專利名稱：具有差動器和制動器的致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文公開的主題總體上與致動器領(lǐng)域有關(guān)。
背景技術(shù)：
線性致動器是被設(shè)計為向物體提供力和線性位移的機器。線性致動器可以包括機 電致動器(EMA)，其中，由電動馬達對致動器提供動力。EMA在消除與在液壓致動系統(tǒng)中使 用的液壓流體相關(guān)聯(lián)的火災(zāi)危險和泄露問題的同時提供相對于液壓或氣動線性致動器而 言增加的效率。為了產(chǎn)生具有大力能力的EMA，EMA的電動馬達必須能夠產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩，或者致動 器的齒輪系必須降低馬達的輸出轉(zhuǎn)矩要求。具有大轉(zhuǎn)矩能力的馬達通常在其轉(zhuǎn)子中包含大 量的轉(zhuǎn)動慣量。降低馬達的輸出轉(zhuǎn)矩要求的齒輪減速系統(tǒng)減小了馬達的實際尺寸和轉(zhuǎn)動慣 量，然而，其要求馬達以較高的速度工作。致動器輸出端處的馬達轉(zhuǎn)動慣量與馬達慣量乘以 齒輪減速比的平方成比例。包括齒輪系、滾珠絲杠和整體結(jié)構(gòu)的EMA的尺寸設(shè)置由EMA馬達的轉(zhuǎn)動慣量和EMA 在操作期間可能經(jīng)歷的瞬時過載條件或瞬時力尖峰來確定。瞬時力尖峰可能起因于例如火 箭引擎起動。瞬時力尖峰可以促使?jié)L珠絲杠嘗試反向驅(qū)動馬達；然而，馬達的轉(zhuǎn)動慣量將阻 止被反向驅(qū)動。在瞬時力尖峰期間，可以允許EMA漂移(drift);然而，馬達的高轉(zhuǎn)動慣量可 以阻止減緩瞬時力尖峰所需的急劇加速。為了 EMA機械地支撐高瞬時負荷，可以將EMA設(shè)計 為相對大且重。替代性地，可以將動態(tài)滑動離合器結(jié)合到EMA傳動系中，允許馬達從EMA齒 輪系脫開。然而，動態(tài)離合器可以在正常操作期間向傳動系添加轉(zhuǎn)動慣量，這可能影響EMA 的頻率響應(yīng)性能。為了 EMA滿足頻率響應(yīng)要求，可以使馬達尺寸過大以提供克服由動態(tài)離 合器添加的慣量所需的附加轉(zhuǎn)矩。動態(tài)離合器和相應(yīng)的較大馬達可以導(dǎo)致相對大、重和復(fù) 雜的EMA。瞬時力尖峰還可能在滾珠絲杠撞擊內(nèi)部止動件或端部止動件時發(fā)生。馬達的轉(zhuǎn) 動慣量將嘗試繼續(xù)驅(qū)動滾珠絲杠通過止動件。如果止動件強到足以經(jīng)受住力尖峰，則接 下來最薄弱的環(huán)節(jié)，即滾珠絲杠或驅(qū)動滾珠絲杠的齒輪系可能被損壞?？梢酝ㄟ^將齒輪 系和EMA止動件設(shè)計為處理與在致動器撞擊硬止動件時發(fā)生的馬達急劇減速相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn) 矩尖峰，來克服這一情形。EMA的內(nèi)部軸系可能隨著馬達旋轉(zhuǎn)減慢而彎曲，提供扭轉(zhuǎn)柔量 (compliance).然而，這種設(shè)計方法可能導(dǎo)致比處理正常工作負荷所需的更大且更重的 EMA。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種致動器包括差動器，該差動器包括包含第一分支 (leg)和第二分支的齒輪系；馬達，其被構(gòu)造為通過所述差動器的第一分支對旋轉(zhuǎn)的滾珠絲 杠提供動力；以及制動器，其被連接到所述差動器的第二分支，所述制動器具有保持力，使 得在所述差動器中的轉(zhuǎn)矩超過該保持力的情況下，所述制動器被構(gòu)造為使所述差動器中的轉(zhuǎn)矩耗散。 通過結(jié)合附圖進行的以下說明，本發(fā)明的其它方面、特征和技術(shù)將變得更明顯。


現(xiàn)在參考附圖，其中，在圖中以同樣的方式對相同的元件編號 圖1示出了包括差動器和制動器的致動器的實施例。
具體實施例方式提供了包括差動器和制動器的致動器的實施例，下面詳細地討論示例性實施例。如圖1所示，致動器100包括差動器105，差動器105包括包含第一分支106a和 第二分支106b的齒輪系。差動器105可以包括速度求和差動器。馬達101可以包括電動 馬達，并且致動器100可以包括EMA。在正常操作中，馬達101通過差動器105的第一分支 106a來驅(qū)動滾珠絲杠104，促使?jié)L珠絲杠104旋轉(zhuǎn)。滾珠絲杠104的旋轉(zhuǎn)與平移螺母107 嚙合，使平移部件108沿著由箭頭109指示的方向移動。制動器103經(jīng)由第二分支106b保 持并平衡馬達101在差動器105上的輸出轉(zhuǎn)矩。在一些實施例中，差動器105充當2:1齒 輪減速級。位置傳感器102可以向控制器(未示出)發(fā)送關(guān)于平移螺母107和/或平移部件 108的位置數(shù)據(jù)。在致動器100中可能發(fā)生瞬時力尖峰。瞬時力尖峰的產(chǎn)生原因可以包括但不限于 火箭引擎起動，或者滾珠絲杠104以相對高的速度撞擊內(nèi)部止動件或端部止動件。滾珠絲 杠104可以嘗試經(jīng)由差動器分支106a來反向驅(qū)動馬達101，或者馬達101可以嘗試驅(qū)動滾 珠絲杠104通過止動件。馬達101的轉(zhuǎn)動慣量促使差動器105中的轉(zhuǎn)矩在瞬時力尖峰下上 升。差動器105中的上升的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由第二差動器分支106b被傳遞到制動器103。當差動器 105中的轉(zhuǎn)矩超過制動器103的保持力時，制動器103滑動并旋轉(zhuǎn)，使過量的轉(zhuǎn)矩耗散并保 護致動器100。在一些實施例中，制動器103的保持力可以等于馬達101的最大輸出轉(zhuǎn)矩。 制動器103可以包括用于使瞬時力尖峰耗散的任何適當?shù)闹苿悠鳂?gòu)造。在一些實施例中， 制動器103可以包括摩擦材料。示例性實施例的技術(shù)效果和益處包括致動器中的瞬時力尖峰的耗散。制動器允許 致動器被設(shè)計為處理工作負荷而不是瞬時負荷，減小致動器所需要的尺寸和重量。本文所使用的術(shù)語僅僅出于描述特定實施例的目的，并且并不意圖限制本發(fā)明。 雖然已出于圖示和說明的目的給出了本發(fā)明的說明，但其并不意圖是排他性的或者以所公 開的形式來限制本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本文未描述的許多修改、 變更、替換或等同布置對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的。另外，雖然已描述了本發(fā)明的 各種實施例，應(yīng)理解的是本發(fā)明的方面可以僅包括所述實施例中的一些。因此，不應(yīng)將本發(fā) 明視為受到前述說明的限制，而是僅僅由所附權(quán)利要求的范圍來限制。
權(quán)利要求
1.一種致動器(100)，包括差動器(105)，其包括包含第一分支(106a)和第二分支(106b)的齒輪系；馬達(101)，其被構(gòu)造為通過所述差動器(105)的第一分支(106a)來對旋轉(zhuǎn)的滾珠絲 杠(104)提供動力；以及制動器(103)，其被連接到所述差動器(105)的第二分支(106b),制動器(103)具有保 持力，使得在所述差動器(105 )中的轉(zhuǎn)矩超過所述保持力的情況下，所述制動器(103 )被構(gòu) 造為使所述差動器(105)中的轉(zhuǎn)矩耗散。
2.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述馬達(101)包括電動馬達，并且所述致動器 (100)包括機電致動器。
3.如權(quán)利要求1所述的致動器，還包括與旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠(104)嚙合的平移螺母 (107)，所述平移螺母(107)被構(gòu)造為線性地平移。
4.如權(quán)利要求3所述的致動器，還包括位置傳感器(102)，所述位置傳感器被構(gòu)造為向 控制器發(fā)送關(guān)于所述平移螺母(107)的位置的數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述制動器(103)的保持力等于所述馬達(101) 的最大輸出轉(zhuǎn)矩。
6.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述制動器(103)被構(gòu)造為在所述差動器(105) 中的轉(zhuǎn)矩超過所述保持力的情況下旋轉(zhuǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述差動器(105)中的轉(zhuǎn)矩包括瞬時力尖峰。
8.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述差動器(105)包括速度求和差動器。
9.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述差動器(105)包括2:1齒輪減速級。
10.如權(quán)利要求1所述的致動器，其中，所述制動器(103)包括摩擦材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有差動器和制動器的致動器。具體地，一種致動器(100)包括差動器(105)，該差動器包括包含第一分支(106a)和第二分支(106b)的齒輪系；馬達(101)，其被構(gòu)造為通過差動器(105)的第一分支(106a)來對旋轉(zhuǎn)的滾珠絲杠(104)提供動力；以及制動器(103)，其被連接到差動器(105)的第二分支(106b)，制動器(103)具有保持力，使得在差動器(105)中的轉(zhuǎn)矩超過保持力的情況下，制動器(103)被構(gòu)造為使差動器(105)中的轉(zhuǎn)矩耗散。
文檔編號F16H25/22GK102102748SQ201010591579
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者朗 D., A. 希默爾曼 R. 申請人:哈米爾頓森德斯特蘭德公司