Actuadores lineales electromecánicos de accionamiento directo.

Un actuador giratorio a lineal electromecánico de accionamiento directo (400) que comprende:

una cubierta alargada (406);

un primer motor eléctrico (402A), que incluye un primer estator (404A) fijado en la cubierta (406) y un primerrotor (408A) sostenido para su rotación con respecto al primer estator (404);

un segundo motor eléctrico (402B), que incluye un segundo estator (408B) fijado en la cubierta y un segundorotor anular alargado (408B) sostenido para su rotación con respecto al segundo estator (404A);una unidad de accionamiento planetaria que comprende:

un eje central alargado (412) unido al primer rotor (408A) para una rotación conjunta con este y tieneuna o más roscas helicoidales en una superficie externa de este;

una tuerca planetaria (422) que tiene una pluralidad de roscas helicoidales en una superficie interna deesta y acoplada al segundo rotor anular (408B) dentro de su espacio anular para una rotación conjuntay un deslizamiento axial relativo en este; y

una pluralidad de rodillos planetarios (424) dispuestos concéntricamente entre el eje central (412) y latuerca planetaria (422), cada uno de los cuales tiene una rosca helicoidal en su superficie externa quees complementaria y rueda con una rosca del eje (412) y una rosca de la tuerca (422); y

medios para bloquear el respectivo primer y segundo rotor (408A, 408B) contra la rotación,caracterizados por

un disco de embrague (456) montado sobre el primer rotor (408A) para una rotación conjunta con este y entrelas mordazas de un freno de mordazas (457);

una pluralidad de palancas oscilantes (464) que presentan rodillos (462) dispuestos en su respectivo primerextremo se disponen para moverse entre una primera orientación, en la que los rodillos (462) se enganchanen las muescas respectivas en un extremo del segundo rotor (408B) y una segunda orientación donde losrodillos (462) se desenganchan de las muescas;

una pluralidad de primeros resortes (465) que llevan a las palancas oscilantes (464) a una primeraorientación;

un segundo resorte (460) que lleva las mordazas del freno de mordazas (457) junto y contra el disco deembrague (456); y

una bobina (468) que se mueve entre una primera posición que comprime el segundo resorte (460) y de esemodo libera la polarización del segundo resorte (460) sobre las mordazas del freno de mordazas y unasegunda posición que lleva a las palancas oscilantes (464) contra la polarización de los primeros resortes(465) y hacia su segunda orientación.

Actuadores lineales electromecánicos de accionamiento directo La presente invención se refiere a dispositivos de control de movimiento o de accionamiento en general y, en particular, a actuadores de movimiento giratorio a lineal electromecánicos de accionamiento directo.

Dicho actuador se divulga en US 4, 607, 180 A. El documento divulga un actuador lineal que comprende una cubierta, un eje de salida sostenido de forma giratoria dentro de la cubierta, un primer y un segundo medio de motor eléctrico dispuestos dentro de dicha cubierta y un medio de bloqueo que comprende un primer y un segundo grupo de solenoides, cada uno de los cuales se encuentra conectado por engranajes con un motor respectivo del primer motor y del segundo motor, donde el primer y el segundo medio de bloqueo se adaptan para bloquear de forma selectiva el primer y el segundo motor. El primer y el segundo motor se configuran para dirigir linealmente el eje de salida por medio de un mecanismo lineal tipo pelota.

Además, en los documentos US 6, 315, 086 B1, EP 1 118 741 A1, US 6, 531, 798 B1, EP 0 404 223 A, US 4, 603, 594 A, US 3, 407, 680 A, US 2, 630, 022 A, GB 2 091 375 A y FR 1 540 855 A se muestran actuadores similares.

Los actuadores electromecánicos están reemplazando rápidamente a los dispositivos hidráulicos en una amplia variedad de industrias, incluida la aviación. Las mejoras en los dispositivos de conmutación en estado sólido, su control digital y en el rendimiento de los materiales magnéticos han contribuido al aumento por el interés en los actuadores eléctricos. Los actuadores lineales electromecánicos son particularmente adecuados para aplicaciones de control de vuelo, así como también para una multitud de usos industriales, particularmente en la automatización de la producción. Las aplicaciones automotrices y otras aplicaciones vehiculares también abundan, como puede encontrarse, por ejemplo, en las transmisiones variables y en los actuadores de frenos de pinzas o de disco descritos en, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos No. 6, 837, 818 y 6, 626, 778 de Kapaan et al. y 6, 367, 597 y 6, 318, 512 de De Vries et al.

Las aplicaciones de vuelo, como el accionamiento de las superficies de control, las palas de rotor de los helicópteros, los dispositivos de mejora de transmisión vertical, el despliegue y freno del tren de aterrizaje, la apertura de puertas y similares, se manejan mejor con actuadores lineales. Las conversiones giratorias a lineales, diseñadas correctamente, pueden proporcionar un funcionamiento sin contrapresión, una rigidez alta, velocidades de salto elevadas, una buena eficacia general y una respuesta de frecuencia alta, y la combinación de todas esas propiedades es necesaria para un actuador de control de vuelo ideal.

Junto con su adopción generalizada, también se ha constatado la existencia de ciertos defectos en varios aspectos mecánicos y por tanto merecen atención. Estos problemas incluyen contrapresión, desgaste, complejidad y limitaciones de costos y de vida.

Por consiguiente, hace tiempo que existe una necesidad aún insatisfecha en varios ámbitos de contar con actuadores lineales que superen los problemas de contrapresión, desgaste rápido, complejidad, costos elevados y vida limitada inherentes a los actuadores de la técnica anterior y que proporcionen operaciones sin contrapresión, con rigidez, velocidades de salto y respuestas de frecuencia superiores y una mejor eficiencia general.

BREVE SUMARIO De conformidad con las diversas realizaciones ejemplares descritas en la presente, los actuadores giratorios a lineales electromecánicos de accionamiento directo se proporcionan para abordar y superar muchas de las limitaciones que anteceden y otras limitaciones de los actuadores de la técnica previa.

En una realización ejemplar de estos, un actuador giratorio a lineal electromecánico de accionamiento directo incluye una cubierta alargada y un motor eléctrico, que incluye un estator fijado en la cubierta y un rotor sostenido para rotar con respecto al estator, unido a una unidad de accionamiento planetaria. La unidad de accionamiento comprende un eje central alargado unido al rotor para una rotación conjunta con este y tiene una pluralidad de roscas helicoidales en una superficie externa de este. Una tuerca planetaria que tiene una pluralidad de roscas helicoidales en una superficie externa de esta se dispone de forma concéntrica al eje y una pluralidad de rodillos planetarios, cada uno de los cuales presenta una rosca helicoidal en su superficie externa que es complementaria y se encuentra engranada con una rosca del eje y una rosca de la tuerca, se dispone concéntricamente entre el eje y la tuerca planetaria.

En una variación ventajosa de estos, el eje central del actuador forma parte del rotor del motor y se realiza con un material magnéticamente permeable, por ejemplo, acero bajo en carbono. El estator puede comprender laminaciones con un alto contenido en cobalto y el rotor puede comprender imanes de neodimio y hierro.

En otra variación, el eje central puede incluir un centro hueco, con un transductor de desplazamiento variable lineal ("LVDT") dispuesto dentro de este para medir la posición absoluta de un extremo de salida del actuador con respecto a un extremo fijo de este.

En otra variación, puede proporcionarse una pluralidad de surcos axiales en la cubierta adyacentes a la tuerca planetaria y puede proporcionarse una pluralidad de ranuras axiales en dicha tuerca, cada una de las cuales se dispone de forma deslizable con respecto a uno de los surcos para evitar el giro de la tuerca con respecto a la cubierta y de ese modo hacer reaccionar cualquier par motor sobre la tuerca con la estructura de máquina adyacente.

En otra variación, el rotor puede definir un eje anular alargado y la tuerca planetaria puede acoplarse al eje anular dentro de su espacio anular para conservar la longitud del actuador y proporcionar un actuador con dos extremos. Un codificador de posición absolutamente angular puede acoplarse de forma giratoria al eje central para detectar la posición angular absoluta del eje.

En una realización ejemplar de la invención, el actuador puede incluir un segundo motor eléctrico, por ejemplo, un motor de reserva, que incluye un segundo estator fijado en la cubierta y un segundo rotor anular alargado sostenido para rotar con respecto al segundo estator. La unidad de accionamiento planetaria asociada de la presente realización comprende una tuerca planetaria que se acopla al segundo rotor anular dentro de su espacio anular para una rotación conjunta y un deslizamiento axial relativo en este. Como se indica anteriormente, una pluralidad de rodillos planetarios roscados se dispone concéntricamente entre el eje central y la tuerca planetaria y se proporcionan medios para bloquear de forma selectiva los rotores respectivos de los dos motores contra la rotación, lo que proporciona un modo de “funcionamiento a prueba de fallos” del actuador en caso de mal funcionamiento del motor principal.

Además, por ejemplo, en una aplicación de actuador de alta potencia, el medio que bloquea el rotor puede comprender un disco de embrague montado sobre el rotor del motor principal para una rotación conjunta y posicionado de forma tal que rote entre las mordazas del freno de mordazas. Una pluralidad de palancas oscilantes que presentan rodillos dispuestos en los primeros extremos respectivos se disponen para moverse entre una primera orientación, en la que los rodillos se enganchan en las muescas respectivas en un extremo del rotor del motor de reserva y una segunda orientación donde los rodillos se desenganchan de las muescas. Una pluralidad de primeros resortes lleva a las palancas oscilantes a la primera orientación, de forma tal que el motor de reserva se bloquea contra la rotación durante el funcionamiento normal. Un segundo resorte, por ejemplo, un resorte Belleville, lleva las mordazas del freno de mordazas junto y contra el disco de embrague en el rotor principal, lo que de ese modo sujeta el rotor e impide cualquier rotación durante un mal funcionamiento. Una bobina puede moverse entre una primera posición que comprime el segundo resorte y de ese modo libera la polarización del segundo resorte sobre las mordazas del freno de mordazas durante el funcionamiento normal del motor principal y una segunda posición que bloquea el motor principal y lleva a las palancas oscilantes contra la polarización de los primeros resortes y hacia su segunda orientación, lo que desbloquea el motor de reserva para la rotación.

Se proporcionan medios para sujetar de forma liberable la bobina en la primera posición durante el funcionamiento normal del actuador. En una implementación confiable y simple, estos medios pueden... [Seguir leyendo]

1. Un actuador giratorio a lineal electromecánico de accionamiento directo (400) que comprende:

una cubierta alargada (406) ; un primer motor eléctrico (402A) , que incluye un primer estator (404A) fijado en la cubierta (406) y un primer rotor (408A) sostenido para su rotación con respecto al primer estator (404) ; un segundo motor eléctrico (402B) , que incluye un segundo estator (408B) fijado en la cubierta y un segundo rotor anular alargado (408B) sostenido para su rotación con respecto al segundo estator (404A) ;

una unidad de accionamiento planetaria que comprende:

un eje central alargado (412) unido al primer rotor (408A) para una rotación conjunta con este y tiene una o más roscas helicoidales en una superficie externa de este; una tuerca planetaria (422) que tiene una pluralidad de roscas helicoidales en una superficie interna de esta y acoplada al segundo rotor anular (408B) dentro de su espacio anular para una rotación conjunta y un deslizamiento axial relativo en este; y una pluralidad de rodillos planetarios (424) dispuestos concéntricamente entre el eje central (412) y la tuerca planetaria (422) , cada uno de los cuales tiene una rosca helicoidal en su superficie externa que es complementaria y rueda con una rosca del eje (412) y una rosca de la tuerca (422) ; y

medios para bloquear el respectivo primer y segundo rotor (408A, 408B) contra la rotación,

caracterizados por

un disco de embrague (456) montado sobre el primer rotor (408A) para una rotación conjunta con este y entre las mordazas de un freno de mordazas (457) ;

una pluralidad de palancas oscilantes (464) que presentan rodillos (462) dispuestos en su respectivo primer extremo se disponen para moverse entre una primera orientación, en la que los rodillos (462) se enganchan en las muescas respectivas en un extremo del segundo rotor (408B) y una segunda orientación donde los rodillos (462) se desenganchan de las muescas; una pluralidad de primeros resortes (465) que llevan a las palancas oscilantes (464) a una primera orientación; un segundo resorte (460) que lleva las mordazas del freno de mordazas (457) junto y contra el disco de embrague (456) ; y una bobina (468) que se mueve entre una primera posición que comprime el segundo resorte (460) y de ese modo libera la polarización del segundo resorte (460) sobre las mordazas del freno de mordazas y una segunda posición que lleva a las palancas oscilantes (464) contra la polarización de los primeros resortes (465) y hacia su segunda orientación.

2. El actuador de la reivindicación 1, donde al menos uno de los motores comprende un motor con devanado en espiral.

3. El actuador de la reivindicación 1, donde el medio que bloquea el rotor comprende un freno de embrague con solenoide de armadura doble y disco doble (442A, 442B) .

4. El actuador de la reivindicación 1, que comprende además:

medios para sujetar de forma liberable la bobina (468) en la primera posición; y medios para liberar de forma selectiva la bobina (468) de la primera posición para su movimiento a la segunda posición.

5. El actuador de la reivindicación 4, donde los medios para liberar de forma selectiva la bobina (468) comprenden un solenoide (454) .

6. El actuador de la reivindicación 5, donde el medio para sujetar de forma liberable la bobina (468) en la primera posición comprende una pluralidad de cojinetes de (474) dispuestos en aberturas en la bobina (468) y se mantienen 55 cautivos en un surco circunferencial adyacente por un brazo (472) del solenoide (454) .