專利名稱：用于監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器的輸出的方法
用于監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器的輸出的方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及旋轉-直線型電子機械傳動器領域，并且更準確地涉及下述領 域，即，監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器，以檢測所述傳動器的逐漸咬住，從而提供能夠 確定其繼續(xù)運行或更換的信息內容。
附圖
中的單一圖提供了本發(fā)明所涉及的旋轉-直線型電子機械傳動器實例的總 體構造的非常示意性的圖示。作為簡要提示，這種傳動器包括
-殼體1 ；
-旋轉電動馬達裝置M，包括至少一個場繞組；以及
-至少一個螺母2，可轉動地支撐在所述殼體1的軸承3內，并且與所述馬達裝置 M成一體旋轉。
在較具體示出的實例中，其對應于直接驅動型旋轉-直線傳動器
-旋轉電動馬達裝置M為電磁型，其包括電繞組或場繞組4，所述電繞組或場繞組 4布置成環(huán)狀，并且特別是被支撐在至少一個槽5中，所述槽5設置在殼體1內或設置在與 殼體1成一體的機座內，以上組件構成定子，并且所述電繞組或場繞組4能夠產生旋轉場， 該旋轉場驅動轉子旋轉，所述轉子共軸地布置于繞組4的環(huán)狀物內側；以及
-至少一個螺母2共軸地布置在構成上述轉子的繞組4的環(huán)狀物內側，該螺母2能 夠裝配有磁鐵，通常是裝配永久磁鐵，從而通過旋轉場在軸承3中被驅動旋轉。
此外，傳動器包括
-至少一個傳動器桿6，其與螺母2基本上共軸布置，所述螺母2和所述傳動器桿 6通過軸向螺旋嚙合裝置旋轉連接；為此，如圖中所示出的，螺母2以管狀元件的一般形式 呈現，在其內表面的至少部分長度上設有至少一個螺旋螺紋7，同時傳動器桿6具有處于螺 母2內側的一端，如圖所示，其可以是擴大部8，該擴大部8在外側上設有螺旋螺紋9 ；
-裝置17，用于在旋轉中相對于殼體1鎖住傳動器桿6，從而螺母2的旋轉導致傳 動器桿6的線性位移，所述在旋轉中用于鎖住的裝置可以簡單地由與螺母2基本上共軸布 置且軸向延伸的鍵10構成，所述鍵10具有非圓形的截面(例如，多邊形，特別是四方形)， 并且具有以固定方式嵌入到殼體1中的一端11和自由滑動地嚙合在傳動器桿6中的軸向 孔13中的另一端12;
-設置在殼體1上的裝置，用于將所述殼體1緊固到固定的或可移置的部件；例 如，殼體1的一(或多)部分裝配有孔眼13，能夠接收連接元件，如特別是殼體1的端部14， 其與傳動器桿6的突出部分相對設置，并且可以是例如U形鉤的形式；
-設置在傳動器桿6上的裝置，用于將所述傳動器桿6的自由端部15緊固到分別 是可移置的或固定的部件，簡單的解決方案是對傳動器桿6的所述端部15裝配能夠接收連 接部件的孔眼16。
當然，以上描述僅作為給出一種構想的示例。可以理解，存在或者能夠構設眾多的 旋轉-直線型傳動器的實施方案。特別是，通過下述設置可從前述提供的結構中推導出雙 傳動器，即，在繞組4的環(huán)狀物中，設置兩個螺母2，所述兩個螺母2端對端布置且具有相應 的反向齒節(jié)螺紋，或者設置具有兩個連續(xù)的反向齒節(jié)螺紋的單個螺母，所述螺母與兩個相對設置的傳動器桿嚙合。此外，必須從廣義上來理解術語“螺紋”，如其能被表示為標準的梯 形螺桿以及球螺桿或滾珠螺桿。
現在，旋轉-直線型電子機械傳動器特別地(但不限于)用于所謂“全電氣化”現 代飛行器上的設備中。“全電氣化”飛行器的設計包括去除屆時耗盡的液壓系統(tǒng)及控制裝 置，并且用電子機械解決方案來替換它們，所述電子機械解決方案包含電子機械傳動器，特 別是，旋轉-直線型電子機械傳動器。此處使用的旋轉-直線型電子機械傳動器能用于，例 如，驅動飛行器的全動式水平尾翼(翼片，飛行控制表面等)。
當然，由此發(fā)揮實際作用的電子機械解決方案必須提供至少等同于先前的液壓解 決方案的可靠程度?？煽啃苑治鐾怀霰憩F在以下故障
-機械連接斷開，
-表面污損；
-表面咬住。
上述的前兩種故障不是旋轉-直線型電子機械傳動器獨有的特性，在其它的解決 方案(例如，先前的液壓解決方案)中也會發(fā)生。因此，對于這些問題的解決方案是已知的， 在旋轉-直線型電子機械傳動器的情形下可重復使用這些解決方案。
相比之下，所述第三種故障(表面咬住)是旋轉-直線型電子機械傳動器的特性， 必須要要防止這種傳動器的咬住，或者至少能被通知咬住的發(fā)生。
本發(fā)明基于以下情形，S卩，咬住不會突然出現，并且其導致傳動器的阻塞性能逐漸 減弱和由此導致性能下降。因此本發(fā)明基于檢測咬住的提前警告信號。
相反，如果萬一傳動器突然咬住，則意味著本發(fā)明內容中提出的裝置在提供出現 突然咬住的任何提前警告方面沒有效果。
本文中，本發(fā)明的目的是提出一種適當的裝置，僅用于防止旋轉-直線型電子機 械傳動器的逐漸咬住。此外，應該理解為，本發(fā)明的目的僅在于提出裝置，該裝置能夠提供 旋轉-直線型電子機械傳動器的狀態(tài)信息，而并不涉及確定保留或更換所述傳動器的可取 性的后續(xù)步驟，這些后續(xù)步驟留給使用者處理。
為這些目的，本發(fā)明提出一種方法，用于監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器的輸 出，目的是檢測所述傳動器的逐漸咬住，所述傳動器包括
-殼體；
-旋轉馬達裝置；
-至少一個螺母，其可轉動地支撐在所述殼體的軸承內，并且與所述馬達裝置成一 體旋轉；
-至少一個傳動器桿，其與螺母共軸地布置，所述螺母與所述傳動器桿通過軸向螺 旋嚙合裝置轉動地連接；
-裝置，用于在旋轉中相對于殼體鎖住傳動器桿，從而使螺母的旋轉導致傳動器桿 的線性位移；
-設置在殼體上的裝置，用于將殼體緊固到固定的或可移置的部件；以及
-設置在傳動器桿上的裝置，用于將傳動器桿的自由端緊固到分別是可移置地或 固定的部件，
該方法的特征在于下述步驟
a)_測量激勵場繞組的電流強度，所述強度代表馬達轉矩，以及
-測量應力，所述應力代表傳動器桿所承受的軸向應力，
b)通過上述測量，計算[傳動器桿承受的軸向應力/馬達轉矩]比率，該比率代表 傳動器的總輸出并且代表傳動器的當前狀態(tài)，
c)然后，基于傳動器的當前狀態(tài)，并且可選擇地基于傳動器的先前存儲狀態(tài)和/ 或基于外部參數，對傳動器的當前健康狀態(tài)進行評估。
本發(fā)明提出的裝置提供了允許對傳動器的健康狀態(tài)進行精確監(jiān)測的優(yōu)點，且為此 監(jiān)測從首次表示發(fā)生咬住開始逐漸咬住的進展情況。
本發(fā)明提出的裝置還提供了具有較大使用靈活性的附加優(yōu)點；特別是，在檢測中， 根據需求，用以實現傳動器健康診斷的各種步驟能夠自動地被執(zhí)行或被觸發(fā)；所述各種步 驟也能夠自動連續(xù)地(傳動器各自處于連續(xù)監(jiān)測)或循環(huán)地(例如，如飛行器裝置的所有 傳動器或者在一組傳動器中的所有傳動器以循環(huán)方式依次被檢測)執(zhí)行。
本發(fā)明提供的解決方案具有另一個優(yōu)點，S卩，由此所獲信息的使用完全取決于傳 動器使用者，從而各使用者對于在傳動器上測得的相同健康狀態(tài)能夠自由地作出不同處 理。
通過附加測量和計算所獲取的冗余信息能夠提高對傳動器狀態(tài)的認識。
通過閱讀以下本發(fā)明使用方法的某些優(yōu)選方法的詳細說明，能夠更好地理解本發(fā) 明，這些優(yōu)選方法僅作為非限制性實例給出。
根據本發(fā)明的方法，步驟a)包括
-測量激勵場繞組或繞組4的電流強度，所述強度代表馬達轉矩，該信息已經在別 處被使用，特別是在傳動器的控制定律中，從而無需安裝特定檢測設備或執(zhí)行特定檢測就 能獲取該信息；以及
-測量應力，該應力代表傳動器桿6承受的軸向應力，可以在殼體1連接到固定的 或可移置的部件的連接處(特別是在連接孔眼13處)，或者在傳動器桿6的自由端15連接 到分別是可移置的或固定的部件的連接處(特別是在連接孔眼16處)執(zhí)行該測量；為此， 可以例如使用應變儀(用示意圖表示為18)，其軸向地介于殼體1和殼體1所固定的可移 置的或固定的部件之間(例如，在孔眼13的邊緣和嚙合在該孔眼中的連接部件之間)，目 的是測量殼體1承受的軸向應力，該軸向應力代表傳動器桿6承受的軸向應力，或者以同樣 的方式，使用應變儀，使其軸向地介于傳動器桿6和其所固定的分別是可移置的或固定的 部件之間(例如，在孔眼16的邊緣和嚙合在該孔眼中的連接部件之間)，目的是直接測量 傳動器桿6承受的軸向應力；也可以以優(yōu)選方式采用通常在市場上可買到的(例如，由FGP Sensors公司出售的)標定中空連接軸(未示出)(或標定U形鉤)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)地設置在殼 體上的U形鉤，所述中空連接軸傳送一電信號，該電信號代表該中空軸承受的軸向應力，由 此代表傳動器桿6承受的軸向應力；安裝這種傳感器是為了安全需求，通過將極限應力閾 值設定到小于傳動器桿能承受的最大應力的值和預先確定有關所選擇的安全等級(例如， 在飛行領域中大約20到30)來避免傳動器桿承受超負荷應力由此已經得到傳動器桿6承 受的軸向應力的信息，而不需要額外的設備。
咬住的出現導致激勵場繞組的電流強度增加，和/或對于給定的電流強度，傳動 器桿上的應力減小。
為了利用該特性，在步驟b)中，通過上述測量計算下述比率
Il1 =[傳動器桿6承受的軸向應力/馬達轉矩]
其結果代表傳動器的總輸出，并且通過參照傳動器在健康狀態(tài)下預先確定的電流 強度/馬達轉矩的比值對來表示傳動器的當前狀態(tài)。
最后，對傳動器的當前健康狀態(tài)進行評估，所述評估是基于上述所確定的傳動器 的當前狀態(tài)，以及可選地基于例如存儲的傳動器的先前狀態(tài)的其它附加信息，這些附加信 息可以選擇性地用作上述參考值(不管這些是單個測量，還是先前測量的平均值)，和/或 基于外部參數(例如，在這種應用中的飛行器的溫度、速度等等)。
剛才已經討論過的步驟可以優(yōu)選地通過能夠提供附加信息的附加步驟進行補充， 盡管認為附加信息是冗余的，但目的在于，提高所給出的傳動器健康狀態(tài)診斷的安全性。
由此，可優(yōu)選地提供如下步驟
-在上述步驟a)中，還測量轉矩，其代表在旋轉中用于鎖住的裝置17和傳動器桿 6之間的抗旋轉轉矩；為此，可以插入應變儀(用示意圖表示為19)，使其橫向地介于嵌入殼 體1中的傳動器桿6的端部11和為此設置在殼體1上的嵌入凹部之間，該應變儀例如能夠 容易地被粘結到傳動器桿6的所述端部11的外部側表面；并且
-在上述步驟b)中，還計算下述比率
Il2=[抗旋轉轉矩/馬達轉矩]
其代表軸承3的狀態(tài)，所述軸承3用于將旋轉螺母2可轉動地安裝到殼體1。
而且，或單獨地或與比率η2的測定相結合地，優(yōu)選地提供如下步驟
-在上述步驟a)中，還測量代表在旋轉中用于鎖住的裝置17和傳動器桿6之間的 抗旋轉轉矩的轉矩，如基于以上闡述的情形；以及
-在上述步驟b)中，還計算下述比率
Il3=[抗旋轉轉矩/桿6承受的軸向應力]
其代表分別與所述螺母2和所述桿6相配合的軸向螺旋嚙合裝置7，9的狀態(tài)。
已知上述附加比率、和/或η3，可以加強安全性能，并且也可以設置故障或斷 開定位元件，其被證實具有便于維修和/或加快維修進程的重要性。
本發(fā)明方法中執(zhí)行的各種測量將產生相應的電信號，在電信號形成后且特別是數 字化之后，能夠以任何適當的方式在現場或遠程處理該電信號，以提供健康狀態(tài)的所需信息。
剛才已經論述的本發(fā)明方法的執(zhí)行可產生眾多變型，這些變型反應在傳動器布置 中的眾多變型中。
由此，上面已著重考慮的旋轉-直線型電子機械傳動器是直接驅動型，包括至少 一個電場繞組4，其被固定容納在殼體1中并能夠產生旋轉場；螺母2(或多個螺母)，其與 場繞組4共軸布置在場繞組4內側且裝配有磁鐵，通常是永久磁鐵，永久磁鐵通過旋轉場被 驅動旋轉，并且通過該方式螺母2自身被驅動旋轉。本發(fā)明方法似乎應當更廣泛地覆蓋這 種傳動器類型。然而，在帶有傳輸插入裝置，特別是減速齒輪的間接驅動型旋轉-直線型電 子機械傳動器的情形下，本發(fā)明方法可找到等同有益的應用。
優(yōu)選地還在于，用于將螺母2可轉動地安裝在殼體1上的軸承3是耐磨軸承，或球 軸承或滾珠軸承。
連接螺母1和傳動器桿6的軸向螺旋嚙合裝置7，9能分別通過在螺母1和傳動器 桿6的飾面上加工的普通螺紋7和9構成。但是，可以證明，通過連接螺母1和耐磨螺桿形 成的傳動器桿6的軸向螺旋嚙合裝置7、9，對于減小摩擦特別有益。
權利要求
1.一種用于監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器的輸出，以檢測所述傳動器逐漸咬住的 方法，所述傳動器包括-殼體(1)；-旋轉電動馬達裝置(M)，包括至少一個場繞組(4)；-至少一個螺母O)，可轉動地支撐在所述殼體(1)的軸承(3)中，并且與所述馬達裝 置(M)成一體旋轉；-至少一個傳動器桿(6)，與螺母( 共軸布置，所述螺母( 與所述傳動器桿(6)通 過軸向螺旋嚙合裝置(7，9)旋轉連接；-裝置(17)，用于在旋轉中相對于殼體(1)鎖住傳動器桿(6)，從而螺母O)的旋轉導 致傳動器桿(6)的線性位移；-設置在殼體(1)上的裝置(13)，用于將殼體(1)緊固到固定的或可移置的部件；以及-設置在傳動器桿(6)上的裝置(16)，用于將傳動器桿(6)的自由端(15)緊固到分別 是可移置的或固定的部件；該方法的特征在于下述步驟a)_測量激勵場繞組的電流強度，所述強度代表馬達轉矩，以及-測量應力，所述應力代表傳動器桿(6)承受的軸向應力；b)-通過上述測量，計算傳動器桿承受的軸向應力除以馬達轉矩的比率，該比率代表傳 動器的總輸出并且代表傳動器的當前狀態(tài)；c)-基于傳動器的當前狀態(tài)，并且可選擇地基于傳動器的先前存儲狀態(tài)和/或基于外 部參數，對傳動器的當前健康狀態(tài)進行評估。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中還測量一轉矩，所述轉矩代表 在旋轉中用于鎖住的裝置(17)和傳動器桿(6)之間的抗旋轉轉矩，以及在步驟b)中還計 算抗旋轉轉矩除以馬達轉矩的比率，該比率代表用于將螺母( 可轉動地安裝在殼體(1) 上的軸承(3)的狀態(tài)。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟a)中還測量一轉矩，所述轉矩代表 在旋轉中用于鎖住的裝置(17)和傳動器桿(6)之間的抗旋轉轉矩，以及在步驟b)中還計 算抗旋轉轉矩除以傳動器桿承受的軸向應力的比率，該比率代表分別與所述螺母( 和所 述傳動器桿(6)相配合的軸向螺旋嚙合裝置(7，9)的狀態(tài)。
4.根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其特征在于，旋轉-直線型電子機械 傳動器是直接驅動型，其包括至少一個電場繞組G)，所述電場繞組被固定地容納在殼體 (1)中并能夠產生旋轉場，以及至少一個螺母(2)，所述螺母與場繞組(4)共軸布置并裝配 有磁鐵。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，為了測量抗旋轉轉矩，至少 一個應變儀(19)橫向地介于用于在旋轉中鎖住的裝置(17)和傳動器桿(6)之間。
6.根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其特征在于，設置在殼體(1)和/或傳 動器桿(6)上的緊固裝置是U形鉤型，并且至少一個應變儀(18)軸向地介于所述U形鉤和 被緊固到分別是固定的或可移置的部件之間，目的是測量所述U形鉤承受的軸向應力，并 且該應力代表傳動器桿(6)承受的軸向應力。
7.根據權利要求1至6中的任一項所述的方法，其特征在于，為了測量代表傳動器桿(6)承受的軸向應力的應力，設置在殼體(1)或傳動器桿(6)上的緊固裝置是中空軸。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的方法，其特征在于，用于將螺母(2)可轉動地 安裝在殼體(1)上的軸承(3)是耐磨軸承。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的方法，其特征在于，連接螺母(1)和傳動器桿 (6)的軸向螺旋嚙合裝置(7，9)包括耐磨螺桿。
10.根據權利要求4至9中的任一項所述的方法，其特征在于，螺母(2)為單個并共軸 布置在場繞組內側，以及傳動器桿(6)為單個并共軸布置在螺母O)內側。
11.根據權利要求4至10中的任一項所述的方法，其特征在于，用于在旋轉中相對于 殼體(1)鎖住傳動器桿(6)的裝置(17)包括鍵(10)，所述鍵(10)以固定方式錨定在殼體 ⑴中并且滑動自由地嚙合在傳動器桿(6)內的軸向孔(13)內。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)測旋轉-直線型電子機械傳動器的輸出，以檢測所述傳動器逐漸咬住的方法，其中所述方法包括測量激勵傳動器感應繞組(4)的電流強度，該強度代表馬達轉矩，以及測量傳動器桿(6)承受的軸向應力；計算傳動器桿承受的軸向應力/馬達轉矩的比率，該比率代表傳動器的總輸出及其當前狀態(tài)；以及基于傳動器的當前狀態(tài)，并且可選擇地基于傳動器的先前存儲狀態(tài)和/或基于外部參數，對傳動器當前的狀況進行評估。
文檔編號B64C13/28GK102036877SQ200880123277
公開日2011年4月27日 申請日期2008年11月27日 優(yōu)先權日2007年11月30日
發(fā)明者丹尼爾·霍斯, 弗朗西斯·勒頗若, 簡-弗朗索斯·韋貝爾 申請人:薩基姆防務安全公司