基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，包括伺服控制模塊、伺服電機、絲杠和旋轉變壓器，所述絲杠和所述旋轉變壓器安裝在所述伺服電機的旋轉端，所述伺服電機為永磁直流無刷電機，所述絲杠為滾柱絲杠，所述滾柱絲杠的軸內安裝有線性差動直線位移傳感器，所述線性差動直線位移傳感器的信號輸出端與所述伺服控制模塊連接。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的整體結構體積更小、重量輕、傳動效率高、控制精度高、動態(tài)響應高、具有更高的負載能力、轉速高且壽命長。
【專利說明】
基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電動舵機，尤其涉及基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機。
【背景技術】
[0002]舵機作為小型無人機的重要組件，既是執(zhí)行機構，又是無人機飛行控制回路的重要組成部分，其性能的好壞直接影響著飛行控制系統(tǒng)的性能和飛行安全。
[0003]在對舵機的調速性能、控制精度、輸出力矩、體積具有特殊要求的航空航天領域，電動舵機成為了未來小型無人機舵機發(fā)展的方向，它具有使用壽命長、體積小、質量輕、轉速高、可靠性高、出力大、余度控制方便等眾多優(yōu)點，目前正向超高速、高轉矩、大功率、微型化等方向發(fā)展。
[0004]國內現(xiàn)有的電動舵機由于沒有采用高性能的直流無刷電機作為伺服電機，使得電動舵機的輸出力矩和轉速達不到要求;并且在實際的電動舵機控制器實施方面，目前主要停留在PID手動調參方法，并且沒有考慮到實際應用對象的動態(tài)特性，即設計控制器時沒有考慮到電動舵機負載轉矩的變化。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機。
[0006]本實用新型通過以下技術方案來實現(xiàn)上述目的:
[0007]—種基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，包括伺服控制模塊、伺服電機、絲杠和旋轉變壓器，所述絲杠和所述旋轉變壓器安裝在所述伺服電機的旋轉端，所述伺服電機為永磁直流無刷電機，所述絲杠為滾柱絲杠，所述滾柱絲杠的軸內安裝有線性差動直線位移傳感器，所述線性差動直線位移傳感器的信號輸出端與所述伺服控制模塊連接。
[0008]優(yōu)選地，所述滾柱絲杠的多個滾柱呈行星狀分布于所述滾柱絲杠的主絲杠周圍。
[0009]優(yōu)選地，所述滾柱絲杠的主絲杠和螺母的螺紋牙型半角均為45°，且線數(shù)相同，所述滾柱絲杠的滾柱為單線螺紋，所述滾柱的螺旋角與所述螺母相同，所述滾柱的兩端設置有輪齒，所述輪齒與所述滾柱絲杠的內齒輪嚙合，所述滾柱的兩軸端裝入所述滾柱絲杠的導向環(huán)內。
[0010]優(yōu)選地，所述導向環(huán)通過彈簧定位，所述螺母上設置有用于添加潤滑油的油孔。[0011 ]本實用新型的有益效果在于:
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的整體結構體積更小、重量輕、傳動效率高、控制精度高、動態(tài)響應高、具有更高的負載能力、轉速高且壽命長。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型所述基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機的結構示意圖；
[0014]圖2是本實用新型所述滾柱絲杠的結構示意圖；
[0015]圖中:1_伺服電機、2-滾柱絲杠、3-旋轉變壓器、4-線性差動直線位移傳感器、A-主絲杠、B-螺母、C-滾柱、D-滾柱軸端、E-導向環(huán)、F-彈黃、G-輪齒、H-內齒輪、J-油孔。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0017]如圖1和圖2所示，本實用新型包括伺服控制模塊、伺服電機1、絲杠和旋轉變壓器3，絲杠和旋轉變壓器3安裝在伺服電機I的旋轉端，伺服電機I為永磁直流無刷電機，絲杠為滾柱絲杠2，滾柱絲杠2的軸內安裝有線性差動直線位移傳感器4，線性差動直線位移傳感器4的信號輸出端與伺服控制模塊連接。
[0018]在本實施例中，滾柱絲杠2的多個滾柱C呈行星狀分布于滾柱絲杠2的主絲杠A周圍，將伺服電機I的旋轉運動轉化為主絲杠A或螺母B的直線運動。滾柱絲杠2的主絲杠A和螺母B的螺紋牙型半角均為45°，且線數(shù)相同，滾柱絲杠2的滾柱C為單線螺紋，為保證滾柱具有較高的承載能力和剛度，其螺旋面磨出較大的接觸半徑。滾柱C的螺旋角與螺母B相同，滾柱C的兩端設置有輪齒G，以保證滾柱在螺母內滾動時無軸向移動二滾柱的兩端加工出輪齒G，輪齒G與滾柱絲杠2的內齒輪H嚙合，確保滾子正常滾動，滾柱軸端D裝入導向環(huán)E內。導向環(huán)E通過彈簧F定位，螺母B上設置有用于添加潤滑油的油孔J。
[0019]本實用新型所述基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，結合無人機的特殊應用環(huán)境，一體化電動舵機以永磁直流無刷電機作為驅動元件、以高精度滾柱絲杠作為傳動、以高性能DSP作為控制核心構成位置、速度和電流三閉環(huán)的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，與國內同類產(chǎn)品相比具有體積小、重量輕、傳動效率高(耗電量僅為國內主流的諧波傳動產(chǎn)品的40%)、控制精度高(可達0.05°)、動態(tài)響應高(最高可達35Hz)、調試簡便、運行可靠等特點，在傳動效率、控制精度和小型號跟蹤能力方面處于國內領先水平，可廣泛應用于直升機、無人機和導彈等武器裝備中的舵翼及燃油、燃氣的控制。
[0020]本實用新型將內置無刷伺服電機與滾柱絲杠2傳動機構傳感器等直線運動所需的全部部件有機的融為一體:伺服電機I轉子的旋轉運動直接通過滾柱絲杠2機構轉化為推桿的直線運動，如圖1所示。
[0021]本實用新型通過一體化的設計方法，使得產(chǎn)品中的伺服電機1、滾柱絲杠2、旋轉變壓器3、線性差動直線位移傳感器4(英文縮寫LVDT)等零部組件有機地融合在一起，顯著減小產(chǎn)品的體積、重量以及產(chǎn)品的復雜程度，大大提高了系統(tǒng)的傳動剛度和運行可靠性。
[0022]伺服電機I為電動缸提供動力源，功率密度高，因此電機體積小，沒有機械換向和磨損，電機壽命長，通過算法優(yōu)化，電機運行平穩(wěn)，有利于提高控制精度。
[0023]線性差動直線位移傳感器4，精確檢測絲杠軸直線運動的位移，與傳統(tǒng)方式相比，消除了由于機械間隙造成的誤差，從而實現(xiàn)精確的位置和速度閉環(huán)控制。
[0024]旋轉變壓器3，對伺服電機I轉子角位移和角速度以及轉速進行精確的檢測，供交流伺服電機驅動控制用。在絲杠軸內部安裝有線性差動直線位移傳感器4，精確檢測絲杠軸直線運動的位移，與傳統(tǒng)方式相比，消除了由于機械間隙造成的誤差，從而實現(xiàn)精確的位置、速度和電流三閉環(huán)控制。
[0025]滾柱絲杠2是將伺服電機I的旋轉扭矩轉換為直線推力的一種機械傳動機構，其基本原理與梯形螺紋或滾珠絲杠類似。但區(qū)別在于，滾柱絲杠2可以在最惡劣的工作環(huán)境中，承載大負載，連續(xù)工作幾千上萬小時，滾柱絲杠2機構的這一特性，使其成為要求苛刻、需要長時間連續(xù)工作等應用場合的理想選擇。
[0026]在本實用新型中，電動舵機選用滾柱絲杠2，可以輸出極高的速度和極大的推力，壽命是同尺寸滾珠絲杠產(chǎn)品的5倍，體積比滾珠絲杠更緊湊;適用于要求長壽命、驅動大負載長時間連續(xù)工作的應用，尤其是在惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，更突顯其不可替代性。
[0027]以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，包括伺服控制模塊、伺服電機、絲杠和旋轉變壓器，所述絲杠和所述旋轉變壓器安裝在所述伺服電機的旋轉端，其特征在于:所述伺服電機為永磁直流無刷電機，所述絲杠為滾柱絲杠，所述滾柱絲杠的軸內安裝有線性差動直線位移傳感器，所述線性差動直線位移傳感器的信號輸出端與所述伺服控制模塊連接。2.根據(jù)權利要求1所述的基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，其特征在于:所述滾柱絲杠的多個滾柱呈行星狀分布于所述滾柱絲杠的主絲杠周圍。3.根據(jù)權利要求2所述的基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，其特征在于:所述滾柱絲杠的主絲杠和螺母的螺紋牙型半角均為45°，且線數(shù)相同，所述滾柱絲杠的滾柱為單線螺紋，所述滾柱的螺旋角與所述螺母相同，所述滾柱的兩端設置有輪齒，所述輪齒與所述滾柱絲杠的內齒輪嚙合，所述滾柱的兩軸端裝入所述滾柱絲杠的導向環(huán)內。4.根據(jù)權利要求3所述的基于高精度滾柱絲杠的一體化電動舵機，其特征在于:所述導向環(huán)通過彈簧定位，所述螺母上設置有用于添加潤滑油的油孔。
【文檔編號】B64C13/50GK205524942SQ201620091264
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月29日
【發(fā)明人】王麗娜
【申請人】成都康拓興業(yè)科技有限責任公司