具有选择性断开件的驱动总成的制作方法
【专利说明】具有选择性断开件的驱动总成
[0001]政府权益综述
[0002]本发明至少部分在美国政府支持下根据美国空军授予的波音合同第475120号所作。美国政府对本发明会具有某些权利。
[0003]发明背景
[0004]本发明涉及与电动机械致动器连用的驱动器，且特定来说，涉及用于分离飞机中使用的驱动器和电动机械致动器的系统和方法。
[0005]飞机通常包括电动机械致动器和控制飞机机翼和机尾结构上的飞行控制表面的其它飞行控制系统。这些飞行控制表面被移动和定位来改变机翼和机尾结构的上升特性。为安全起见，飞机通常具有电动机械致动器和控制飞行控制表面的飞行控制系统的备份来允许在主系统故障或失效的情况下控制飞机的可操纵性。当主系统故障时，备份系统接管并控制可移动飞行控制表面。主系统会卡在或挤在一个位置，使得难以让备份系统克服主系统和控制飞行控制表面。
发明概要
[0006]具有选择性断开件的驱动总成包括:电机，其具有电机驱动轴；谐波驱动器，其耦接到电机驱动轴；输出轴，其耦接到谐波驱动器；和回缩机构，其选择性地轴向回缩电机驱动轴和波生成器使电机驱动轴和波生成器与谐波驱动器去耦。
[0007]—种方法包括:通过位于输出轴与电机驱动轴之间的谐波驱动器来用电机驱动轴驱动输出轴，以及通过选择性地使电机驱动轴和波生成器与谐波驱动器去耦来使输出轴与电机驱动轴断开。
[0008]附图简述
[0009]图1是具有选择性断开件的驱动总成的框图。
[0010]图2A是处于接合、锁定位置的具有选择性断开件的驱动总成的截面图。
[0011]图2B是处于接合、解锁位置的图2A的具有选择性断开件的驱动总成的截面图。
[0012]图2C是处于分离、解锁位置的图2A的具有选择性断开件的驱动总成的截面图。
[0013]图2D是处于分离、锁定位置的图2A的具有选择性断开件的驱动总成的截面图。
【具体实施方式】
[0014]图1是具有选择性断开件的驱动总成的框图。具有选择性断开件的驱动总成10包括电机12、电机驱动轴13、谐波驱动器14、输出轴16、致动器18、回缩机构20和控制器22。控制器22接收反馈信号24A到24C且给出指令或命令信号26A和26B。
[0015]电机驱动轴13至少部分在电机12内且从电机12接收能量。由电机驱动轴13从电机12接收的能量使电机驱动轴13旋转。当处于接合位置时(如将在下文讨论)，电机驱动轴13的一端接合/耦接到谐波驱动器14，其接着连接/耦接到输出轴16。输出轴16连接到且驱动致动器18，其可用于各种目的，包括在飞机中用来控制可移动飞行控制表面，例如副翼或升降舱。电机驱动轴13的另一端邻接回缩机构20。控制器22连接到输出轴16、电机12和回缩机构20。控制器22从电机12、输出轴16和致动器18接收反馈信号且提供指令或命令信号给电机12和回缩机构20。
[0016]电机12可以是电动电机、液压电机、气动电机或燃料燃烧电机,或是能够从另一源接收能量并将其转化成使电机驱动轴13旋转的形式的机械功的另一电机类型。电机驱动轴13可由任何合适材料制成，例如钢或另一种合金，且形状上极通常是圆柱形。电机驱动轴13可具有实心芯体或可以是中空，这取决于设计考量以及是否存在减少重量的需要。电机驱动轴13的芯体还可以是与外壳不同的材料。电机12应被构造使得可从任一端接达电机驱动轴13以便允许一端接合/耦接到谐波驱动器14而另一端邻接回缩机构20。电机12可包含监测电机12以检测任何故障或失效的传感器。所述传感器被构造成与控制器22通信且通知控制器22电机12的任何故障或失效。电机12被构造成使电机驱动轴13旋转，从而使电机驱动轴13做功。
[0017]谐波驱动器14在电机驱动轴13的一端，谐波驱动器14是包括波生成器、柔性齿轮或柔性齿条和环形齿轮或环形齿条的齿轮减速(将在下文结合图2A到图2D讨论)。本领域中已知谐波驱动器的构造和功能，但下文将更详细地描述。谐波驱动器14耦接到电机驱动轴13和输出轴16且在电机驱动轴13与输出轴16之间传输能量。
[0018]输出轴16是通过谐波驱动器14从电机驱动轴13接收能量的驱动轴。输出轴16可以由任何合适材料制成，例如钢或另一种合金，且形状上极通常是圆柱形。输出轴16可具有实心芯体或可以是中空，这取决于设计考量以及是否存在减少重量的需要。输出轴16的芯体还可以是与外壳不同的材料。
[0019]输出轴16附接到致动器18。致动器18可以是任何电动机械致动器、铰接线致动器或被装备用来从输出轴16接收旋转能并将其转化到有用端(例如移动飞机上的飞行控制表面)的任何其它装置。此外，致动器18可被构造成将旋转运动转化成线性运动。当在飞机机翼或机尾中使用时，致动器18可以是铰接线致动器，其用来控制飞行控制系统的可移动控制表面，例如副翼或升降舱。
[0020]回缩机构20与谐波驱动器14相对地位于电机驱动轴13的另一端。图1示出附接到电机驱动轴13的回缩机构20，但回缩机构20可具有其它构造(如将关于图2A到图2D讨论)。回缩机构20被构造成在被提供来自控制器22的指令或命令信号26B时回缩电机驱动轴13。当电机驱动轴13被回缩时，电机驱动轴13与谐波驱动器14分离且去耦。一旦分离，来自电机驱动轴13的能量不再被传输到输出轴16。相反地，输出轴16可以不再传输能量给电机驱动轴13。回缩机构20还可被构造成将电机驱动轴13移动回到其原始位置以将电机驱动轴13接合/耦接到谐波驱动器14且允许在电机驱动轴13与输出轴16之间传输能量。
[0021]控制器22可电连接到具有选择性断开件的驱动总成10中的所有其它组件来整体测定系统的功能和/或具有选择性断开件的驱动总成10内的每个组件。在图1中，控制器22连接到电机12、输出轴16和致动器18来分别接收反馈信号24C、24B和24A，且连接到电机12和回缩机构20来分别提供指令或命令信号26A和26B。如果在飞机中，控制器22还可连接到飞机的其它组件以便给出和接收关于飞机功能的信息。在接收反馈信号24A到24C并确定具有选择性断开件的驱动总成10并不适当地用以控制致动器18或其它组件之后，控制器22将提供指令或命令信号26A来关闭电机12，以及提供指令或命令信号26B到回缩机构20来回缩电机驱动轴13，其使电机驱动轴13与谐波驱动器14分离/去耦且防止能量在电机驱动轴13与输出轴16之间传输。提供给控制器22的反馈信号24A到24C会造成控制器22指示电机12关闭且指示回缩机构20分离/去耦电机驱动轴13。这个结果会因任何数量的问题造成，例如输出轴16不移动或不从谐波驱动器14接收能量，或者致动器18故障，或者电机12并未基于电机12的能量汲取产生适当量的旋转能，或者电机驱动轴13失效或故障的通知。
[0022]在到控制器22中的反馈信号24A到24C或其它输入示出具有选择性断开件的驱动总成10将在再次使用时适当地工作，控制器22将提供以下指令或命令信号:提供指令或命令信号26A个电机12来开启并使电机驱动轴13旋转，且提供指令或命令信号26B给回缩机构20来将电机驱动轴13移动到其原始位置而使电机驱动轴13接合/耦接到谐波驱动器14。因此，构造具有选择性断开件的驱动总成10来使用来自电机12的能量而驱动输出轴16和致动器18。
[0023]由于具有选择性断开件的驱动总成10能够从谐波驱动器14、输出轴16和致动器18分离/去耦电机驱动轴13，所以其是有利的。与谐波驱动器14分离/去耦电机驱动轴13是有利的，因为许多机器(例如飞机中的可移动飞行控制系统)包含在电机12、电机驱动轴13和/或输出轴16故障的情况下接管致动器18职责的备份系统。当主系统发生故障时，如果备份系统不必克服因输出轴16通过谐波驱动器14耦接到电机驱动轴13和电机12所造成的输出轴16上的阻力，那么备份系统接管且可更易于用来移动控制系统以及执行致动器18的职责。因此，从谐波驱动器14和输出轴16分离电机驱动轴13防止了多余能量通过输出轴16从备份系统传输到电机驱动轴13和具有选择性断开件的驱动总成10的其它组件。如果在故障情况下且当备份系统发挥作用时，电机驱动轴13未与谐波驱动器14去耦，那么备份系统将必须克服致动器18、输出轴16、谐波驱动器14、电机驱动轴13和电机12发挥作用的阻力。因为具有选择性断开件的驱动总成10从谐波驱动器14分离/去耦电机驱动轴13，所以其允许备份系统更有效且更可靠。此外，从谐波驱动器14分离/去耦电机驱动轴13防止系统(输出轴16和致动器18)在失效或故障时被挤在适当位置。如