用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的致動(dòng)器配置的制作方法
【專利說明】用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的致動(dòng)器配置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年3月14日提交的美國(guó)申請(qǐng)第13/827，212號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以引用的方式全部并入本文。
[0003]關(guān)于聯(lián)邦資助研究的聲明
[0004]本發(fā)明根據(jù)由美國(guó)空軍(USAF)頒發(fā)的合同第FA8650-11-M-3146號(hào)在政府的支持下做出。政府對(duì)本發(fā)明具有一定權(quán)利。
[0005]背景
[0006]具有通過線性運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的一類電動(dòng)機(jī)。它們通過使用線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，這種線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的一個(gè)示例是凸輪。在美國(guó)專利公布第2011/0108339號(hào)中描述了一個(gè)這種類型的電動(dòng)機(jī)。本文描述的實(shí)施方案是這種電動(dòng)機(jī)的其他示例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)方面中，一般而言，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括:支撐結(jié)構(gòu)；以及由所述支撐結(jié)構(gòu)支撐的線性致動(dòng)器。所述線性致動(dòng)器包括:第一構(gòu)件；第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加于所述線性致動(dòng)器時(shí)在相對(duì)于所述第一構(gòu)件的線性方向上運(yùn)動(dòng)；以及軸承布置，所述軸承布置將所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件支撐在所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)并且使得所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件能夠相對(duì)于所述支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，所述線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件耦合至所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器包括具有旋轉(zhuǎn)軸線的輸出構(gòu)件。在操作期間，所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器將所述線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所述輸出構(gòu)件圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0008]各個(gè)方面可以包括以下特征中的一個(gè)或者多個(gè)。
[0009]所述第一構(gòu)件是包括一個(gè)或者多個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體的磁性定子組件，并且其中，所述第二構(gòu)件是包括線圈的線圈組件，所述線圈布置為在由所述磁性定子組件產(chǎn)生的所述磁場(chǎng)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0010]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括:剛性地連接至所述提及的第一支撐結(jié)構(gòu)的第二支撐結(jié)構(gòu)；以及由所述第二支撐結(jié)構(gòu)支撐的第二線性致動(dòng)器。所述第二線性致動(dòng)器包括:第一構(gòu)件；第二構(gòu)件，所述第二構(gòu)件當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被施加于所述第二線性致動(dòng)器時(shí)在相對(duì)于所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件的線性方向上運(yùn)動(dòng)；以及第二軸承布置，所述第二軸承布置將所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件支撐在所述第二支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，并且使得所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件能夠相對(duì)于所述第二支撐結(jié)構(gòu)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件耦合至所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器，并且其中，在操作期間，所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器將所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所述輸出構(gòu)件圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件剛性地連接至所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件，從而使得所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件和所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件一起運(yùn)動(dòng)。
[0011]所述提及的第一軸承布置包括:第一軸承組件，所述第一軸承組件提供在所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件與所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件之間的軸承表面，并且使得所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件能夠相對(duì)于所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件運(yùn)動(dòng)；以及第二軸承組件，所述第二軸承組件提供在所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件與所述提及的第一支撐結(jié)構(gòu)之間的軸承表面，并且使得所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件能夠相對(duì)于所述提及的第一支撐結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0012]所述第二所軸承布置包括:第一軸承組件，所述第一軸承組件提供在所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件與所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件之間的軸承表面，并且使得所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件能夠相對(duì)于所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件運(yùn)動(dòng)；以及第二軸承組件，所述第二軸承組件提供在所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件與所述第二支撐結(jié)構(gòu)之間的軸承表面，并且使得所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件能夠相對(duì)于所述第二支撐結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
[0013]所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件是包括一個(gè)或者多個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體的磁性定子組件，并且其中，所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件是包括線圈的線圈組件，所述線圈布置為在由所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述磁性定子組件產(chǎn)生的所述磁場(chǎng)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0014]所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件是包括一個(gè)或者多個(gè)產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁體的磁性定子組件，并且所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件是包括線圈的線圈組件，所述線圈布置為在由所述第二線性致動(dòng)器的所述磁性定子組件產(chǎn)生的所述磁場(chǎng)內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
[0015]所述線性到旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器配置為把所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件相對(duì)于所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)束縛為是關(guān)于相對(duì)于所述第一支撐結(jié)構(gòu)和所述第二支撐結(jié)構(gòu)固定的平面相對(duì)于彼此對(duì)稱的。
[0016]所述平面與所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的所述線性方向垂直，并且與所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的所述線性方向垂直。
[0017]所述平面容納所述旋轉(zhuǎn)軸線。
[0018]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括:控制接口，所述控制接口配置為接收用于所述提及的第一線性致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和用于所述第二線性致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其中，施加于所述線性致動(dòng)器的差模驅(qū)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)于所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件和所述第二線性致動(dòng)器的所述第二構(gòu)件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且施加于所述線性致動(dòng)器的共模驅(qū)動(dòng)信號(hào)相應(yīng)于所述提及的第一線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件和所述第二線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件相對(duì)于所述第一支撐結(jié)構(gòu)和所述第二支撐結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
[0019]所述輸出構(gòu)件包括轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸。
[0020]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括圍繞所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)斜盤。
[0021]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括通過所述線性致動(dòng)器的所述第一構(gòu)件相對(duì)于所述支撐結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)操作的控制臂。
[0022]所述控制臂機(jī)械地耦合至所述支撐結(jié)構(gòu)，并且配置為將所述第一構(gòu)件相對(duì)于所述支撐結(jié)構(gòu)的線性運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為所述旋轉(zhuǎn)斜盤的傾斜。
[0023]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器還包括耦合至所述轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)子葉片，所述控制臂配置為控制所述轉(zhuǎn)子葉片的周期槳距。
[0024]各個(gè)方面可具有以下優(yōu)點(diǎn)中的一種或者多種。
[0025]—些電動(dòng)機(jī)包括響應(yīng)于在一個(gè)或者多個(gè)線圈上的電磁力而旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)部(稱為“轉(zhuǎn)子”)，該線圈相對(duì)于產(chǎn)生磁場(chǎng)的靜止部(稱為“定子”)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)位于所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的一部分內(nèi)的線圈運(yùn)載施加的電流時(shí)，在該線圈上存在一個(gè)力(即，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷上的洛侖茲力)。在本文描述的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的實(shí)施方式中，代替靜態(tài)的磁性定子，具有磁性定子組件，該磁性定子組件自身配置為由于其的運(yùn)動(dòng)部分地受限制的兩個(gè)線圈上的洛侖茲力而運(yùn)動(dòng)，如下面更加詳細(xì)描述的。對(duì)線圈進(jìn)行限制，從而，與在線圈上的對(duì)稱力相對(duì)應(yīng)的施加電流使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且與在線圈上的非對(duì)稱力相對(duì)應(yīng)的施加電流使組件平移。這兩種獨(dú)立的自由度使得控制器能夠通過向線圈施加電流來高效率地控制旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器，如下面更加詳細(xì)描述的。例如，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器可以用于使向直升飛機(jī)提供推力的葉片旋轉(zhuǎn)。另外，在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器中的多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的組合，以及多個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(例如，具有圍繞共用的軸線但是在相反方向上旋轉(zhuǎn)的相對(duì)葉片組的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器)的組合，使得能夠構(gòu)建模塊化推力器，例如，用于飛行器的模塊化推力器。具體而言，該組合使得能夠?qū)⑼屏ζ鳟a(chǎn)生的力細(xì)分為的相同的可管理的致動(dòng)器組，這些致動(dòng)器組可以迅速并且獨(dú)立地控制。
[0026]本發(fā)明的其他的特征和優(yōu)點(diǎn)是從以下的描述以及從權(quán)利要求明顯的。
【附圖說明】
[0027]圖1A是具有兩個(gè)線性致動(dòng)器的耦合至轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的示意圖。
[0028]圖1B是具有轉(zhuǎn)子葉片控制的耦合至轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的示意圖。
[0029]圖1C是在磁性定子組件中的磁體的布置的示意圖。
[0030]圖2是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器的視圖。
[0031]圖3和圖4是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的視圖(出于清晰起見，移除了一些元件)。
[0032]圖5A至圖5C是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的部分的視圖，圖示了線圈組件的線性運(yùn)動(dòng)如何產(chǎn)生轉(zhuǎn)子軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0033]圖6A至圖6C是旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器子組件的部分的視圖，圖示了磁性定子組件的線性運(yùn)動(dòng)如何產(chǎn)生用于旋轉(zhuǎn)斜盤的控制臂的運(yùn)動(dòng)。
【具體實(shí)施方式】
[0034]本文描述的實(shí)施方案是用于如圖2所示的直升飛機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器。然而，在詳細(xì)說明該驅(qū)動(dòng)之前，將首先借助于在圖1A和圖1B中示出的示意圖表示提出基本特征的概述。
[0035]在其最一般的形式中，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器包括至少一個(gè)子組件，該子組件包括兩個(gè)線性致動(dòng)器和將該線性致動(dòng)器產(chǎn)生的線