一种基于屈曲梁的双稳态电磁舵机及控制方法与流程

本发明属于舵机技术领域，具体涉及一种基于屈曲梁的双稳态电磁舵机及控制方法。

背景技术：

近年来随着航空航天领域的迅速发展，人们对舵机的性能要求越来越高，舵机逐渐向着结构紧凑、体积小，质量轻的方向发展。采用液压、气动驱动的舵机控制机构往往存在结构复杂、质量及体积大等缺点。而传统电动舵机则需要加减速装置，设备复杂，质量大。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于屈曲梁的双稳态电磁舵机及控制方法，在高频驱动条件下，能够快速响应并双向驱动负载，提供了断电钳位的功能；能够断电后位置保持并实现双向大角度控制。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于屈曲梁的双稳态电磁舵机，包括电磁驱动装置1、屈曲梁控制装置2、与屈曲梁控制装置2相连接的第一舵片3和第二舵片4，所述电磁驱动装置1和屈曲梁控制装置2安装于外壳5内；所述电磁驱动装置1包括第一铁芯1-2，缠绕于第一铁芯1-2上的第一线圈1-1，第二铁芯1-4，缠绕于第二铁芯1-4上的第二线圈1-5，以及位于第一铁芯1-2与第二铁芯1-4之间的两端并排放置的第一衔铁1-3和第二衔铁1-6；所述屈曲梁控制装置2包括并排放置的第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2，第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2控制端通过转轴安装于端部固定装置2-3，第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2尾部通过转轴安装于尾部固定装置2-4；第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2中部有用于安装第一衔铁1-3和第二衔铁1-6的槽；安装后的屈曲梁控制装置2位于电磁驱动装置1中部，且屈曲梁控制装置2和与电磁驱动装置1相互垂直。

所述第一线圈1-1及第二线圈1-5绕法相同，第一衔铁1-3及第二衔铁1-6采用相同极性的永磁铁，且N极和S极的朝向相同。

所述基于屈曲梁的双稳态电磁舵机的控制方法，首先，安装时，通过端部固定装置2-3及尾部固定装置2-4向第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2施加轴向预压力，使其处于屈曲状态；开始作动时，向第一线圈1-1及第二线圈1-5通电，通电后产生磁场对分别固定在第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2内的第一衔铁1-3及第二衔铁1-6产生方向相反的作用力，从而实现失稳屈曲状态的切换。

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)由于屈曲状态属于稳态，因此不需要施加外界能力即可保持当前状态，而屈曲梁受压屈曲后存在方向相反的两个屈曲状态，因此该舵机可以控制每个舵片输出方向相反两个偏转角。因此本发明在控制舵片偏转时只需要在切换两个偏转角时通电，而在舵片保持目前状态持续输出偏转角时无需通电。不但实现了断电后位置保持，而且具有能耗低的特点。

2)本发明只采用两个屈曲梁作为舵片控制机构，因此机构简单，便于实现小体积轻量化设计。不但极大降低了加工和装配的难度，而且为小型飞行器节省了宝贵的内部空间。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明电磁驱动装置及屈曲梁控制装置三维示意图。

图3为本发明电磁驱动装置示意图。

图4为本发明屈曲梁控制装置示意图。

图5为本发明屈曲梁装配后屈曲状态示意图。

图6为线圈绕法及衔铁朝向示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明一种基于屈曲梁的双稳态电磁舵机，电磁驱动装置1、屈曲梁控制装置2、与屈曲梁控制装置2相连接的第一舵片3和第二舵片4，所述电磁驱动装置1和屈曲梁控制装置2安装于外壳5内；所述电磁驱动装置1包括第一铁芯1-2，缠绕于第一铁芯1-2上的第一线圈1-1，第二铁芯1-4，缠绕于第二铁芯1-4上的第二线圈1-5，以及位于第一铁芯1-2与第二铁芯1-4之间的两端并排放置的第一衔铁1-3和第二衔铁1-6；所述屈曲梁控制装置2包括并排放置的第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2，第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2控制端通过转轴安装于端部固定装置2-3，第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2尾部通过转轴安装于尾部固定装置2-4；第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2中部有用于安装第一衔铁1-3和第二衔铁1-6的槽；安装后的屈曲梁控制装置2位于电磁驱动装置1中部，且屈曲梁控制装置2和与电磁驱动装置1相互垂直。

本发明所述基于屈曲梁的双稳态电磁舵机的控制方法，首先，安装时，通过端部固定装置2-3及尾部固定装置2-4向第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2施加轴向预压力，使其处于屈曲状态一或屈曲状态二(如图5所示，三维转配示意图如图2所示)；开始作动时，向第一线圈1-1及第二线圈1-5通电，通电后产生磁场对分别固定在第一屈曲梁2-1及第二屈曲梁2-2内的第一衔铁1-3及第二衔铁1-6产生方向相反的作用力，从而实现失稳屈曲状态的切换。

作为本发明的优选实施方式，第一线圈1-1及第二线圈1-5绕法相同，第一衔铁1-3及第二衔铁1-6采用相同极性的永磁铁，且N极和S极的朝向相同，当开始作动时向第一线圈1-1及第二线圈1-5通电，通电后产生磁场从而对第一衔铁1-3及第二衔铁1-6产生方向相反的作用力，从而实现失稳屈曲状态的切换以及两只舵片的差动控制。