基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，包括伺服控制模块、伺服电机、丝杠和旋转变压器，所述丝杠和所述旋转变压器安装在所述伺服电机的旋转端，所述伺服电机为永磁直流无刷电机，所述丝杠为滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的轴内安装有线性差动直线位移传感器，所述线性差动直线位移传感器的信号输出端与所述伺服控制模块连接。与现有技术相比，本实用新型的整体结构体积更小、重量轻、传动效率高、控制精度高、动态响应高、具有更高的负载能力、转速高且寿命长。
【专利说明】
基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电动舵机，尤其涉及基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机。
【背景技术】
[0002]舵机作为小型无人机的重要组件，既是执行机构，又是无人机飞行控制回路的重要组成部分，其性能的好坏直接影响着飞行控制系统的性能和飞行安全。
[0003]在对舵机的调速性能、控制精度、输出力矩、体积具有特殊要求的航空航天领域，电动舵机成为了未来小型无人机舵机发展的方向，它具有使用寿命长、体积小、质量轻、转速高、可靠性高、出力大、余度控制方便等众多优点，目前正向超高速、高转矩、大功率、微型化等方向发展。
[0004]国内现有的电动舵机由于没有采用高性能的直流无刷电机作为伺服电机，使得电动舵机的输出力矩和转速达不到要求;并且在实际的电动舵机控制器实施方面，目前主要停留在PID手动调参方法，并且没有考虑到实际应用对象的动态特性，即设计控制器时没有考虑到电动舵机负载转矩的变化。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机。
[0006]本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的:
[0007]—种基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，包括伺服控制模块、伺服电机、丝杠和旋转变压器，所述丝杠和所述旋转变压器安装在所述伺服电机的旋转端，所述伺服电机为永磁直流无刷电机，所述丝杠为滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的轴内安装有线性差动直线位移传感器，所述线性差动直线位移传感器的信号输出端与所述伺服控制模块连接。
[0008]优选地，所述滚柱丝杠的多个滚柱呈行星状分布于所述滚柱丝杠的主丝杠周围。
[0009]优选地，所述滚柱丝杠的主丝杠和螺母的螺纹牙型半角均为45°，且线数相同，所述滚柱丝杠的滚柱为单线螺纹，所述滚柱的螺旋角与所述螺母相同，所述滚柱的两端设置有轮齿，所述轮齿与所述滚柱丝杠的内齿轮啮合，所述滚柱的两轴端装入所述滚柱丝杠的导向环内。
[0010]优选地，所述导向环通过弹簧定位，所述螺母上设置有用于添加润滑油的油孔。[0011 ]本实用新型的有益效果在于:
[0012]与现有技术相比，本实用新型的整体结构体积更小、重量轻、传动效率高、控制精度高、动态响应高、具有更高的负载能力、转速高且寿命长。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型所述基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机的结构示意图；
[0014]图2是本实用新型所述滚柱丝杠的结构示意图；
[0015]图中:1_伺服电机、2-滚柱丝杠、3-旋转变压器、4-线性差动直线位移传感器、A-主丝杠、B-螺母、C-滚柱、D-滚柱轴端、E-导向环、F-弹黃、G-轮齿、H-内齿轮、J-油孔。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0017]如图1和图2所示，本实用新型包括伺服控制模块、伺服电机1、丝杠和旋转变压器3，丝杠和旋转变压器3安装在伺服电机I的旋转端，伺服电机I为永磁直流无刷电机，丝杠为滚柱丝杠2，滚柱丝杠2的轴内安装有线性差动直线位移传感器4，线性差动直线位移传感器4的信号输出端与伺服控制模块连接。
[0018]在本实施例中，滚柱丝杠2的多个滚柱C呈行星状分布于滚柱丝杠2的主丝杠A周围，将伺服电机I的旋转运动转化为主丝杠A或螺母B的直线运动。滚柱丝杠2的主丝杠A和螺母B的螺纹牙型半角均为45°，且线数相同，滚柱丝杠2的滚柱C为单线螺纹，为保证滚柱具有较高的承载能力和刚度，其螺旋面磨出较大的接触半径。滚柱C的螺旋角与螺母B相同，滚柱C的两端设置有轮齿G，以保证滚柱在螺母内滚动时无轴向移动二滚柱的两端加工出轮齿G，轮齿G与滚柱丝杠2的内齿轮H啮合，确保滚子正常滚动，滚柱轴端D装入导向环E内。导向环E通过弹簧F定位，螺母B上设置有用于添加润滑油的油孔J。
[0019]本实用新型所述基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，结合无人机的特殊应用环境，一体化电动舵机以永磁直流无刷电机作为驱动元件、以高精度滚柱丝杠作为传动、以高性能DSP作为控制核心构成位置、速度和电流三闭环的数字伺服控制系统，与国内同类产品相比具有体积小、重量轻、传动效率高(耗电量仅为国内主流的谐波传动产品的40%)、控制精度高(可达0.05°)、动态响应高(最高可达35Hz)、调试简便、运行可靠等特点，在传动效率、控制精度和小型号跟踪能力方面处于国内领先水平，可广泛应用于直升机、无人机和导弹等武器装备中的舵翼及燃油、燃气的控制。
[0020]本实用新型将内置无刷伺服电机与滚柱丝杠2传动机构传感器等直线运动所需的全部部件有机的融为一体:伺服电机I转子的旋转运动直接通过滚柱丝杠2机构转化为推杆的直线运动，如图1所示。
[0021]本实用新型通过一体化的设计方法，使得产品中的伺服电机1、滚柱丝杠2、旋转变压器3、线性差动直线位移传感器4(英文缩写LVDT)等零部组件有机地融合在一起，显著减小产品的体积、重量以及产品的复杂程度，大大提高了系统的传动刚度和运行可靠性。
[0022]伺服电机I为电动缸提供动力源，功率密度高，因此电机体积小，没有机械换向和磨损，电机寿命长，通过算法优化，电机运行平稳，有利于提高控制精度。
[0023]线性差动直线位移传感器4，精确检测丝杠轴直线运动的位移，与传统方式相比，消除了由于机械间隙造成的误差，从而实现精确的位置和速度闭环控制。
[0024]旋转变压器3，对伺服电机I转子角位移和角速度以及转速进行精确的检测，供交流伺服电机驱动控制用。在丝杠轴内部安装有线性差动直线位移传感器4，精确检测丝杠轴直线运动的位移，与传统方式相比，消除了由于机械间隙造成的误差，从而实现精确的位置、速度和电流三闭环控制。
[0025]滚柱丝杠2是将伺服电机I的旋转扭矩转换为直线推力的一种机械传动机构，其基本原理与梯形螺纹或滚珠丝杠类似。但区别在于，滚柱丝杠2可以在最恶劣的工作环境中，承载大负载，连续工作几千上万小时，滚柱丝杠2机构的这一特性，使其成为要求苛刻、需要长时间连续工作等应用场合的理想选择。
[0026]在本实用新型中，电动舵机选用滚柱丝杠2，可以输出极高的速度和极大的推力，寿命是同尺寸滚珠丝杠产品的5倍，体积比滚珠丝杠更紧凑;适用于要求长寿命、驱动大负载长时间连续工作的应用，尤其是在恶劣的现场环境，更突显其不可替代性。
[0027]以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，包括伺服控制模块、伺服电机、丝杠和旋转变压器，所述丝杠和所述旋转变压器安装在所述伺服电机的旋转端，其特征在于:所述伺服电机为永磁直流无刷电机，所述丝杠为滚柱丝杠，所述滚柱丝杠的轴内安装有线性差动直线位移传感器，所述线性差动直线位移传感器的信号输出端与所述伺服控制模块连接。2.根据权利要求1所述的基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，其特征在于:所述滚柱丝杠的多个滚柱呈行星状分布于所述滚柱丝杠的主丝杠周围。3.根据权利要求2所述的基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，其特征在于:所述滚柱丝杠的主丝杠和螺母的螺纹牙型半角均为45°，且线数相同，所述滚柱丝杠的滚柱为单线螺纹，所述滚柱的螺旋角与所述螺母相同，所述滚柱的两端设置有轮齿，所述轮齿与所述滚柱丝杠的内齿轮啮合，所述滚柱的两轴端装入所述滚柱丝杠的导向环内。4.根据权利要求3所述的基于高精度滚柱丝杠的一体化电动舵机，其特征在于:所述导向环通过弹簧定位，所述螺母上设置有用于添加润滑油的油孔。
【文档编号】B64C13/50GK205524942SQ201620091264
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】王丽娜
【申请人】成都康拓兴业科技有限责任公司