一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器的制作方法

本实用新型属于水下机电伺服系统技术领域，具体涉及一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器。

背景技术：

机电作动器因传动精度高，响应速度快和可靠性高的优点被广泛应用在伺服技术领域。与传统的电液伺服系统不同，机电伺服系统的集成化程度更高，体积重量更加紧凑，且后期维护更加方便简单，因此其取代电液伺服系统的趋势越来越明显。

目前，旋转式机电作动器多采用电机驱动行星减速器或多级定轴减速器的结构形式，传动比范围较小，无法同时满足大负载工况和狭小空间的安装要求。对于水下环境作业，现有的机电作动器多采用波纹管的补偿结构，结构复杂，体积重量较大，对水压范围有一定的限制，无法适应深水环境的需求。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题：针对现有技术的不足，本实用新型提供一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，能够满足低速大负载工况要求，并可安装在狭小空间内，输出转速较低，转矩较大，转动角度可在360度内变化，控制精度要求较高。

本实用新型采用的技术方案：

一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，包括；输出轴、谐波减速器、电机、控制驱动器组件、后端盖、水密连接器；输出轴后端的细长杆贯穿谐波减速器和电机，谐波减速器与电机连接，电机与后端盖连接，水密连接器安装于后端盖的中心孔处。

所述输出轴后端的细长杆贯穿谐波减速器中的波发生器和电机的电机转子轴，谐波减速器中的波发生器和电机的电机转子轴通过平键连接；输出轴后端的细长杆与电机转子轴之间设有支撑轴承，输出轴后端的细长杆端部安装有角位移传感器；输出轴的前端嵌入谐波减速器的端盖内，输出轴的前端与谐波减速器的谐波减速器柔轮连接；谐波减速器的端盖与壳体连接；谐波减速器的壳体与电机壳体连接；电机壳体与后端盖连接；三个霍尔传感器呈45度相位差焊接在电路板上，电路板与电机壳体贴合，用可调压板将其压紧在壳体上。

所述霍尔传感器用于检测转子磁钢位置；在初始调零时，将螺钉旋出，可调压板与电路板之间可相对转动，改变电路板的相位，从而改变霍尔传感器与磁钢的相对位置，当调零完毕，将螺钉拧紧，电路板的位置固定。

所述控制驱动器组件包括控制两块驱动板，驱动板一固定在旋变后端盖上，驱动板二固定在驱动板一上。

所述水密连接器用于向控制驱动单元传送电机的三相信号、霍尔传感器和角位移传感器信号；若用于深水环境，补偿油管的一端安装于后端盖的凸台上，用卡箍卡紧，补偿油管的另一端通过转接头与水密连接器连接。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型提供的一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，角位移传感器安装在输出轴细长杆的端部，贯穿谐波减速器和电机转子轴，实现输出轴角位移的信号反馈，可减小轴向尺寸，同时避免电缆过长引起电磁干扰和信号衰减；

(2)本实用新型提供的一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，霍尔传感器布置在直流无刷电机内部，通过检测磁钢定位转子信号，可缩短电机的轴向尺寸；

(3)本实用新型提供的一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，控制驱动器端盖与水密连接器固定连接，亦可通过补偿油管转接，实现对海水压力的自适应性，用于深水环境作业。

附图说明

图1为本实用新型提供的机电作动器外形图；

图2为本实用新型提供的机电作动器结构示意图；

图3为谐波减速器的结构安装示意图；

图4为霍尔传感器的布置示意图；

图5为霍尔传感器的安装示意图；

图6为控制驱动器组件的安装示意图；

图7为补偿油管安装示意图；

图中：1-输出轴、2-谐波减速器、3-电机、4-控制驱动器组件、 5-后端盖、6-水密连接器、7-谐波减速器柔轮、8-O形密封圈、9-支承轴承、10-角位移传感器、11-锁紧螺母、12-波发生器、13-动密封、 14-电机转子轴、15-旋变后端盖、16-O形密封圈、17-电机壳体、18- 压板、19-霍尔传感器、20-电路板、21-电路板固定螺钉、22-螺柱1、 23-螺柱2、24-卡箍、25-补偿油管、26-转接头、27-螺钉、28-O形密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型提供的一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器作进一步详细说明。

实施例1

如图1、图2、图3所示，本实用新型提供的一种应用于深水环境的低速高扭矩集成式机电作动器，包括；输出轴1、谐波减速器2、电机3、控制驱动器组件4、后端盖5、水密连接器6；

输出轴1后端的细长杆贯穿谐波减速器2和电机3，谐波减速器 2与电机3连接，电机3与后端盖5连接，水密连接器6安装于后端盖5的中心孔处，水密连接器6用于向控制驱动单元传送电机3的三相信号、霍尔传感器19和角位移传感器10信号；

输出轴1后端的细长杆贯穿谐波减速器2中的波发生器12和电机3的电机转子轴14，谐波减速器2中的波发生器12和电机3的电机转子轴14通过平键连接；输出轴1后端的细长杆与电机转子轴14 之间设有支撑轴承9，输出轴1后端的细长杆端部安装有角位移传感器10，并通过锁紧螺母11轴向定位锁紧；输出轴1的前端嵌入谐波减速器2的端盖2a内，并与谐波减速器2的端盖2a之间设有动密封 13，输出轴1的前端通过螺钉与谐波减速器2的谐波减速器柔轮7连接。谐波减速器2的端盖2a与壳体2b通过螺钉27连接，之间设有双道O形密封圈28；谐波减速器2的壳体2b与电机壳体17通过螺钉连接，之间设有O形密封圈8；电机壳体与后端盖5通过螺钉方式连接，之间设有O形密封圈16；控制驱动器组件4由控制驱动板4a 和4b驱动板组成，见图6。驱动板一4a通过螺柱22固定在旋变后端盖15上，驱动板二4b通过螺柱23固定在驱动板一4a上。

如图4和图5所示，电机的转子位置通过霍尔传感器来检测。三个霍尔传感器19呈45度相位差焊接在电路板20上，电路板与电机壳体17贴合，用可调压板18将其压紧在壳体上，通过螺钉21固定。将霍尔传感器探头伸入电机壳体内部，用于检测转子磁钢位置；在初始调零时，将螺钉21旋出，可调压板18与电路板20之间可相对转动，改变电路板20的相位，从而改变霍尔传感器与磁钢的相对位置，当调零完毕，将螺钉21拧紧，电路板20的位置固定。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，若用于深水环境，则还需增加补偿油管。

如图7所示，补偿油管25的一端安装于后端盖5的凸台上，用卡箍24卡紧，补偿油管25的另一端通过转接头26与水密连接器6 连接。

工作原理：当作动器用于浅水环境作业时，作动器内部不充油，可将水密连接器与控制驱动器端盖直接相连，通过密封圈作为静密封。水密连接器可将控制驱动器的电信号传送给上位机，上位机根据输出角位移信号作出判断，并向机电作动器的控制单元发出控制指令。驱动单元将控制指令转换为电压电流的脉冲信号输送给无刷直流电机的三相绕组，电机转子在交变磁场中发生转动，从而驱动谐波减速器输出转速。电机角位移传感器用于实时采集输出轴的转速信号。霍尔传感器用于实时检测和反馈电机转子的转速和位置信号。当用于深水环境作业时，可将控制驱动器组件布置在舱体内，水密连接器通过补偿油管转接，机电作动器内部充油，并与补偿油管内部油液贯通。当外界水压大于机电作动器内部油压时，海水挤压补偿油管发生变形，致使内部油压与外部水压平衡。随着海水深度的增加，外部水压增加，补偿油管继续变形，内部压力随之增加，机电作动器壳体处于力平衡状态。因此，机电作动器通过补偿油管可以实现任何水深环境的作业。