一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1075821 A(43)申请公布日 2018.01.09

(21)申请号 2017102562.X(22)申请日 2017.07.31

(71)申请人 上海宇航系统工程研究所

地址 201108 上海市闵行区金都路3805号(72)发明人 殷爱平　陈占胜　马超　崔琦峰　

杨金平　李军彪　(74)专利代理机构 上海汉声知识产权代理有限

公司 31236

代理人 张倩楠　胡晶(51)Int.Cl.

BG 1/66(2006.01)

权利要求书2页 说明书4页 附图4页

()发明名称

一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成(57)摘要

一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成，本发明提供了一种包括回转支撑模块、驱动模块、测角模块、制动模块及安全轴承，回转支撑模块用于安装在固定支架上，以提供回转支撑；驱动模块与回转支撑模块相连接，用于进行力矩和角位移输出；测角模块与回转支撑模块相连接，测角模块用于识别驱动组件总成的运动角位移；制动模块与测角模块相连接，制动模块用于根据运动角位移调整驱动模块的力矩和角位移输出，以驱动组件总成的力矩和角位移输出；安全轴承安装于回转支撑模块与测角模块之间，用于提高驱动组件总成的振动力学耐受性。本发明采用全新的模块化布局方式和固定的回转支撑轴系设计，实现了产品的通用性、互换性，降低了研制风险和缩短了研制周期，提高了产品振动载荷耐受性。

CN 1075821 ACN 1075821 A

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1.一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，包括回转支撑模块(1)、驱动模块(2)、测角模块(3)、制动模块(4)及安全轴承(5)，其中，所述回转支撑模块(1)用于安装在固定支架上，以提供回转支撑；所述驱动模块与所述回转支撑模块(1)相连接，用于进行力矩和角位移输出；所述测角模块(3)与所述回转支撑模块(1)相连接，所述测角模块(3)用于识别驱动组件总成的运动角位移；所述制动模块(4)与所述测角模块(3)相连接，所述制动模块(4)用于根据所述运动角位移调整所述驱动模块的力矩和角位移输出，以驱动组件总成的力矩和角位移输出；所述安全轴承(5)安装于回转支撑模块(1)与测角模块(3)之间，用于提高驱动组件总成的振动力学耐受性。

2.根据权利要求1所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，所述回转支撑模块(1)包括：组件壳体(11)、外衬套(12)、定子压紧盖(13)、驱动半轴(14)、输出半轴(15)、内衬套(16)、预紧轴承对(17)、盘片座(18)；其中，所述回转支撑模块(1)通过所述组件壳体(11)安装在固定支架上；所述外衬套(12)设置于所述组件壳体(11)内，用于将所述预紧轴承对(17)连接至所述组件壳体(11)上，同时通过所述定子压紧盖(13)将预紧轴承对(17)轴向固定；所述预紧轴承对(17)内侧通过内衬套(16)将所述驱动半轴(14)及输出半轴(15)连成整体并实现轴向紧固连接；所述盘片座(18)固定于所述驱动半轴(14)上以提供与所述测角模块(3)的接口。

3.根据权利要求2所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，所述驱动模块(2)包括：电机定子(21)、电机转子(22)、连接键(23)、间隙调整环(24)、锁紧螺母(25)；其中，所述电机定子(21)连接至所述组件壳体(11)内侧，所述电机转子(22)设于电机定子(21)内侧，且所述电机转子(22)通过所述连接键(23)与所述驱动半轴(14)连接以驱动所述驱动半轴(14)，所述锁紧螺母(25)用于将所述电机转子(22)与所述驱动半轴(14)锁紧，所述间隙调整环(24)设于所述电机定子(21)、电机转子(22)之间，用于调整两者间距。

4.根据权利要求2所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，所述测角模块(3)包括：动光栅压盘(31)、橡胶垫(32)、动光栅盘(33)、静光栅片(34)、红外灯头(35)、读数头(36)、调制解码电路(37)、电路托架(38)、外罩壳(39)；其中，所述测角模块(3)通过所述电路托架(38)与所述组件壳体连接；所述动光栅压盘(31)与所述盘片座(18)连接；所述红外灯头(35)、静光栅片(34)依次由下向上层摞于所述电路托架(38)上；所述动光栅盘(33)通过所述橡胶垫(32)被所述动光栅压盘(31)压紧于所述盘片座(18)上；所述读数头(36)与调制解码电路(37)连接并安装在所述电路托架(38)上，所述外罩壳(39)与所述电路托架(38)连接。

5.根据权利要求4所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，所述制动模块(4)包括：磁轭(41)、线圈(42)、衔铁片(43)、摩擦片(44)；其中，所述磁轭(41)与所述外罩壳(39)连接，所述衔铁片(43)与所述动光栅压盘(31)连接，所述摩擦片(44)安装与所述衔铁片(43)上，所述线圈(42)固定设于所述磁轭(41)上。

6.根据权利要求4所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，还包括，所述测角模块(3)中通过所述动光栅压盘(31)、橡胶垫(32)控制所述动光栅盘(33)安装压紧力。

7.根据权利要求2所述的空间模块化高精度伺服驱动组件总成，其特征在于，还包括，所述预紧轴承对(17)经由所述内衬套(16)和外衬套(12)过渡后通过输出半轴(12)和定子

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压紧盖(13)固定于驱动半轴(14)和组件壳体(11)上；所述外衬套(12)与组件壳体(11)间为两点支撑可控过盈配合；预紧轴承对(17)的预紧力通过所述输出半轴(12)实现加载。

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一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成

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技术领域

[0001]本发明涉及空间伺服驱动组件技术领域，特别涉及一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成。

背景技术

[0002]空间伺服驱动组件是空间指向机构的核心部件，它是空间指向机构完成运动输出、力矩输出、角度反馈、状态保持的基础。[0003]随着我国空间研究探索，军(民)事卫星事业的发展，对指向机构的需求朝着多元化方向发展，其中尤以高精度需求最为突出，相应地，作为指向机构核心部件的驱动组件亦朝着高精度方向发展。

[0004]空间研究与应用规划了大量的空间任务，不同任务对驱动组件的精度、力矩等要求迥异，造成了驱动组件往往只适应配套的指向机构，形成了种类繁多、通用性、互换性差的多种驱动组件；同时，由于高精度和温度环境适应性是矛盾的，温度适应性良好的高精度回转轴系是通过大量的设计计算、试验验证确定的，过程中耗费了大量人力、物力和财力；面向指向机构配套驱动组件致使轴系不断变更，导致产品的研制成本与研制周期增加，降低产品成熟度，同时增大了产品研制的技术风险。[0005]因此，需要设计一种驱动组件，该驱动组件具备高精度的基础轴系，在不改变轴系情况下通过模块互换实现驱动组件对不同精度、力矩的广泛适应性。发明内容

[0006]本发明的目的在于提供一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成，以解决现有的技术中所存在的研发成本高、技术风险大、通用性差不便互换的问题。[0007]为实现上述目的，本发明提供一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成，包括回转支撑模块、驱动模块、测角模块、制动模块及安全轴承，其中，所述回转支撑模块用于安装在固定支架上，以提供回转支撑；所述驱动模块与所述回转支撑模块相连接，用于进行力矩和角位移输出；所述测角模块与所述回转支撑模块相连接，所述测角模块用于识别驱动组件总成的运动角位移；所述制动模块与所述测角模块相连接，所述制动模块用于根据所述运动角位移调整所述驱动模块的力矩和角位移输出，以驱动组件总成的力矩和角位移输出。

[0008]较佳地，所述回转支撑模块包括：组件壳体、外衬套、定子压紧盖、驱动半轴、输出半轴、内衬套、预紧轴承对、盘片座；其中，所述回转支撑模块通过所述组件壳体安装在固定支架上；所述外衬套设置于所述组件壳体内，用于将所述预紧轴承对连接至所述组件壳体上，同时通过所述定子压紧盖将预紧轴承对轴向固定；所述预紧轴承对内侧通过内衬套将所述驱动半轴及输出半轴连成整体并实现轴向紧固连接；所述盘片座固定于所述驱动半轴上以提供与所述测角模块的接口。[0009]较佳地，所述驱动模块包括：电机定子、电机转子、连接键、间隙调整环、锁紧螺母；

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其中，所述电机定子连接至所述组件壳体内侧，所述电机转子设于电机定子内侧，且所述电机转子通过所述连接键与所述驱动半轴连接以驱动所述驱动半轴，所述锁紧螺母用于将所述电机转子与所述驱动半轴锁紧，所述间隙调整环设于所述电机定子、电机转子之间，用于调整两者间距。[0010]较佳地，所述测角模块包括：动光栅压盘、橡胶垫、动光栅盘、静光栅片、红外灯头、读数头、调制解码电路、电路托架、外罩壳；其中，所述测角模块通过所述电路托架与所述组件壳体连接；所述动光栅压盘与所述盘片座连接；所述红外灯头、静光栅片依次由下向上层摞于所述电路托架上；所述动光栅盘通过所述橡胶垫被所述动光栅压盘压紧于所述盘片座上；所述读数头与调制解码电路连接并安装在所述电路托架上，所述外罩壳与所述电路托架连接。

[0011]较佳地，所述制动模块包括：磁轭、线圈、衔铁片、摩擦片；其中，所述磁轭与所述外罩壳连接，所述衔铁片与所述动光栅压盘连接，所述摩擦片安装与所述衔铁片上，所述线圈固定设于所述磁轭上。[0012]较佳地，还包括，所述测角模块中通过所述动光栅压盘、橡胶垫控制所述动光栅盘安装压紧力。

[0013]较佳地，还包括，所述预紧轴承对经由所述内衬套和外衬套过渡后通过输出半轴和定子压紧盖固定于驱动半轴和组件壳体上；所述外衬套与组件壳体间为两点支撑可控过盈配合；预紧轴承对的预紧力通过所述输出半轴实现加载。[0014]本发明具有以下有益效果：[0015]1、本发明采用全新的模块化布局方式和固定的回转支撑轴系设计、驱动模块、测角模块和制动模块可以根据需求选用不同的驱动能力、测角精度、制动能力的产品进行机械拼装，实现了产品的通用性、互换性，同时降低了研制风险和缩短了研制周期；[0016]2、本发明中安全轴承的设置可以有效抵抗振动引起的轴系颤振，提高了产品振动载荷耐受性；[0017]3、本发明的空心轴作为电缆通道或光路通道，可以保证电缆或光路的使用可靠性；

[0018]4、本发明采用内、外轴套设计，克服了不同材料间热不匹配，保证产品的高低温耐受性，同时降低了产品重量。附图说明

[0019]图1是本发明提供的伺服驱动组件总成的外形示意图；[0020]图2是本发明提供的伺服驱动组件总成的主剖视图；[0021]图3是本发明提供的回转支撑模块的主剖视图；[0022]图4是本发明提供的驱动模块的主剖视图；[0023]图5是本发明提供的测角模块的主剖视图；[0024]图6是本发明提供的制动模块的主剖视图；[0025]标号说明：1—回转支撑模块、11—组件壳体、12—外衬套、13—定子压紧盖、14—驱动半轴、15输出半轴、16—内衬套、17—预紧轴承对、18—盘片座、2—驱动模块、21—电机定子、22—电机转子、23—连接键、24—间隙调整环、25—锁紧螺母、3—测角模块、31—动光

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栅压盘、32—橡胶垫、33—动光栅盘、34—静光栅片、35—红外灯头、36—读数头、37—调制解码电路、38—电路托架、39—外罩壳、4—制动模块、5—安全轴承、41—磁轭、42—线圈、43—衔铁片、44—摩擦片。具体实施方式

[0026]以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

[0027]为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。[0028]如图1、2所示实例，本实施方式提供了一种空间模块化高精度伺服驱动组件总成，该驱动组件总成包括回转支撑模块1、驱动模块2、测角模块3、制动模块4及安全轴承5，其中，所述回转支撑模块1用于安装在固定支架上，以提供回转支撑；所述驱动模块与所述回转支撑模块1相连接，用于进行力矩和角位移输出；所述测角模块3与所述回转支撑模块1相连接，所述测角模块3用于识别驱动组件总成的运动角位移；所述制动模块4与所述测角模块3相连接，所述制动模块4用于根据所述运动角位移调整所述驱动模块的力矩和角位移输出，以驱动组件总成的力矩和角位移输出；安全轴承5安装于回转支撑模块1与测角模块3之间，用于提高驱动组件总成的振动力学耐受性。[0029]如图2所示，该总成的回转支撑模块1包括：组件壳体11、外衬套12、定子压紧盖13、驱动半轴14、输出半轴15、内衬套16、预紧轴承对(含隔圈)17、盘片座18；驱动模块包括：电机定子21、电机转子22、连接键23、间隙调整环24、锁紧螺母25；测角模块3包括：动光栅压盘31、橡胶垫32、动光栅盘33、静光栅片34、红外灯头35、读数头36、调制解码电路37、电路托架38、外罩壳39；制动模块包括：磁轭41、线圈42、衔铁片43、摩擦片44。[0030]如图3所示实例，回转支撑模块1从左到右套装有输出半轴15，外衬套12、组件壳体11、预紧轴承对(含隔圈)17、内衬套16、驱动半轴14、定子压紧盖13和盘片座18；其中，回转支撑模块1通过组件壳体11安装在固定支架上；预紧轴承对(含隔圈)17通过内衬套16与将输出半轴15、驱动半轴14连成整体，并通过螺钉实现轴向紧固，并在输出半轴15、驱动半轴14配以过盈销(图中未示出)防止两个半轴相对转动；通过控制内衬套16的长度和壁厚保障预紧轴承对(含隔圈)17的预紧力可控；外衬套12设置于组件壳体11内，通过外衬套12过渡，将预紧轴承对(含隔圈)17与组件壳体11连接，并通过定子压紧盖13实现轴向固定；通过控制外衬套1)与组件壳体11、内衬套16与两个半轴14、15的配合面位置、配合长度、配合公差解决支撑刚度、回转精度与热适应性之间的矛盾；盘片座18通过螺钉安装于驱动半轴14上，用于提供与测角模块3的接口，并辅以过盈销(图中未示出)实现回转方向防错动。[0031]如图4所示，本实施方式中的驱动模块2在本实施例中可视为一个分体式电机。该驱动模块2的电机定子21通过下端螺纹连接至组件壳体11内侧，电机转子22设于电机定子21内侧，且通过连接键23与驱动半轴14连接以驱动所述驱动半轴14，实现驱动模块2与回转支撑模块1的连接，间隙调整环24设于电机定子21、电机转子22之间，用于调整电机定子21与电机转子22之间的轴向间距。锁紧螺母25用于将电机转子22与驱动半轴14锁紧。此外，本

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实施例中的连接键23与对应的键槽的配合为过盈配合，以保证高精度运动的传递。[0032]如图5所示，本实施例中的测角模块3可视为一分体式光电编码器，其通过电路托架38与组件壳体11实现连接。而本实施方式中动光栅压盘31与盘片座18连接，实现测角模块3与回转支撑模块1之间的连接；红外灯头35、静光栅片34依次由下往上通过螺钉层摞于电路托架38上；动光栅盘33通过橡胶垫32被动光栅压盘31压紧于盘片座18上；读数头36安装在调制解码电路37后，且二者组合体通过螺钉安装于电路托架38上；外罩壳39通过螺钉与电路托架38连接；本实施方式中动光栅压盘31安装压紧力由动光栅压盘31压紧止口高度和橡胶垫32厚度的差值实现控制。[0033]如图6所示，本实施方式中制动模块可视为一分体式电磁摩擦制动器，其通过磁轭41与外罩壳39连接，衔铁片43与光栅压盘31连接，从而实现模块间连接。而摩擦片44通过铆钉安装于衔铁片43上；线圈42通过胶粘固定于磁轭41上。[0034]优选的实施例中，测角模块3中通过动光栅压盘31、橡胶垫32控制动光栅盘33安装压紧力。[0035]另一优选的实施例中，预紧轴承对17经由内衬套16和外衬套12过渡后通过输出半轴12和定子压紧盖13固定于驱动半轴14和组件壳体11上；外衬套12与组件壳体11间为两点支撑可控过盈配合；预紧轴承对17的预紧力通过输出半轴12实现加载。[0036]本发明的工作原理：该实例通过组件壳体11安装于固定支架时，驱动模块提供力矩与角位移，回转支撑模块1提供回转支撑，分离驱动组件总成的固定部分与回转部分，测角模块3识别运动角位移、制动模块4可按照需求进行刹车驱动组件总成的力矩和角位移输出，各模块分工、接口；如对总成的特性要求(如精度、力矩)发生改变，可在保证基础轴系——对应本例中回转支撑模块1不变的情况下，通过更换驱动模块2、测角模块3或制动模块4实现面向新需求的驱动组件的快速化、低成本、低风险、高通用化、高互换性研制。

[0037]本发明在不改变基础轴系情况下，通过模块之间的互换、更新实现驱动组件对不同精度、力矩的广泛适应性，可有效解决现有空间驱动组件品种繁多，通用性差、互换性低、研制周期长、研制风险高等不足。[0038]以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

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图1

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