана зі шліцевої частини маточини. Для істотного зменшення моменту інерції ротора при заданому крутному моменті електродвигуна відношення довжини статора до його внутрішнього діаметра перебуває в інтервалі 1-2. Для підвищення рівномірності роботи хвильової передачі кількість ексцентрично розташованих поверхонь є парною, при цьому осі суміжних поверхонь зміщені в протилежні напрямки від центральної осі. Для значного збільшення крутного моменту на вихідному валу електромеханічного приводу -1 при частоті обертання ротора електродвигуна 5000 - 25000 хв передатне відношення двоступеневої хвильової передачі перебуває в інтервалі 500 - 2500. Для зменшення маси електромеханічного приводу пристрій виштовхування шліцевого стакана з маточини оснащений піропатроном з піротехнічним зарядом і електричним ініціатором горіння піротехнічного заряду. Технічний ефект, одержуваний від винаходу - збільшення наявного прискорення об'єкта за припустимого значення втрат у двигуні (втрат у міді) при високому крутному моменті на вихідному валу електромеханічного двигуна і забезпечення швидкого аварійного роз'єднання вихідного вала й привідного об'єкта - досягнутий за рахунок введення такої сукупності визначальних ознак: корпус є нерухомою частиною електромеханічного приводу, електродвигун розташований всередині жорсткого колеса двоступеневої хвильової передачі; ексцентриковий вузол першого ступеня розташований поза ротором електродвигуна; вихідний вал приєднаний до сепаратора другого ступеня, є порожнистим і має шліци на внутрішній поверхні, а також продовження у вигляді порожнистої маточини з закріпленим на ній фланцем, з'єднаним з привідним об'єктом; на частині внутрішньої поверхні маточини є шліцева поверхня, що збігається з внутрішньою шліцевою поверхнею вихідного вала; всередині шліцевого вала і шліцевої частини маточини встановлений шліцевий стакан, усередині якого є спіраль, що зминається, приєднана до дна стакана; всередині маточини встановлений пристрій виштовхування шліцевого стакана зі шліцевої частини маточини. Короткий опис креслень На фіг. 1/3 показаний поздовжній переріз електромеханічної передачі. На фіг. 2/3 - переріз А-А на фіг. 1. На фіг. 3/3 - вид В на фіг. 1. Переважний приклад здійснення винаходу Електромеханічний привід (фіг. 1, 2) складається з вузлів, розташованих концентрично відносно центральної осі: корпуса 1 з циліндричною частиною 1а, що є нерухомою частиною електромеханічного приводу; електродвигуна 2, що має статор 3 і закріплений на валу 4 ротор 5; двоступеневої хвильової передачі 6 із вхідним валом 7, що має ексцентриковий вузол 8 з 2 UA 104642 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 ексцентрично розташованими поверхнями 8а і 8b, з'єднаним з валом 4; сепаратори 9 першого ступеня 10 хвильової передачі 6 з розміщеними у ньому в кілька рядів тілами кочення 11, переміщуваними робочими дисками 12 відносно хвилеутворювача 13 у жорсткому колесі 14, що має на зовнішній частині ексцентрично розташовані поверхні 14а, 14b; другий сепаратор 15 з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення 16, переміщуваними кільцями 17а і 17b, надітими на ексцентрично розташовані на твердому колесі 14 поверхні 14а, 14b, відносно другого хвилеутворювача 18, що розташований на внутрішній поверхні циліндричної частини 1а корпуса 1; вихідного вала 19, що спирається на тіла кочення 16 і підшипники кочення 20, із фланцем 21, що приєднується до об'єкта регулювання, що приводиться (не показаний); вузлів, що забезпечують керування роботою електромеханічного приводу: стопорного пристрою 22 (фіг. 3), статор 23 якого з двома парами постійних магнітів 24 і обмоток 25 жорстко з'єднаний з корпусом 1, а якір 26 через стопор 27 кінематично зв'язаний з валом 4 ротора 5; розташованого між стопорним пристроєм 22 і електродвигуном 2 датчика 28 (фіг. 1) положення ротора 5 електродвигуна 2, ротор 29 якого жорстко з'єднаний з валом 4 ротора 5; датчика 30 положення вихідного вала 19, розміщеного таким чином, що його статор 31 кріпиться до нерухомо закріпленої деталі корпуса 1, а ротор 32 - до сепаратора 15, з'єднаного з вихідним валом 19; електродвигун 2 розташований усередині жорсткого колеса 14 двоступеневої хвильової передачі 6; ексцентриковий вузол 8 першого ступеня хвильової передачі розташований поза ротором 5 електродвигуна 2; вихідний вал 19 приєднаний до сепаратора 15, є порожнистим і має шліци на внутрішній поверхні 19а, а також продовження у вигляді порожнистої маточини 33 із закріпленим на ній фланцем 21; на частині внутрішньої поверхні маточини 33 є шліцева поверхня 34, що збігається з внутрішньою шліцевою поверхнею 19а вихідного вала 19; усередині вихідного вала 19 і частини маточини 33 встановлений шліцевий стакан 35, усередині якого розташована попередньо стиснута спіраль, що зминається, 36, що приєднана до дна стакана 35 і притискає його до внутрішнього торця маточини 33; усередині маточини встановлений пристрій 37 виштовхування шліцевого стакана 35 зі шліцевої частини 34 маточини 33. Для забезпечення зниженого моменту інерції ротора при заданій потужності електродвигуна кількість ексцентрично розташованих на вхідному валу 7 чи на жорсткому колесі 14 поверхонь 8а, 8b, 14a, 14b переважно є парною, при цьому осі суміжних поверхонь зміщені в протилежні напрямки від центральної осі. Передатне відношення двоступеневої хвильової передачі 6 перебуває в інтервалі 500 - 2500 -1 при частоті обертання 5000 - 25000 хв ротора 5 електродвигуна 2. При передатному -1 відношенні менше 500 і частоті обертання ротора 5 менше 5000 хв забезпечення необхідного моменту досягається за значень струму, за яких відбувається посилене нагрівання -1 електродвигуна за рахунок теплових втрат в обмотці. При частоті обертання більше 25000 хв у роторі виникають значні напруги від відцентрових сил. Для додаткового зменшення маси електромеханічного приводу пристрій 37 виштовхування шліцевого стакана 35 з маточини має піропатрон 38 з піротехнічним зарядом 39 і електричним ініціатором 40 горіння піротехнічного заряду 39. При включенні електромеханічного приводу подається напруга на пари обмоток 25 статора 23 стопорного пристрою 22 (фіг. 3), якір 26 повертається, розриваючи кінематичний зв'язок стопора 27 із зубчастим колесом 27а, з'єднаним валом 4 і, таким чином, вивільняє вал 4 ротора електродвигуна. Якір 26 фіксується в цьому положенні постійними магнітами 24 після зняття напруги з обмоток 25 статора 23 стопорного пристрою 22. Блок керування електромеханічного приводу (не показаний) на основі командного сигналу, сигналів із сигнальних обмоток датчика 30, положення вихідного вала 19 і датчика 28 положення ротора 5, зрушує ротор 5, вал 4 і з'єднаний з ним вхідний вал 7 першого ступеня хвильової передачі 6. При обертанні вхідного вала 7 обертаються ексцентрично розташовані поверхні 8а і 8b, так що їх ексцентрично зміщені осі і диски 12 роблять за один оборот вхідного вала 7 повний оборот навколо його осі. Сепаратор 9 дозволяє тілам кочення 11 переміщуватися тільки в радіальному напрямку, роблячи хвилеподібні рухи з періодом, рівним періоду одного обороту вхідного вала 7 і амплітудою, рівною відстані між віссю вхідного вала 7 і віссю ексцентрично розташованих поверхонь 8а чи 8b. Тіла кочення 11, взаємодіючи з профільованою поверхнею хвилеутворювача 13, повертають жорстке колесо 14 на кут, менший кута повороту вхідного вала 7 у кількість разів, рівну кількості хвиль профільованої поверхні хвилеутворювача 13. Поворот жорсткого колеса 14 зрушує ексцентрично розташовані поверхні 14а і 14b і кільця 17а і 17b, що переміщують тіла кочення 16 у гніздах сепаратора 15 у радіальному напрямку, так що вони роблять складний рух, що є сукупністю обертального руху сепаратора 15 і радіального 3 UA 104642 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 руху в гніздах сепаратора 15 з амплітудою, рівною подвоєному ексцентриситету поверхонь 14а і 14b. Тіла кочення 16, взаємодіючи з профільованою поверхнею другого хвилеутворювача 18, повертають сепаратор 15 на кут, менший кута повороту жорсткого колеса 14 у кількість разів, на одиницю меншу кількості хвиль профілю хвилеутворювача 18. Разом із сепаратором 15 повертається вихідний вал 19, зі шліцевим стаканом і маточиною з фланцем. При відключенні електромеханічного приводу подається напруга на пари обмоток 25 статора 23 стопорного пристрою 22 (фіг. 3), якір 26 повертається у вихідне положення, забезпечуючи кінематичний зв'язок стопора 27 із зубчастим колесом 27а і фіксуючи вал 4 ротора 5. Якір 26 фіксується у вихідному положенні постійними магнітами після зняття напруги з обмоток статора 25 стопорного пристрою 22. Для відключення електромеханічної передачі від об'єкта регулювання при відмові електродвигуна 2 (фіг. 1) блоку керування (не показаний) датчика 28 положення ротора, датчика 30 положення вихідного вала або заклинюванні двоступеневої хвильової передачі 6, блок аналізу стану приводу (не показаний) подає сигнал на включення електричного ініціатора 40 для запалення піротехнічного заряду 39 піропатрона 38; тиск газу, що виникає при горінні заряду 39, діє на дно шліцевого стакана 35 і створює силу, що перевищує силу стискання спіралі, що зминається, 36 і силу тертя стакана 35 об поверхню маточини 33 і вала 19; спіраль 36 спочатку пружно, а потім пластично деформується, стакан 35, переміщуючись виходить із зачеплення з маточиною 33, що разом із фланцем і приєднаним до нього об'єктом може повертатися відносно кінця вихідного вала 19. Після вигоряння піротехнічного заряду 39 і виходу відпрацьованого газу деформована спіраль 36 не відновлюється і стакан 35 залишається всередині вихідного вала 19. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Електромеханічний привід, що складається з вузлів, розташованих концентрично відносно центральної осі: корпуса з циліндричною та торцевими частинами, електродвигуна, що має статор і закріплений на валу ротор; двоступеневої хвильової передачі з приєднаним до ротора електродвигуна вхідним валом, що має ексцентриковий вузол з ексцентрично розташованими поверхнями; сепаратора першого ступеня хвильової передачі з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними встановленими на ексцентрично розташованих поверхнях робочими дисками відносно хвилеутворювача у жорсткому колесі першого ступеня, яке має на зовнішній частині ексцентрично розташовані поверхні для другого ступеня; сепаратор другого ступеня з розміщеними в ньому в кілька рядів тілами кочення, переміщуваними кільцями, встановленими на ексцентрично розташованих на жорсткому колесі поверхнях, відносно другого хвилеутворювача на внутрішній поверхні циліндричної частини корпуса; вихідного вала, що спирається на тіла кочення і підшипники кочення; вузлів, що забезпечують керування роботою електромеханічного приводу: стопорного пристрою, статор якого з двома парами постійних магнітів і обмоток жорстко з'єднаний з корпусом, а якір через стопор кінематично зв'язаний з валом ротора електродвигуна; розташованого між стопорним пристроєм і електродвигуном датчика положення ротора електродвигуна, з'єднаного з його валом; датчика положення вихідного вала, розміщеного таким чином, що його статор кріпиться до нерухомо закріпленої деталі другого ступеня хвильової передачі, а ротор - до рухливої деталі, з'єднаної з вихідним валом, який відрізняється тим, що корпус є нерухомою частиною електромеханічного приводу, електродвигун розташований всередині жорсткого колеса двоступеневої хвильової передачі, ексцентриковий вузол першого ступеня розташований поза ротором електродвигуна, вихідний вал приєднаний до сепаратора другого ступеня, є порожнистим і має шліци на внутрішній поверхні, а також продовження у вигляді порожнистої маточини із закріпленим на її виступаючій з корпуса частині фланцем, з'єднаним з привідним об'єктом; частина внутрішньої поверхні маточини має шліци і збігається з внутрішньою шліцьовою поверхнею вихідного вала; всередині шліцьової частини вихідного вала і шліцьової частини маточини встановлений шліцьовий стакан, усередині якого знаходиться спіраль, що зминається, приєднана до дна стакана; всередині виступаючої частини маточини встановлений пристрій виштовхування шліцьового стакана зі шліцьової частини маточини. 2. Електромеханічний привід за п. 1, який відрізняється тим, що співвідношення довжини статора та його внутрішнього діаметра перебуває в інтервалі 1-2. 3. Електромеханічний привід за п. 1, який відрізняється тим, що кількість ексцентрично розташованих поверхонь є парною, при цьому осі суміжних поверхонь зміщені в протилежні напрямки від центральної осі. 4 UA 104642 C2 5 4. Електромеханічний привід за п. 1, який відрізняється тим, що передатне відношення двоступеневої хвильової передачі перебуває в інтервалі 500-2500 при частоті обертання ротора -1 електродвигуна 5000-25000 хв . 5. Електромеханічний привід за п. 1, який відрізняється тим, що пристрій виштовхування шліцевого стакана і маточини має піропатрон з піротехнічним зарядом і електричним ініціатором горіння піротехнічного заряду. 5 UA 104642 C2 6 UA 104642 C2 Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7