用于旋转驱动器的致动器配置的制作方法_3

文档序号:9529416阅读:来源:国知局
动。这进而控制了旋转斜盘16的高度和/或取向。下面更加详细地图示并且描述了磁性定子单元22的运动(参照图6A至图6C),并且描述了通过控制器25的运动的供能。
[0052]参照图4,示出了旋转驱动器子组件12A,去除了支撑结构20的元件,以更加清楚地暴露出在该支撑结构20内的某些部件。这两个线性致动器的磁性定子组件被臂42A和42B刚性地彼此连接以形成磁性定子单元22。因此,将两个磁性定子组件限制为沿着它们各自的支撑轴承一起运动。每个线圈组件44A和44B包括在支撑在外支架46A内的线圈外壳56内的线圈。支架46A进而具有两个线性运动轴承,这两个线性运动轴承布置为沿着滑动杆滑动(沿着滑动杆26A滑动的线性运动轴承47、和沿着在图4中不可见的背侧上的滑动杆滑动的另一线性运动轴承)。这些线性运动轴承提供在线圈组件与磁性定子组件之间的轴承表面。因此,凭借这些轴承的该布置,线圈组件44A能够在支撑元件20内并且独立于其磁性定子组件往复运动。每个线圈组件通过对应的耦合臂66A和66B连接至曲柄50的对应曲拐(图5A)。每个耦合臂的一端经由旋转轴承67A和67B(图5A)在其的相应的线圈组件44A的相反的侧部的两个点处耦合至线圈组件44A。每个耦合臂的另一端通过另一旋转轴承69连接至曲柄50的两个曲拐中的一个对应曲拐(图5A)。由于曲柄轴的两个曲拐彼此180°异相,所以两个线圈组件被束缚以当曲柄50转动时在与彼此相反的方向(即对称地)运动,如将在下文更详细地描述的(参照图5A至图5C)。
[0053]每个线性致动器的运动由来源于把电流施加于在磁场中的线圈的洛仑兹力供能。每个线性致动器包括磁性定子组件,该磁性定子组件包括:磁体外壳52,其容纳一个或者多个永磁体(在图中不可见),以及在磁体外壳52上方和下方的金属板54A和54B,其提供用于被在磁体外壳52中的磁体产生的磁通量的返回路径(例如,基本由具有相对地高导磁率的金属构成的板)。再次参照图1C,在磁体外壳52内的永磁体8的布置的一个不例使用了两个相反的行(31A和31B)的磁体8,其中每个行内的磁体的磁矩在横切于磁体外壳52的轴线33(线圈沿着其运动)的相同的方向导向,并且其中在行31A中的磁体8的磁矩与在行31B中的磁体8的磁矩在相反的方向上。在名称为Electric Motor的美国专利公布第2011/0108339号中更加详细地描述了这样的布置的详细示例,其通过引用的方式并入本文。永磁体的布置的另一示例使用了单行的磁体,其中磁矩在相邻的磁体之间在相反的方向交替,并且与磁体外壳52的轴平行。在名称为Magnetic Stator Assembly的美国专利公布第2013/0002052号中更加详细地描述这样的布置的详细示例,其通过引用的方式并入本文。
[0054]每个线性致动器还包括线圈组件44A,该线圈组件44A包括连接至圆形支架46A的线圈外壳56。线圈外壳56容纳绕组,绕组由围绕磁体外壳52的导电材料(例如,铜)和容纳在磁体外壳52中的永磁体组成。由此,线圈绕组继续经受由永磁体产生的磁场。在磁体外壳52内的永磁体布置(在上面描述的两种布置二者中)为产生与磁体外壳52的轴横切并且与线圈的绕组基本垂直的磁场。当将电流施加至线圈时,洛仑兹力被产生,其使用取决于施加电流的正负和量级的方向和力推动线圈以沿着磁体外壳运动。
[0055]旋转驱动器子组件12A还包括位置传感器,该位置传感器用于通过控制器25进行被动监视以及/或者主动反馈控制。定子位置传感器60,其连接在磁性定子组件与支撑元件20之间,传感磁性定子单元22相对于支撑元件20的位置,并且,线圈位置传感器62,其连接在线圈子组件44A与支撑结构20之间,传感线圈组件44A相对于支撑元件20的位置。控制器25监视来自这些传感器的信号以便确定磁性定子单元22的位置(并且由此确定两个磁性定子组件的位置)、和线圈组件44A和44B的位置。
[0056]控制器25包括向两个线圈组件44A和44B的线圈供应电流的电流源27。来自控制器25的控制信号确定供应至线圈组件44A的线圈的电流iA的特定的值(即,幅值和方向)、和供应至线圈组件44B的线圈的电流iB的特定的值。例如,可以通过在控制器25中的一个或者多个处理器上执行的控制程序、或者通过编程到控制器25的印刷电路板中的控制逻辑,来确定控制信号。通过包括以下的参数来确定线圈组件44A响应于所供应的电流iA而运动的方向:在磁体外壳52中的磁体的极性、在线圈外壳56中的线圈的绕组的方向、以及所供应的电流(用^符号指示)的方向。在本示例中,选择用于线圈组件44A和44B的参数,从而使得电流ijP i 4勺基本相等的值(即,近乎相等的幅值和相同的正负)与线圈组件44A和44B的对称运动相对应。
[0057]图5A至图5C图示了线圈的对称运动如何导致曲柄50和转子驱动轴48的旋转。这些图示出了在旋转驱动器子组件12A的操作期间发生的线圈组件44A和44B的三个不同的对称位置。图5A示出了在其中线圈组件44A和44B每个在在它们的在操作期间的运动的跨度中的中点处的位置,其中曲柄50以被把组件44A和44B连接至曲柄50的对应的臂66A和66B的相应的位置确定的第一角度(0° )。图5B示出了在其中线圈组件44A和44B在在它们的运动的跨度中的最大分离的端点处的位置,其中,其中曲柄50以被臂66A和66B的相应的位置确定的第二角度(90° )。图5C示出了在其中线圈组件44A和44B在在它们的运动的跨度中的最小分离的端点处的位置,其中曲柄50以被臂66A和66B的相应的位置确定的第三角度(270° )。随着提供适当的电流^和“以使线圈往复运动并且使曲柄50和转子驱动轴48转动360°,在其他情况下会发生线圈组件的其他对称位置和曲柄50的其他对应角度。
[0058]图6A至图6C图示了磁性定子单元22 (其是耦合的磁性定子组件)的运动如何控制控制臂组件(平移杆30、角形支架32、和回转连接器34)的位置。这些图示出了在旋转驱动器子组件12A的操作期间发生的磁性定子单元22的三个不同位置。图6A示出了在其中磁性定子单元22在在其的在操作期间的运动的跨度中的中点处的位置,其中平移杆30在使得角形支架32是水平的的地点处。在该位置中,磁性定子单元22相对于支撑结构20居中心,这通过驱动器位置传感器60来传感。图6B示出了在其中磁性定子单元22在在其的在操作期间的运动的跨度中的极端的位置处的位置,其中平移杆30在使得角形支架32被升高的地点处。在该位置中,磁性定子单元22被朝着支撑结构20的左侧74平移,这通过驱动器位置传感器60来传感。图6C示出了在其中磁性定子单元22在在其的在操作期间的运动的跨度中的另一个极端的位置处的位置,其中平移杆30在使得角形支架32被下降的地点处。在该位置中,磁性定子单元22被朝着支撑结构20的右侧76平移,这通过驱动器位置传感器60来传感。
[0059]磁性定子单元22的这种为了升高或下降角形支架32 (并且由此倾斜旋转斜盘16)的向左或右位置的线性运动被来自控制器25的控制信号控制,该控制信号确定供应至线圈组件44A和44B的电流i BO因为线圈组件44A和44B的运动被曲柄50束缚为是关于经过转子驱动轴48的平面相对于彼此对称的,至电流iA和iB不具有实质上相反的值的程度,所以,所得到的在线圈组件和磁性定子单元22之间的洛仑兹力产生净力,该净力把磁性定子单元22相对于支撑结构20平移。例如,电流ijP i B的实质上相反的值(即,具有相反的正负和近乎相等的幅值的电流信号)会产生磁性定子单元22的“共模”运动,而没有线圈组件44A和44B的运动。此外,电流^和i B的实质上相同的值(即,具有相同的正负和近乎相等幅值的电流信号)会产生线圈组件44A和44B的对称“差模”运动,而没有磁性定子单元22的运动。
[0060]在实践中,共模电流信号和差模电流信号的叠加产生加和的共模和差模电流分量,该加和的共模和差模电流分量是使以下的独立的控制成为可能的电流iJP i B的分别的值的总和:(1)转子驱动轴48被曲柄50的旋转旋转,以及(2)旋转斜盘16被控制臂的运动倾斜。旋转斜盘16通过三个不同旋转驱动器子组件12A、12B、和12C在三个不同连接点处的倾斜共同实现了对旋转斜盘16的取向的完全控制。控制器25可以配置为:针对每个旋转驱动器子组件,使用两个有源控制回路,包括:利用来自线圈位置传感器62的反馈输出差模电流分量以控制转子叶片组件旋转的一个控制回路、和利用来自驱动器位置传感器60的反馈输出共模电流分量以控制旋转斜盘倾斜和转子叶片的由此产生的周期桨距的另一控制回路。基于所供应的电流对转子叶片的旋转和转子叶片的周期桨距的该单独控制实现了紧凑并且高效率的旋转驱动器10。
[0061]旋转驱动器10可以用在除了直升飞机之外的各种其
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