阅读说明：本技术 一种角位移自反馈步进电机机组 (Angular displacement self-feedback stepping motor unit ) 是由 袁树峥 李学明 赵本勇 王熙 付居岳 廖远洋 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明属于步进电机设计领域,特别涉及一种角位移自反馈步进电机机组。工业领域可以选用光电编码器等实现高精度位置反馈,但难以适应航空发动机高温、振动、冲击等恶劣工况使用要求。本发明在机组壳体内包括步进电机和减速器,还包括主角位移传感器、角度比较器和次角位移传感器；在所述减速器的输入端和输出端分别级联有次角位移传感器和主角位移传感器,在次角位移传感器和主角位移传感器之间连接有角度比较器,通过角度比较器判断次角位移传感器和主角位移传感器的角度信号关系,作为状态判断依据。结构紧凑,实现了步进电机输出转矩放大功能,又实现了角位移传感器反馈机组输出轴角位移的功能,同时实现检测反馈角度准确性的功能。(The invention belongs to the field of design of stepping motors, and particularly relates to an angular displacement self-feedback stepping motor unit. The industrial field can select a photoelectric encoder and the like to realize high-precision position feedback, but is difficult to adapt to severe working conditions such as high temperature, vibration, impact and the like of an aeroengine. The invention comprises a stepping motor and a speed reducer in a unit shell, and also comprises a main angular displacement sensor, an angle comparator and a secondary angular displacement sensor; the input end and the output end of the speed reducer are respectively connected with a secondary angular displacement sensor and a main angular displacement sensor in a cascading mode, an angle comparator is connected between the secondary angular displacement sensor and the main angular displacement sensor, and the angle signal relation between the secondary angular displacement sensor and the main angular displacement sensor is judged through the angle comparator and serves as a state judgment basis. The device has compact structure, realizes the function of amplifying the output torque of the stepping motor, the function of feeding back the angular displacement of the output shaft of the unit by the angular displacement sensor, and the function of detecting the accuracy of the feedback angle.)

一种角位移自反馈步进电机机组

技术领域

本发明属于步进电机设计领域，特别涉及一种角位移自反馈步进电机机组。

背景技术

航空发动机燃油控制位置闭环系统中，步进电机控制架构相比于电液伺服阀控制具备抗污染能力强，可以实现开环控制的优点，因此在控制系统中得到大量应用。为实现步进电机闭环控制，需要对步进电机的输出角度进行反馈，工业领域可以选用光电编码器等实现高精度位置反馈，但难以适应航空发动机高温、振动、冲击等恶劣工况使用要求；选用电位计，因测量精度低、动态响应慢，不能满足控制系统高精度动态反馈要求；故通常选用旋转变压器，采用旋转变压器与步进电机轴伸端固定相同模数及齿数的齿轮，同时与齿条啮合传动，实现等比例反馈步进电机输出转角，但该结构一方面需要布置旋转变压器，增大了执行装置总体空间外廓尺寸及重量，另一方面需要采取齿轮啮合消隙措施，增加了系统结构复杂性，降低了可靠性。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种角位移自反馈步进电机机组，将步进电机、两个角位移传感器、角度比较器和减速器集成为一个机组，实现步进电机输出转矩放大及机组输出角度自反馈的功能，同时通过角度比较器对反馈角度进行比较以检测反馈角度的准确性。

本发明的角位移自反馈步进电机机组，在机组壳体内包括步进电机和减速器，减速器的输入端与步进电机连接，输出端为机组输出轴，在机组壳体内还包括主角位移传感器、角度比较器和次角位移传感器；在所述减速器的输入端和输出端分别级联有次角位移传感器和主角位移传感器，在次角位移传感器和主角位移传感器之间连接有角度比较器，通过角度比较器判断次角位移传感器和主角位移传感器的角度信号关系，作为状态判断依据。

优选的，所述减速器具有减速器壳体。

优选的，所述主角位移传感器和次角位移传感器固定在减速器壳体外侧。

优选的，所述步进电机为反应式四相8/6级步进电机。

优选的，所述减速器为两级定轴轮系减速器，在第一齿轮轴上安装有第一齿轮和第二齿轮，在第二齿轮轴上安装有第三齿轮和第四齿轮，在机组输出轴上安装有第五齿轮和第六齿轮；所述第一齿轮与β齿轮啮合，所述第二齿轮与第三齿轮啮合，所述第四齿轮和第五齿轮啮合，第六齿轮与α齿轮啮合。

优选的，所述第一齿轮轴与步进电机的输出轴连接，所述β齿轮与次角位移传感器连接，所述α齿轮与主角位移传感器连接。

优选的，所述第五齿轮和第六齿轮的传动比第四齿轮和第五齿轮的传动比第六齿轮与α齿轮的传动比第一齿轮与β齿轮的传动比

优选的，电机轴延伸后替换第一齿轮轴，在其端部具有代替端面齿轮的花键。

优选的，齿轮与齿轮轴通过花键连接。电机轴伸端设计为花键代替端面齿轮，该技术方案步进电机单双八拍驱动时，经减速器细分后机组输出轴最小步进精度达到0.25°，具备较高的控制精度，同时可以减少端面齿轮的齿数和减小分度圆半径，使减速器整体结构更加紧凑。

优选的，所述主角位移传感器和次角位移传感器均为无接触旋转变压器，与角度比较器电气连接。

该技术方案可以满足机组输出轴转角0～120°范围内的等比例准确反馈，同时满足航空发动机高温、振动、冲击等恶劣工况要求。

有益效果：本发明将步进电机、两个角位移传感器、角度比较器和减速器集成为一个机组，结构紧凑，即实现了步进电机输出转矩放大功能，又实现了角位移传感器反馈机组输出轴角位移的功能，同时通过角度比较器对反馈角度进行比较，实现检测反馈角度准确性的功能。

附图说明

图1为本发明角位移自反馈步进电机机组的示意图，

图2为本发明角位移自反馈步进电机机组的某实施例示意图。

图中：1-机组壳体、2-步进电机、3-减速器壳体、4-第一齿轮、5-第二齿轮、6-第三齿轮、7-齿轮轴、8-第四齿轮、9-第五齿轮、10-机组输出轴、11-第六齿轮、12-α齿轮、13-主角位移传感器、14-角度比较器、15-次角位移传感器、16-β齿轮

具体实施方式

如图1所示，本发明的角位移自反馈步进电机机组在机组壳体1内包括步进电机2、减速器壳体3、主角位移传感器13、角度比较器14和次角位移传感器15；在减速器壳体3内具有减速器，步进电机2与减速器的输入端连接，减速器具有多个输出端，包括与主角位移传感器13连接的输出端、与次角位移传感器15连接的输出端、以及机组输出轴10。主角位移传感器13和次角位移传感器15固定在减速器壳体3上，整体固定于机组壳体1内。

如图2所示，所述减速器为两级定轴轮系减速器，步进电机2为反应式四相8/6级步进电机，步进电机的输出轴分别与第一齿轮轴连接，第一齿轮轴分别与第一齿轮4、第二齿轮5花键连接。第一齿轮4与β齿轮16啮合，第二齿轮5与第三齿轮6啮合，其啮合传动比第三齿轮6固定在第二齿轮轴7上，第二齿轮轴7还与第四齿轮8固定连接，第四齿轮8与机组输出轴10上的第五齿轮9啮合，啮合传动比图1中虚线表示齿轮啮合关系。机组输出轴10上的第六齿轮11与α齿轮12啮合。β齿轮16的齿轮轴与次角位移传感器15连接，α齿轮12的齿轮轴与主角位移传感器13连接。在主角位移传感器13和次角位移传感器15之间连接有角度比较器14。

步进电机驱动分配方式为单四拍：A→B→C→D或双四拍：AB→BC→CD→DA时，经减速器细分后机组输出轴步进精度为0.5°；当步进电机驱动分配方式为单双八拍：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA时，经减速器细分后机组输出轴步进精度达到0.25°，同时机组输出轴10输出转矩为步进电机输出转矩的30倍。

所述主角位移传感器13和次角位移传感器15均为无接触旋转变压器，与角度比较器14进行电气连接，α齿轮12与第六齿轮11的啮合传动比β齿轮16与第一齿轮4的啮合传动比当步进电机驱动机组输出轴10转动时，机组输出轴10的转角经第六齿轮11、α齿轮12传递给主角位移传感器13，主角位移传感器在激励电压U_R1R2作用下输出电压U_S1S3、U_S2S4；同时步进电机通过第一齿轮4、β齿轮16传递给次角位移传感器15，次角位移传感器15在激励电压U_R1′R2′作用下输出电压U_S1′S3′、U_S2′S4′；角度比较器14采集两个角位移传感器的输出电压并转换为角度 同时对角度信号进行比较，当机组输出轴10在转动过程中比较角度关系满足β＝3α时，则等比例反馈机组输出角度正常，若角度关系不满足β＝3α则判断输出角度异常。