專利名稱：耐受故障的致動器的制作方法
耐受故障的致動器
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種致動器，具體地但非排它地說，涉及一種用于使飛機部件 運動的耐受故障的機電致動器。
致動器可用來使諸如飛機起落架之類的飛機部件運動，例如用來使前起落 架轉(zhuǎn)向。這些致動器當(dāng)然應(yīng)具有高的整體性且應(yīng)具有非常低的失效風(fēng)險。例如， 重要的是致動器應(yīng)具有至少兩種工作模式以便例如有輔助的或緊急的工作模 式，從而有利于在正常工作模式發(fā)生故障或失效的情況下使飛機部件運動。無 論飛機部件是否連接至致動器，這種輔助的或緊急的工作模式可為飛機部件提 供主動運動或者可簡單地使飛機部件可動(在起落架轉(zhuǎn)向致動器的描述中，該 輔助的或緊急的工作模式可包括允許起落架自由轉(zhuǎn)向)。
有兩種主要類型的機電致動器，即線性致動器和旋轉(zhuǎn)致動器。線性致動器 典型的特點在于聯(lián)接至減速箱的電動機，該減速箱連接至輥或滾珠螺桿。電動 機的高速/低扭矩轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成低速/高推力線性運動。旋轉(zhuǎn)致動器典型的特點也 在于聯(lián)接至減速箱的電動機，在這種情況下，電動機的高速/低扭矩轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成 低速/高扭矩轉(zhuǎn)動。根據(jù)應(yīng)用可能會需要線性運動或轉(zhuǎn)動。例如，飛機起落架的 伸縮系統(tǒng)可能需要線性致動器，而飛機的門操作或前輪轉(zhuǎn)向可能需要旋轉(zhuǎn)致動 器。
相關(guān)技術(shù)的描述
用在現(xiàn)有技術(shù)飛機上的致動器常常是液壓機械致動器的形式。人們希望在 大型商用飛機中降低對液壓系統(tǒng)的依賴性，因此目前希望在過去使用液壓機械 致動器的地方使用電致動器。機電致動器，無論是線性的或旋轉(zhuǎn)的，都包括諸 如變速箱中的齒輪之類的運動部件，這些運動部件會引起致動器的機械故障從 而阻止致動器有效和/或安全地工作。因此希望提供一種至少部分地耐受這些故 障的機電致動器?，F(xiàn)有技術(shù)中有許多與耐受故障的致動器設(shè)計有關(guān)的方案。在US
2005/0103928、 US 3,986,412、 US 4,215,592、 US 4,488,744、 US 4,858,490、 US 5,071,397、 US 5,120,285、 US 5,152,381、 US 5,518,466和US 5,779,587中披露
了這些方案的例子。然而，這些方案會有不同的缺點。
一些方案依賴?yán)琮X式離合器之類的相互嚙合齒輪或其它可釋放高扭矩 的聯(lián)接機構(gòu)的配合/脫開，它們在致動器發(fā)生故障的情況下需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(例 如參見US 2005/0103928、 US 4,488,744、 US 5,071,397和US 5,779,587)
一些方案依賴致動器部件的斷裂，這些部件設(shè)計成在致動器發(fā)生故障時失 效，以使致動器可耐受故障(例如參見US 5,518,466，該美國專利描述了一種 包括剪切凸耳的系統(tǒng)，這些剪切凸耳設(shè)計成在發(fā)生故障的情況下斷裂)。這些 系統(tǒng)是一次性失效的系統(tǒng)，假如致動器在其主要工作模式中再次工作，則總是 需要更換致動器的至少一部分。這些系統(tǒng)還依賴在扭矩超過給定閾值時立即失 效的凸耳。選擇單個閾值可能意味著剪切凸耳在沒有故障時失效和/或剪切凸 耳在發(fā)生部分或完全故障時失效得不夠快。
一些方案只是體積太大或重量太重而無法用在一些應(yīng)用中(例如參見US 4,215,592)。
一些方案將致動器所能提供的輸出運動局限到有限角度范圍內(nèi)的運動(通 常小于一整轉(zhuǎn)的輸出運動)，這是例如因為線纜干擾更大量轉(zhuǎn)動(例如參見US 5,152,381、 US4,858,4卯和US 3,986,412)。例如， 一些方案在致動器的至少一 種工作模式中看來可能需要一個或多個原動機的轉(zhuǎn)動。
一些方案依賴在主要工作模式失效的情況下提供電力，和/或需要提供一 個以上原動機。由于對可用電源的依賴性和/或?qū)Χ鄠€原動機的需要及因此對額 外重量的需要，這些需要在一些應(yīng)用中可能是不利的。
一些方案受到致動器內(nèi)傳動裝置的傳動比和因此致動器所提供的扭矩的 限制。例如，US 5,120,285的致動器看來這樣受到限制。US 5,120,285的致動 器看來還易受以下事件影響引起主要工作模式和輔助工作模式無法工作。
本發(fā)明尋求提供一種致動器，其可減輕上述缺點中的一個或多個缺點。當(dāng) 然應(yīng)該意識到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)提供一種可減輕上述缺點中的僅僅一個缺點 的致動器。替代地或附加地，本發(fā)明尋求提供一種改進(jìn)的致動器，例如與在至少一些上述現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中提出的致動器相比，該改進(jìn)的致動器在致動器的可 能應(yīng)用方面具有更大的靈活性。替換地或附加地，本發(fā)明尋求提供一種用在飛 機上的耐受故障的致動器，其不必依賴于飛機的中央液壓系統(tǒng)，該致動器例如 是機電旋轉(zhuǎn)致動器的形式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種致動器，其中，該致動器包括 夕卜殼，
用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的原動機，
第一變速箱，該第一變速箱設(shè)置成在使用中將來自原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成高 扭矩低速的轉(zhuǎn)動，該第一變速箱包括安裝成相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動的箱體，
第二變速箱，該第二變速箱設(shè)置成將第一變速箱的箱體的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成低扭 矩高速的轉(zhuǎn)動，以及
制動器，該制動器設(shè)置成作用在來自第二變速箱的低扭矩高速的轉(zhuǎn)動上， 由此在使用中
(i) 當(dāng)?shù)谝蛔兯傧湮窗l(fā)生故障時，可應(yīng)用制動器以抵抗第一變速箱的箱 體和致動器的外殼之間的相對轉(zhuǎn)動，以及
(ii) 當(dāng)?shù)谝蛔兯傧浒l(fā)生故障時，可釋放制動器，由此使第一變速箱的箱 體能相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動。
致動器因此是耐受故障的，在第一變速箱例如假如發(fā)生故障而失效的情況 下，致動器的輸出端不會故障，因為第一變速箱的外殼能夠轉(zhuǎn)動。致動器還可 相對輕質(zhì)和緊湊，因為既無需大型制動器又無需大型電動機來操作致動器，這 是由于提供了第一變速箱和第二變速箱。第一變速箱和第二變速箱可構(gòu)造成 兩個變速箱同時發(fā)生故障的幾率是可忽略的。原動機還可設(shè)計成可忽略原動 機失效以在原動機中引起故障的風(fēng)險。致動器因此可構(gòu)造成耐受故障，可忽略 在其輸出端處引起工作過程中的永久故障的風(fēng)險。
原動機相對于外殼可以是固定的。原動機可呈電動機的形式。 原動機和第一變速箱可以是用于引起致動器工作的主要裝置。第二變速箱 可形成備用裝置的至少一部分，該備用裝置用在原動機或第一變速箱失效的情況下。第一變速箱和第二變速箱因此可具有不同的機械性質(zhì)。第二變速箱例如 可具有低于第一變速箱的傳動比。通過這種方式，第二變速箱可反向驅(qū)動，而 第一變速箱無需反向驅(qū)動。第二變速箱例如可具有小于第一變速箱的質(zhì)量。
第一變速箱的傳動比較佳地是10:1或更大。例如，傳動比可以大于20:1， 或甚至大于30:1。在本發(fā)明的一實施例中，致動器構(gòu)造成第一變速箱具有至 少50:1的傳動比，且能產(chǎn)生至少8,500Nm的扭矩。類似地，第二變速箱的傳 動比較佳地是10:1或更大。例如，傳動比可以大于20:1，或甚至大于30:1。如 上所述，第二變速箱例如可具有低于第一變速箱的傳動比?？苫诓煌囊?來選擇第一變速箱和第二變速箱的傳動比。對于第一變速箱，可以考慮電動機 /變速箱組合的尺寸和重量來選擇傳動比。對于第二變速箱，可以首先考慮對有 反向驅(qū)動能力的低傳動比的需要，其次考慮對降低制動器扭矩要求的充分高的 傳動比的需要，來選擇傳動比。
第一變速箱和/或第二變速箱當(dāng)然可呈任何合適的變速箱類型的形式。該 變速箱或各變速箱例如可呈以下形式或包括蝸桿傳動、諧波傳動、行星齒輪、 周轉(zhuǎn)齒輪、準(zhǔn)雙曲面齒輪、螺旋或任何其它合適的變速箱類型或結(jié)構(gòu)。致動器 還可構(gòu)造成第一變速箱的輸出端必須在使用中能在至少+/- 180度的范圍內(nèi)產(chǎn) 生輸出轉(zhuǎn)動(即至少一個全周轉(zhuǎn)動)。較佳的是，致動器能在第一變速箱的輸 出端處提供多個全周轉(zhuǎn)動。
致動器較佳地可重構(gòu)。因此，假如無需多余部件就可補救第一變速箱的故 障，則可無需更換任何致動器組件來修理致動器。例如，致動器較佳地沒有這
樣的部件這些部件需要在故障狀態(tài)中斷裂以允許致動器運行。在第一變速箱
發(fā)生故障之后，單單借助于補救故障的起因，致動器就因此可被再次使用。這 種功能可與現(xiàn)有技術(shù)的一些致動器形成對比，現(xiàn)有技術(shù)的這些致動器需要更換 設(shè)計成在發(fā)生故障的情況下失效的其它部件。
致動器較佳地可反向驅(qū)動，更佳地在第一變速箱發(fā)生故障的情況下可反向 驅(qū)動。例如，第二變速箱和原動機較佳地都可反向驅(qū)動。第二變速箱和原動機 可設(shè)置成在使用中在第一變速箱發(fā)生故障的情況下可反向驅(qū)動。例如，第一變 速箱的輸出端可由其它裝置轉(zhuǎn)動，需要第二變速箱和原動機的自由運動，從而 當(dāng)通過這些其它裝置來轉(zhuǎn)動其輸出端時不在致動器上造成任何潛在的破壞負(fù)
8荷。第一變速箱不一定需要在第一變速箱發(fā)生故障的情況下能反向驅(qū)動。還有， 第一變速箱可設(shè)置成不可反向驅(qū)動，尤其是當(dāng)?shù)谝蛔兯傧湮窗l(fā)生故障時。
制動器可呈電動制動器的形式。制動器較佳地是"通電的"制動器，從而 在斷電的情況下，制動器自動釋放。
可提供阻尼機構(gòu)。至少當(dāng)?shù)谝蛔兯傧浒l(fā)生故障時，較佳地借助于這種阻尼 機構(gòu)來阻尼致動器的運動。例如，阻尼機構(gòu)可設(shè)置成當(dāng)?shù)谝蛔兯傧浒l(fā)生故障 且制動器釋放時，允許第一變速箱的箱體相對于致動器的外殼以阻尼運動進(jìn)行 轉(zhuǎn)動。阻尼機構(gòu)可采用液壓阻尼裝置。阻尼機構(gòu)可采用慣性阻尼裝置。阻尼機 構(gòu)可采用被動式阻尼裝置。例如，可提供電磁阻尼。制動器例如可包含阻尼機 構(gòu)。例如，可包括制動器而作為較大制動裝置的一部分，該制動裝置還包括阻 尼機構(gòu)。阻尼機構(gòu)可采用主動式阻尼裝置。阻尼機構(gòu)可包括電動機。這種電動 機可通過使用控制器來提供主動式阻尼，和/或通過使用控制器來提供被動式阻 尼或通過縮短電動機繞組來提供被動式阻尼。
致動器可在第一變速箱發(fā)生故障的情況下以被動方式工作。致動器的在第 一變速箱發(fā)生故障的情況下不提供驅(qū)動運動的特征可使致動器能夠相對輕質(zhì)。 與這種潛在的輕質(zhì)解決方案形成對比，假如需要備用或輔助工作模式中的驅(qū)動 運動，則可能需要將額外的重量添加至致動器。例如必須提供第二原動機?；?者，可能必須提供另外的機械機構(gòu)以使第一變速箱和原動機分離并使原動機與 致動器的輸出端重新聯(lián)接(例如通過第二變速箱)。提供能在其備用/輔助工作 模式中提供驅(qū)動運動的致動器是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，就像從下面顯而易見的那 樣。然而，較佳的是，本發(fā)明的實施例沒有或無需用來在負(fù)荷下使各部件分離 的分離機構(gòu)。
替換地或附加地，致動器可以能在第一變速箱發(fā)生故障的情況下以主動方 式工作，例如繼續(xù)驅(qū)動致動器的輸出端。可借助于驅(qū)動以上第一個提到的原動 機(下文中稱為"第一原動機")來提供驅(qū)動?；蛘?，可提供第二原動機。提 供這種第二原動機可具有在致動器中提供更好冗余度的益處，還可降低對于發(fā)
生故障時使第一原動機與第一變速箱分離的復(fù)雜機構(gòu)的需要。致動器可包括用 于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第二原動機。第二原動機可與第二變速箱相關(guān)聯(lián)。例如，第二變 速箱可設(shè)置成在使用中將來自第二原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成高扭矩低速的轉(zhuǎn)動。
9第二原動機可設(shè)置成在第一變速箱發(fā)生故障的情況下(當(dāng)然此時制動器 可釋放，由此使第一變速箱的箱體能相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動)，來自第二原 動機的轉(zhuǎn)動能由第二變速箱轉(zhuǎn)化成第一變速箱的箱體的轉(zhuǎn)動(該轉(zhuǎn)動具有比第 二原動機的輸出端更高的扭矩和更低的速度)，在第一變速箱未發(fā)生故障時產(chǎn) 生轉(zhuǎn)動的相同輸出端處提供因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動。當(dāng)然，第二原動機可設(shè)置成當(dāng) 第一變速箱未發(fā)生故障時，還允許來自第一原動機的轉(zhuǎn)動由第一變速箱轉(zhuǎn)化成 高扭矩低速的轉(zhuǎn)動，同時制動器抵抗第一變速箱的箱體和致動器的外殼之間的 相對轉(zhuǎn)動。
第二原動機可以是電動機。第一原動機可比第二原動機更大、更重和/或 功率更大。因此，第二變速箱和第二原動機可被認(rèn)為是第一原動機或第一變速 箱失效情況下的備用裝置。
致動器可包括故障機構(gòu)，該故障機構(gòu)能在使用中使第一變速箱發(fā)生故障。 在第一變速箱發(fā)生部分故障的情況下，其中第一變速箱仍然運行但效率顯著降 低，可使用故障機構(gòu)來使第一變速箱完全故障，從而致動器可就像第一變速箱 完全故障那樣運行。致動器當(dāng)然可設(shè)置成在兩種不同狀態(tài)下最佳運行，即第一 變速箱自由和第一變速箱完全故障。因此可希望減小第一變速箱處于任何其它 狀態(tài)下、例如部分故障的可能性。故障機構(gòu)可設(shè)置成它在使用時幫助或引起 第一變速箱的箱體以與輸入運動相同的速度轉(zhuǎn)動。故障機構(gòu)例如可以能基本上 防止變速箱箱體相對于變速箱的其余部分轉(zhuǎn)動。故障機構(gòu)例如可包括離合裝 置、制動裝置或其它裝置，這些裝置能使致動器的各部件以以下方式配合和脫 開(a)有利于第一變速箱的自由驅(qū)動(當(dāng)沒有發(fā)生故障時)以及(b)基本 上鎖定變速箱從而輸入軸的轉(zhuǎn)動引起第一變速箱的箱體和輸出端的對應(yīng)轉(zhuǎn)動。
致動器可包括控制單元，例如呈故障檢測裝置的形式或包括故障檢測裝 置，該故障檢測裝置設(shè)置成檢測第一變速箱發(fā)生故障。故障檢測裝置例如可設(shè) 置成監(jiān)測致動器的效率。例如，故障檢測裝置可監(jiān)測致動器的輸出?？蓪⒁驯?測量的致動器輸出與預(yù)期輸出作比較，假如有顯著差異，則可假定致動器的效 率已被故障影響。
致動器較佳地構(gòu)造成適于引起飛機部件運動。飛機部件例如可以是起落 架。在這種情況下，致動器可呈轉(zhuǎn)向致動器的形式。飛機部件或者可以是飛行控制表面，諸如縫翼或襟翼。飛機部件或者可以是門，例如起落架艙門。致動 器的輸出端可借助于另一傳動機構(gòu)連接至待運動的部件。該另一傳動機構(gòu)可將 致動器的輸出轉(zhuǎn)化成更高扭矩更低速的運動。該另一傳動機構(gòu)的傳動比例如可
大于4:1。因此，為了引起部件在100度或更大范圍內(nèi)運動，可能需要致動器 輸出端的運動顯著大于一個全周旋轉(zhuǎn)。在一些應(yīng)用中，致動器可能需要能輸出 兩個或更多個全周旋轉(zhuǎn)。
致動器例如可形成飛機的一部分。在這種情況下，致動器的外殼可固定以 抵抗相對于飛機相鄰結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明還提供一種起落架組件，包括用于支承飛機的至少一個輪子的起落 架支腳、例如前起落架支腳，以及設(shè)置成例如通過使支腳繞其軸線轉(zhuǎn)動而使輪 子轉(zhuǎn)向的致動器，該致動器是根據(jù)在此描述的本發(fā)明任一方面的致動器。本發(fā) 明還提供一種飛機，該飛機包括這種起落架組件。本發(fā)明還提供一種飛機，該 飛機包括飛機部件以及設(shè)置成使該飛機部件運動的致動器，該致動器是根據(jù)在 此描述的本發(fā)明任一方面的致動器。該飛機干重可超過50噸，且更佳地超過 200噸。該飛機的尺寸可以等于設(shè)計成承載超過75個乘客、且更佳地超過200 個乘客的飛機。當(dāng)然應(yīng)該意識到，可將涉及本發(fā)明致動器的、本發(fā)明諸方面的 特征包含到本發(fā)明的起落架組件和飛機中。
當(dāng)然應(yīng)該意識到，本發(fā)明的致動器的部件部分可在一個或多個國家分開制 造，然后在不同的國家組裝起來。為此，提供一種根據(jù)在此描述的本發(fā)明任一 方面的致動器在本發(fā)明的范圍內(nèi)，但無需提供致動器的原動機。這種原動機當(dāng) 然可以在致動器制造之后安裝在該致動器之中或之上。例如，致動器只需在致 動器已安裝在位以便使用時才進(jìn)行完全組裝。因此，還提供一種用于制造根據(jù) 在此描述的本發(fā)明任一方面的致動器的套件。該套件可至少包括外殼、第一變 速箱、第二變速箱以及制動器。該套件還可包括一個或多個原動機。當(dāng)然應(yīng)該 意識到，可將涉及本發(fā)明致動器的、本發(fā)明諸方面的特征包含在本發(fā)明涉及套 件的該方面中。
還提供一種使部件運動的方法，其中，該方法包括以下步驟 為第一變速箱提供具有第一扭矩的輸入轉(zhuǎn)動，
施加反扭矩以基本上防止第一變速箱的整體的轉(zhuǎn)動，該反扭矩通過第二變
11速箱來施加，
第一變速箱輸出具有第二扭矩的轉(zhuǎn)動，該第二扭矩大于第一扭矩，從而引 起部件運動，以及
然后，在第一變速箱發(fā)生故障之后， 釋放通過第二變速箱施加的反扭矩。
第一變速箱的整體因此能夠轉(zhuǎn)動，由此防止第一變速箱的故障妨礙部件運動。
可借助于施加在第二變速箱的輸入端的制動器來施加反扭矩，由于第二變 速箱的傳動比，第二變速箱的輸出端提供具有較高扭矩的反扭矩。
第一變速箱發(fā)生的故障可呈部分故障的形式。在這種情況下，該方法可包 括有效地使第一變速箱發(fā)生完全故障的步驟(例如，假如認(rèn)為必要時)。例如， 第一變速箱的輸出運動可形成為與第一變速箱的輸入運動相匹配，反之亦然。 第一變速箱的傳動比因此可有效地轉(zhuǎn)化成一比一的傳動比。這可借助于在故障 狀態(tài)下例如通過制動器或離合器之類聯(lián)接變速箱的輸入端和輸出端來實現(xiàn)。
該方法可包括在第一變速箱發(fā)生故障之后實施的以下步驟借助于除了通 過第一變速箱或第二變速箱之外的方式使部件運動。部件的運動可引起第二變 速箱的運動。部件的運動較佳地被阻尼。
該方法可包括在第一變速箱發(fā)生故障之后實施的以下步驟借助于向第二 變速箱提供輸入轉(zhuǎn)動使部件運動。
可實施該方法以使在第一變速箱發(fā)生故障之后部件能運動，而無需不可逆 轉(zhuǎn)地斷裂或改變在實施該方法過程中使用的任何其它部件。
該方法可包括以下步驟監(jiān)測致動器或其一部分(例如第一變速箱)發(fā)生 故障。該方法可包括以下步驟檢測到第一變速箱發(fā)生故障，然后因此引起釋 放通過第二變速箱施加的反扭矩。
當(dāng)然應(yīng)該意識到，本發(fā)明的所述各個方面的特征可包含在本發(fā)明的其它方 面中。例如，本發(fā)明涉及致動器的方面可包含在本發(fā)明涉及使部件運動的方法 的方面中，反之亦然。因此例如，該方法可包括使用根據(jù)本發(fā)明任一方面的致 動器。本發(fā)明的致動器可具有將使其適于實施根據(jù)本發(fā)明的任一方面的方法的 特征。該方法可在形成飛機一部分的部件上實施。該方法例如可在飛機上實施。


現(xiàn)在將參見附圖僅僅以示例方式來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中 圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的致動器的剖視圖，
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的致動器與健康監(jiān)測系統(tǒng)在一起的示意圖，以及 圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的致動器的剖視圖。
具體實施例方式
圖1示出了本發(fā)明的第一實施例，其涉及用作大型商用客機上的前起落架 的轉(zhuǎn)向致動器的、可重構(gòu)的耐受故障的機電旋轉(zhuǎn)致動器2。致動器2包括外殼
4，該外殼4固定至相鄰的飛機結(jié)構(gòu)(未示出)。致動器具有兩種不同的工作模
式。第一工作模式是主要的和正常的工作模式。第二工作模式是輔助的和備用 的或緊急的(諸如自由轉(zhuǎn)向)工作模式。
致動器2容納旋轉(zhuǎn)電動機6，該旋轉(zhuǎn)電動機6具有將電動機與第一變速箱 10聯(lián)接起來的電動機軸8。電動機是雙向無刷直流電動機，必要時具有耐受故 障的繞組，能夠產(chǎn)生約27Nm的最大扭矩。第一變速箱10將來自電動機6的 低扭矩高速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成在主要輸出軸12處輸出的高扭矩低速運動。變速箱的 傳動比約為500:1，效率約為75%，且結(jié)果不可反向驅(qū)動。能在輸出軸12處產(chǎn) 生的最大輸出扭矩因此約為10，000Nm。輸出軸通過另外的傳動裝置(傳動比 約為4:1，因此提供總的傳動比為2000:1)連接至前起落架支腳，致動器因此 能使前起落架在一角度范圍內(nèi)(從-95度到+95度)轉(zhuǎn)向。致動器的輸出軸在與 前起落架斷開時能自由轉(zhuǎn)動，因此能實施多周旋轉(zhuǎn)而無需反轉(zhuǎn)。
第一變速箱10的箱體14安裝成可相對于致動器2的外殼4轉(zhuǎn)動。在第一 工作模式中，可防止變速箱箱體14轉(zhuǎn)動。這是借助于通過第二變速箱16將變 速箱箱體14連接至輔助軸18來實現(xiàn)的。在第一工作模式中，借助于制動器20 來制動第二變速箱16。第二變速箱16的輸出端有效地與第一變速箱10的箱體 14形成一體。第二變速箱16具有約為50:1的低傳動比，可反向驅(qū)動，且將其 輸入端處(即在輔助軸18處)的低扭矩高速運動轉(zhuǎn)化成其輸出端處(即在第 一變速箱10的箱體14處)的高扭矩低速運動。因此，借助于相對輕質(zhì)的制動加高扭矩的制動力，從而防止第一變速 箱10的箱體14轉(zhuǎn)動。為了抵抗由第一變速箱10產(chǎn)生的10，000Nm的扭矩，制 動器20只需提供約為200Nm (在靜止?fàn)顟B(tài)下，變速箱的效率不是考慮因素) 或以上的保持力。制動器20是電致動的制動器，該制動器在供電時啟動而在 不供電時停用。制動器20還與呈阻尼器21形式的被動式電磁阻尼機構(gòu)相關(guān)聯(lián)， 該阻尼機構(gòu)在第一工作模式中沒有作用。
圖2僅示意示出的、包括健康監(jiān)測系統(tǒng)的控制單元26與致動器2相關(guān)聯(lián)。 控制單元26借助于旋轉(zhuǎn)計數(shù)器(未示出)來接收輸出軸12的速度指示12a。 控制單元26輸出控制信號26a、 26b，以控制致動器2的電動機6和制動器20 的工作。
在第一工作(即正常工作)模式中，第一變速箱10的傳動機構(gòu)獨立于其 箱體14而轉(zhuǎn)動(該箱體14也發(fā)生成為第二變速箱16的輸出端)。電動機6由 控制單元26 (借助于信號26a)給予指令以驅(qū)動第一變速箱10。借助于一旦接 到來自控制單元26 (借助于信號26a)的指令就啟動的制動器，基本上防止變 速箱10的箱體14相對于外殼4轉(zhuǎn)動。因此，將電動機6的高速/低扭矩轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn) 化成主要輸出軸12處的低速高扭矩轉(zhuǎn)動。
致動器(在軸12處)的輸出速度由控制單元26(借助于接收到的信號12a) 來測量，且進(jìn)行連續(xù)的監(jiān)測以與預(yù)期的輸出速度作比較。在第一變速箱10中 發(fā)生故障的情況下，控制單元26接收到低于輸出軸12的預(yù)期速度指示(與考 慮到從控制單元26發(fā)送到致動器2的控制信號26a,b所預(yù)期的指示相比)。響 應(yīng)于接收到低于軸的預(yù)期速度的指示，控制單元26就假定在第一變速箱10中 已經(jīng)發(fā)生故障，且改變控制信號26b以引起要實施的工作的切換(由框28來 標(biāo)示)。在第一實施例中，工作的切換呈以下形式中止發(fā)送信號26a，因此引 起釋放制動器20。這就使致動器2的箱體14能相對于致動器的外殼4轉(zhuǎn)動， 且與第二變速箱16的輸出端以相同速度且相互依賴地轉(zhuǎn)動。還停止控制信號 26a，電動機6因此接收不到電力。
在發(fā)生故障的情況下，致動器的工作因此從(i)第一工作模式切換到(ii)第二 工作模式，在第一工作模式中，呈電動機6和第一變速箱IO形式的主要裝置 (在圖2中由框32來標(biāo)示)驅(qū)動輸出軸12，在第二工作模式中，與第一變速
14箱的箱體14相關(guān)聯(lián)的輔助裝置(在圖2中由框30來標(biāo)示)以不同的方式(通 過釋放制動器20)作用在箱體上以使輸出軸12能轉(zhuǎn)動。如上所述，第二變速 箱和電動機都可反向驅(qū)動。因此，當(dāng)?shù)谝蛔兯傧?0可能發(fā)生故障且還聯(lián)接至 輸出軸12時，輸出軸仍然可相對于致動器2的外殼4轉(zhuǎn)動，由此使輸出軸12 能自由轉(zhuǎn)動。通過控制單元在檢測到致動器中發(fā)生故障時引起立即釋放制動器 20，來有利于輸出軸12的這種自由運動。
通過與制動器20相關(guān)聯(lián)的被動式電磁阻尼裝置21來阻尼輸出軸12的運 動。用來阻尼輸出軸運動的能力在致動器在第二 (備用/緊急)工作模式中工作 的情況下很重要，因為否則前起落架會晃動(導(dǎo)致前起落架的無意擺動)。在 致動器的第二工作模式中，前起落架可被認(rèn)為處于"自由轉(zhuǎn)向"的狀態(tài)中。飛 機在該狀態(tài)中的轉(zhuǎn)向可借助于主起落架輪子的差動制動來實現(xiàn)。
在第一變速箱中發(fā)生故障的情況下，控制單元26自動地引起致動器采用 其第二工作模式。假如故障能被修理，則控制單元26可用來引起致動器切換 回到第一工作模式。
本發(fā)明的第一實施例是一種提供耐受故障的致動器的輕質(zhì)解決方案，其 中，在第一變速箱中發(fā)生故障的情況下，致動器使前起落架能自由轉(zhuǎn)向。在一 些應(yīng)用中，會希望提供一種能以主要工作模式和備用工作模式提供驅(qū)動的致動 器。這種雙重冗余致動器由圖3所示的本發(fā)明第二實施例來提供。
圖3示出了可重構(gòu)的耐受故障的機電旋轉(zhuǎn)致動器2，該致動器2包括兩個 電動機6、 22，每個電動機能獨立地提供驅(qū)動力，該驅(qū)動力產(chǎn)生在致動器的輸 出軸12處的輸出轉(zhuǎn)動。用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)示第二實施例中與第一實施例 的致動器等同部件相同的致動器部件?，F(xiàn)在將描述第二實施例的致動器與第一
實施例的致動器之間的主要差別。
以類似于第一實施例的方式，圖3的致動器2包括與第一變速箱10相關(guān) 聯(lián)的第一電動機6。設(shè)置離合器24以使第一電動機6和第一變速箱的箱體14 能聯(lián)接和分離。在第一工作模式中，釋放離合器24，由此使第一電動機6的輸 出端和第一變速箱IO的箱體14分離。還有，借助于通過第二變速箱16作用 在箱體14上的制動器20，箱體14相對于致動器外殼4保持基本靜止。制動器 20在該實施例中并不包括任何附加的阻尼裝置(在任何情況下，第二電動機22可在假如需要時提供主動式阻尼)。
圖3的致動器2包括與第二變速箱16相關(guān)聯(lián)的第二電動機22。在該實施 例中，第二變速箱具有高的傳動比(等于第一變速箱的)，且不可反向驅(qū)動。 在第二工作模式中，應(yīng)用離合器24，由此使第一電動機6的輸出端和第一變速 箱10的箱體14聯(lián)接。因此，第一變速箱10的輸入端8和輸出端12直接聯(lián)接 且相互依賴，有效地引起變速箱IO就像完全故障時運轉(zhuǎn)。還有，釋放制動器 20，使箱體14能相對于致動器外殼4轉(zhuǎn)動。第二電動機22驅(qū)動輔助軸18，該 輔助軸18將低扭矩高速轉(zhuǎn)動提供至第二變速箱16的輸入端，從而導(dǎo)致將高扭 矩低速運動輸出至第一變速箱10的箱體14。由于離合器24有效地應(yīng)用以使第 一變速箱發(fā)生完全故障，所以輸出軸12與箱體14一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)輸出軸由第二 電動機通過第二變速箱驅(qū)動時在輸出軸處提供的轉(zhuǎn)動扭矩與當(dāng)輸出軸由第一 電動機通過第一變速箱驅(qū)動時在輸出軸處提供的轉(zhuǎn)動扭矩相同(或相似)。致 動器由此無論處于第一工作模式還是第二工作模式都在輸出軸處提供驅(qū)動運 動。第二工作模式即備用工作模式可被認(rèn)為是一種替代的或緊急的工作模式， 但不劣于第一工作模式，因為作為一方面的第一電動機和第一變速箱和作為另 一方面的第二電動機和第二變速箱具有等同的功能、質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。然而，因為 市場上有多種類型的變速箱，所以兩個變速箱可以是不同類型的以避免共同的 模式失效，但是兩個變速箱具有相似/等同的功能。
提供能有效地使第一變速箱10故障的離合器24，在第一變速箱發(fā)生部分 故障的情況下會是尤其有用的。離合器24能引起軸12和箱體14相互依賴。 在發(fā)生部分內(nèi)部故障的情況下，允許軸12和箱體14之間的自由相對運動可引 起動力損失和轉(zhuǎn)移，因為第一變速箱的內(nèi)部齒輪繼續(xù)第一電動機以比輸出軸12 的轉(zhuǎn)動速度更高的速度運動和反向驅(qū)動。在發(fā)生部分故障的情況下，致動器在 第二工作模式中的動力輸出和效率將顯著減小。還有，假如第一變速箱中發(fā)生 的故障導(dǎo)致變速箱的間歇性故障，從而可能導(dǎo)致致動器的震動輸出運動，則較 佳的是能夠使第一變速箱完全故障并切換至第二工作模式。離合器可被認(rèn)為形 成故障機構(gòu)。
以類似于第一實施例的方式，第二實施例的致動器2在使用中與控制單元 相關(guān)聯(lián)，該控制單元能檢測發(fā)生故障并因此實施備用工作模式。圖2的示意圖可被認(rèn)為同樣適用于第二實施例。因此，在第一工作模式中，控制單元26輸
出控制信號26a，從而引起驅(qū)動致動器2的第一電動機6。還有，控制單元26 輸出控制信號26b，從而引起(由框28標(biāo)示)應(yīng)用制動器20并釋放離合器24。 第一工作模式在圖2中由作用在產(chǎn)生輸出端12的變速箱10上的框32來標(biāo)示， 而第二工作模式(其由框30來標(biāo)示，該框30能作用在變速箱10的箱體上) 被來自控制單元的指令所抑制(由框28來標(biāo)示)。在第一變速箱IO中發(fā)生故 障的情況下，控制單元26接收到(箭頭12a)低于輸出軸12的預(yù)期速度指示。 響應(yīng)于接收到這個指示，控制單元26發(fā)送控制信號26a，從而引起停用第一電 動機并啟動第二電動機。還有，控制單元26發(fā)送控制信號26b，從而引起(由 框28標(biāo)示)釋放制動器20并應(yīng)用離合器24。制動器因此采用在圖2中由作用 在變速箱10的箱體14上的框30來標(biāo)示的第二工作模式，而抑制第一工作模 式。
本發(fā)明的上述實施例的共同之處在于，它們各提供一種致動器，該致動器 包括(a)外殼，(b)用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第一原動機，(c)第一變速箱，該第一 變速箱設(shè)置成在使用中將來自第一原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成高扭矩低速的轉(zhuǎn)動，該 第一變速箱包括安裝成可相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動的箱體，以及(d)第二變 速箱，該第二變速箱設(shè)置成將第一變速箱的箱體的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成低扭矩高速的轉(zhuǎn) 動。致動器具有至少兩種的工作模式。在第一變速箱未發(fā)生故障的第一工作模 式中，基本上防止第一變速箱的箱體和致動器的外殼之間的相對轉(zhuǎn)動?？山柚?于驅(qū)動第一變速箱的第一原動機來提供輸出運動。設(shè)置第二變速箱有利于防止 第一變速箱的箱體轉(zhuǎn)動。在第二變速箱未發(fā)生故障的第二模式中，第一變速箱 的箱體相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動。即使第一變速箱可能發(fā)生故障，致動器相同 輸出端處也能夠運動，因為使第一變速箱的箱體能轉(zhuǎn)動。在一些實施例中，第 二變速箱可以該模式被驅(qū)動以在輸出端處提供驅(qū)動運動，而在其它實施例中， 致動器可僅僅用來不主動防止輸出端處的轉(zhuǎn)動。
盡管本發(fā)明參照特定實施例進(jìn)行了描述和說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明還可具有本文未具體說明的多種不同的變型。
作為上述第二實施例的一變型，第一變速箱和第二變速箱可具有不同的傳 動比，從而第二變速箱可反向驅(qū)動。這會導(dǎo)致在第二工作模式中減小輸出扭矩。
17因此，在動力完全失效的情況下，制動器將釋放第一變速箱的外殼，離合器將 輸出軸和第一變速箱的外殼聯(lián)接起來(離合器構(gòu)造成在電力喪失的情況下應(yīng) 用)。然后輸出軸可轉(zhuǎn)動，并將反向驅(qū)動第二變速箱和第二電動機。假如致動 器用來驅(qū)動前起落架的轉(zhuǎn)向，則可允許飛機自由轉(zhuǎn)向?？山柚谔砑訖C電阻尼 機構(gòu)來提供對該運動的阻尼。
致動器可用來使飛機上除了前起落架之外的部件運動。
控制單元可包括專用的健康監(jiān)測系統(tǒng)來檢測和防止可能導(dǎo)致故障的任何 性能劣化。通過在致動器劣化到會有很大故障風(fēng)險的狀態(tài)之前監(jiān)測致動器健康 并修復(fù)任何微小缺陷，可以保留第二、備用工作模式嚴(yán)格地只用于緊急情況， 而在其使用年限中非常低的循環(huán)次數(shù)中需要可靠性。這種健康監(jiān)測系統(tǒng)可以包 括位置、力和電流傳感器，來監(jiān)測由致動器產(chǎn)生的力，并檢測磨損和劣化。
借助于速度傳感器檢測故障可用扭矩傳感或電流傳感以及位置傳感來替 代或補充。
根據(jù)未單獨說明的另一實施例，提供一種具有第一驅(qū)動系統(tǒng)的致動器，該 第一驅(qū)動系統(tǒng)包括通過第一變速箱聯(lián)接至致動器輸出端的第一原動機。還有第 二驅(qū)動系統(tǒng)，該第二驅(qū)動系統(tǒng)包括通過第二變速箱聯(lián)接至該輸出端的第二原動 機。當(dāng)所有部件正確運行時，來自兩原動機的運動在輸出端組合在一起，因此 提供速度加和能力。當(dāng)?shù)谝或?qū)動系統(tǒng)或第二驅(qū)動系統(tǒng)失效(例如變速箱發(fā)生故 障)時，借助于繼續(xù)工作而基本上不受影響的另一驅(qū)動系統(tǒng)來將輸出端處的運 動保持在減小的程度。根據(jù)該實施例，無需用來保持第二變速箱的制動器，但 是可因其它目的設(shè)置其它制動器。因此，根據(jù)該方面，本發(fā)明還提供一種致動
器，該致動器包括外殼；用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第一原動機；第一變速箱，該第一
變速箱設(shè)置成在使用中將來自第一原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成在其輸出端處高扭矩
低速的轉(zhuǎn)動，該第一變速箱包括安裝成可相對于致動器的外殼轉(zhuǎn)動的箱體；用 于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第二原動機；以及第二變速箱，該第二變速箱設(shè)置成在使用中將 來自第二原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成高扭矩低速的轉(zhuǎn)動，該第二變速箱作用在第一變 速箱的外殼上，由此在使用中(i)當(dāng)?shù)谝蛔兯傧浜偷诙兯傧湮窗l(fā)生故障時， 第一原動機和第二原動機都可同時分別通過第一變速箱和第二變速箱在第一 變速箱的輸出端處提供轉(zhuǎn)動，以及(ii)當(dāng)?shù)谝蛔兯傧浜偷诙兯傧渲话l(fā)生故障時，通過第一原動機和第二原動機中的一個原動機，第一變速箱的輸出端 仍可轉(zhuǎn)動。
在上述的描述中，所提到的整體或元件可具有己知的、顯然的或可預(yù)測的 等同物，而這些等同物可被包含于此就好像單獨闡述了一樣。應(yīng)當(dāng)參照權(quán)利要 求書來確定本發(fā)明的真實范圍，該范圍詮釋為包含任何這種等同物。讀者還應(yīng) 當(dāng)理解，描述為較佳地、有利的、方便的等的本發(fā)明的整體或特征是可選的， 但并不限制獨立權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種致動器，其中，所述致動器包括外殼，用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第一原動機，第一變速箱，所述第一變速箱設(shè)置成在使用中將來自所述第一原動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成高扭矩低速的轉(zhuǎn)動，所述第一變速箱包括安裝成相對于所述致動器的所述外殼轉(zhuǎn)動的箱體，第二變速箱，所述第二變速箱設(shè)置成將所述第一變速箱的所述箱體的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成低扭矩高速的轉(zhuǎn)動，以及制動器，所述制動器設(shè)置成作用在來自所述第二變速箱的低扭矩高速的轉(zhuǎn)動上，由此在使用中(i)當(dāng)所述第一變速箱未發(fā)生故障時，可應(yīng)用所述制動器以抵抗所述第一變速箱的所述箱體和所述致動器的所述外殼之間的相對轉(zhuǎn)動，以及(ii)當(dāng)所述第一變速箱發(fā)生故障時，可釋放所述制動器，由此使所述第一變速箱的所述箱體能相對于所述致動器的所述外殼轉(zhuǎn)動。
2. 如權(quán)利要求l所述的致動器，其特征在于，所述第一原動機相對于所述 外殼是固定的。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的致動器，其特征在于，所述第一變速箱的傳動 比大于30:1。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項所述的致動器，其特征在于，所述第二變速 箱的傳動比小于所述第一變速箱的傳動比。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項所述的致動器，其特征在于，所述致動器構(gòu) 造成所述第一變速箱的輸出端能在使用中產(chǎn)生至少+/-180度范圍內(nèi)的輸出轉(zhuǎn) 動。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的致動器，其特征在于，所述致動器在 所述第一變速箱發(fā)生故障的情況下可反向驅(qū)動。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項所述的致動器，其特征在于，所述致動器包 括阻尼機構(gòu)，所述阻尼機構(gòu)設(shè)置成至少當(dāng)所述第一變速箱發(fā)生故障時，阻尼所述致動器的運動。
8. 如權(quán)利要求1至5中任一項所述的致動器，其特征在于，所述致動器可 包括用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第二原動機，所述第二原動機與所述第二變速箱相關(guān)聯(lián)。
9. 如權(quán)利要求8所述的致動器，其特征在于，所述致動器包括故障機構(gòu)， 所述故障機構(gòu)能在使用中使所述第一變速箱發(fā)生故障。
10. 如權(quán)利要求l至9中任一項所述的致動器，其特征在于，所述致動 器包括控制單元，所述控制單元設(shè)置成檢測所述第一變速箱的發(fā)生故障。
11. 一種起落架組件，包括用于支承飛機的至少一個輪子的起落架支 腳、以及設(shè)置成使所述起落架支腳轉(zhuǎn)向的致動器，所述致動器是如權(quán)利要求1 至IO中任一項所述的致動器。
12. —種飛機，包括飛機部件以及設(shè)置成使所述飛機部件運動的致動 器，所述致動器是如權(quán)利要求1至10中任一項所述的致動器。
13. —種用于制造如權(quán)利要求1至10中任一項所述的致動器的套件，所 述套件至少包括所述外殼、所述第一變速箱、所述第二變速箱以及所述制動器。
14. 一種使部件運動的方法，其中，所述方法包括以下步驟 為第一變速箱提供具有第一扭矩的輸入轉(zhuǎn)動，施加反扭矩以基本上防止所述第一變速箱的整體的轉(zhuǎn)動，所述反扭矩通過 第二變速箱來施加，所述第一變速箱輸出具有第二扭矩的轉(zhuǎn)動，所述第二扭矩大于所述第一扭 矩，從而引起所述部件運動，以及然后，在所述第一變速箱發(fā)生故障之后，釋放通過所述第二變速箱施加的所述反扭矩，由此使所述第一變速箱的所 述整體能轉(zhuǎn)動，并由此防止所述第一變速箱發(fā)生的故障妨礙所述部件的運動。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，借助于施加在所述第二 變速箱的輸入端的制動器來施加所述反扭矩，由于所述第二變速箱的傳動比， 所述第二變速箱的輸出端提供具有較高扭矩的反扭矩。
16. 如權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法包括在所 述第一變速箱發(fā)生故障之后實施的以下步驟借助于除了通過所述第一變速箱 或第二變速箱之外的方式使所述部件運動。
17. 如權(quán)利要求14至16中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法 包括以下步驟監(jiān)測所述第一變速箱發(fā)生故障，檢測到所述第一變速箱發(fā)生故 障然后因此引起釋放通過所述第二變速箱施加的所述反扭矩。
全文摘要
一種耐受故障致動器(2)包括外殼(4)；用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的第一原動機(6)；第一變速箱(10)，該第一變速箱設(shè)置成在使用中將來自第一原動機(6)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動。第一變速箱包括安裝成相對于致動器(2)的外殼(4)轉(zhuǎn)動的箱體(14)，第二變速箱(16)設(shè)置成將第一變速箱(10)的箱體(14)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)動。制動器(20)設(shè)置成作用在來自第二變速箱(16)的轉(zhuǎn)動上。在使用中，當(dāng)?shù)谝蛔兯傧?10)未發(fā)生故障時，可應(yīng)用制動器以抵抗第一變速箱(10)的箱體和致動器(2)的外殼(4)之間的相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)?shù)谝蛔兯傧?10)發(fā)生故障時，可釋放制動器(20)，由此使第一變速箱的箱體(14)能相對于致動器(2)的外殼(4)轉(zhuǎn)動。致動器因此可耐受故障。還可提供第二電動機(22)。
文檔編號B64C13/34GK101506038SQ200780031361
公開日2009年8月12日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者A·迪奈, N·艾利奧特 申請人:空中客車英國有限公司