CN102624144A - 动力输出装置输出轴上的缓冲机构及其应用的伺服电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构及其应用的伺服电机。该缓冲机构与负载连接件连接，输出轴带动缓冲机构而驱使负载连接件运动，所述缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸。在伺服电机的输出轴上应用上述缓冲机构。本发明结构简单，能够有效地消除负载连接件在伺服电机处于开始运动和停止运动两个临界点时的惯性力，保护减速机构上的齿轮。
Description
技术领域
本发明涉及一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构及其应用的伺服电机。
背景技术
现有技术中，机械人或者航模上普遍采用伺服电机作为动力源，驱动各部件运动，伺服电机的结构如图1至图4所示，包括壳体101、控制电路102、电机103、减速机构104和摆臂105，其中控制电路102、电机103和减速机构104设于壳体内，减速机构的输出轴106伸出壳体与摆臂105刚性连接，摆臂105与负载连接件(图中未示出)连接。伺服电机的输出轴的转动范围被限位机构限位，当伺服电机处于正传或者反转的极限位置时，由于负载物体的惯性原因，负载连接件在上述极限位置存在对输出轴的一个惯性力，当负载连接件质量越大其惯性力也越大，由于惯性力的冲击作用极容易出现减速器齿轮扫齿现象而导致齿轮损坏，使伺服电机无法正常运作，尤其发生于精密仪器上。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构，该缓冲机构结构简单，能够有效地消除负载连接件在动力输出装置处于开始运动和停止运动两个临界点时的惯性力，保护动力输出装置使其正常运作。
上述目的是通过如下技术方案来实现的：
一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构，该缓冲机构与负载连接件连接，输出轴带动缓冲机构而驱使负载连接件运动，其特征在于：所述缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸。
以上技术方案可通过以下措施作进一步改进：
所述第一磁块和第二磁块的个数至少为两个并且各第一磁块环绕输出轴周向布置。
所述的第一层转动件上相邻的第一磁块在同一端面上的磁极是相反的。
所述第一层转动件和第二层转动件均呈圆盘状，其中第二层转动件边缘处向外伸出一与负载连接件连接的安装部，负载连接件安装在安装部上。
所述缓冲机构还包括一第三层转动件，所述第三层转动件可转动地安装在输出轴上并且位于第一层转动件和第二层转动件之间，第三层转动件上设有第三磁块，第三磁块与第一磁块、第二磁块位置对应并且第三磁块与第一磁块相互吸引、第三磁块与第二磁块相互吸引。
本发明的另一个目的在于提供一种伺服电机，该伺服电机能够有效地保护减速机构上的齿轮。
上述目的是通过如下技术方案来实现的：
一种伺服电机，包括一壳体，所述壳体内设有控制电路、电机和减速机构，电机与减速机构连接，减速机构的输出轴伸出壳体并安装有缓冲机构，所述缓冲机构与负载连接件连接，其特征在于：所述缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸。
以上技术方案可通过以下措施作进一步改进：
所述减速机构上设有限位机构以使输出轴具有一正转最大位置和一反转最大位置，输出轴在正转最大位置和反转最大位置之间来回转动，所述减速机构包括齿轮减速组，齿轮减速组与输出轴和电机轴分别连接。
所述第一磁块和第二磁块的个数至少为两个并且各第一磁块环绕输出轴周向布置。
所述的第一层转动件上相邻的第一磁块在同一端面上的磁极是相反的。
所述缓冲机构还包括一第三层转动件，所述第三层转动件可转动地安装在输出轴上并且位于第一层转动件和第二层转动件之间，第三层转动件上设有第三磁块，第三磁块与第一磁块、第二磁块位置对应并且第三磁块与第一磁块相互吸引、第三磁块与第二磁块相互吸引。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)在动力输出装置输出轴上设置缓冲机构，该缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸，其结构简单，能够有效地消除负载连接件在电机动力装置处于两个极限位置时的惯性力，保护动力输出装置使其正常运作；
(2)所述第一磁块和第二磁块的个数至少为两个并且环绕输出轴周向布置，所述的第一层转动件上相邻的第一磁块在同一端面上的磁极是相反的。能够防止第当一层转动件第层转动件发生相对转动的角度较大时而不能自动复位；
(3)所述缓冲机构还包括一第三层转动件，所述第三层转动件可转动地安装在输出轴上并且位于第一层转动件和第二层转动件之间，第三层转动件上设有第三磁块，第三磁块与第一磁块、第二磁块位置对应并且第三磁块与第一磁块相互吸引、第三磁块与第二磁块相互吸引，方便调节，第二层转动件与第三层转动件之间的磁阻力可以根据需要设定小于第一层转动件与第三层转动件之间的磁阻力，这样更有效地缓冲负载连接件的惯性力，保护齿轮；
(4)在伺服电机上设置缓冲机构，该缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸，其结构简单，能够有效地消除负载连接件在电机动力装置处于极限位置时产生的惯性力，保护减速机构上的齿轮。
(5)第一磁块和第二磁块的数量可以根据产生磁阻力的大小来决定，调节简单方便，更加有效保护齿轮。
附图说明
图1为现有的伺服电机的立体结构示意图；
图2为现有的伺服电机的立体分解示意图；
图3为现有的伺服电机的结构剖视图；
图4为图3的A-A剖视图；
图5为本发明的伺服电机的立体结构示意图；
图6为本发明的伺服电机的立体分解示意图；
图7为本发明的伺服电机隐藏上盖的立体结构示意图；
图8为本发明的伺服电机的结构剖视图；
图9为图8的输出轴和缓冲机构处于最大正转位置时的B-B剖视图；
图10为图8的输出轴和缓冲机构处于最大反转位置时的B-B剖视图；
图11为本发明的伺服电机的另一实施例立体结构示意图；
图12为本发明的伺服电机的另一实施例立体分解示意图；
图13为本发明的缓冲机构从静止到运动的工作原理示意图；
图14为本发明的缓冲机构从运动到静止的工作原理示意图。
具体实施方式
下面接合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图5至图14所示，一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构，该缓冲机构1与负载连接件(图中未示出)连接，输出轴带动缓冲机构1而驱使负载连接件运动，所述缓冲机构1包括层叠设置的第一层转动件2和第二层转动件3，第一层转动件2固定安装在输出轴11上，第二层转动件3设有一第二枢孔31，一螺钉32穿过所述第二枢孔31旋入输出轴11而将第二层转动件3可转动地安装输出轴11上并叠放于第一层转动件2的上方，螺钉32与第二枢孔31之间设有芯套33，第一层转动件2上设有一个或者多个环绕输出轴周向布置的第一磁块21，相邻的第一磁块21在同一端面上的磁极是相反的，第二层转动件3上设有与各第一磁块21位置对应的第二磁块34，各第一磁块21与第二磁块34位置对应且相互吸引，如图6所示，在本实施例中，第一层转动件2上设有四个第一磁块21，第一层转动件2与第二层转动件3的位置对应且各第一磁块21的磁极布置为N、S、N、S，则第二层转动件3与第一层转动件2的位置对应且各第二磁块34的磁极应布置为S、N、S、N。
所述第一层转动件2和第二层转动件3均呈圆盘状，其中第二层转动件3边缘处向外伸出一与负载连接件连接的安装部35，负载连接件安装在安装部35上。
如图11和12所示，所述缓冲机构1还包括一第三层转动件4，所述第三层转动件4设有一第三枢孔41，螺钉32依次穿过所述第二枢孔31和第三枢孔41旋入输出轴而将第二层转动件3和第三层转动件4可转动地安装输出轴11上，由此，第三层转动件4叠放于第一层转动件2的上方而第二层转动件3叠放于第三层转动件4的上方。如图12所示，在本实施例中，第一层转动件2与第三层转动件4的位置对应且在接合面上的各第一磁块21的磁极布置为N、S、N、S，则第三层转动件4与第一层转动件2的位置对应且在接合面上各第三磁块42的磁极应布置为S、N、S、N，此时，第三层转动件4与第二层转动件3的位置对应且在接合面各第三磁块42的磁极布置为N、S、N、S，则第二层转动件3与第三层转动件4的位置对应且在接合面上的各第二磁块34的磁极应布置为S、N、S、N。第二层转动件3与第三层转动件4之间的磁阻力可以根据需要设定小于第一层转动件2与第三层转动件4之间的磁阻力。
第二层转动件3和第三层转动件4也可以通过轴承可转动地安装在输出轴上。
如图5至12所示的一种伺服电机，包括一壳体，所述壳体是由上盖51和下盖52拼合而成的，壳体内设有控制电路53、位置检测装置57、电机54和减速机构6，电机54与减速机构6连接，减速机构6的输出轴11伸出上盖51并安装有缓冲机构1，所述缓冲机构1与负载连接件(图中未示出，例如可以为舵面拉杆)连接，所述缓冲机构1包括层叠设置的第一层转动件2和第二层转动件3，第一层转动件2固定安装在输出轴11上，第二层转动件3设有一第二枢孔31，一螺钉32穿过所述第二枢孔31旋入输出轴11而将第二层转动件3可转动地安装输出轴11上并叠放于第一层转动件2的上方，螺钉32与第二枢孔31之间设有芯套33，第一层转动件2上设有4个环绕输出轴周向布置的第一磁块21，相邻的第一磁块21在同一端面上的磁极是相反的，第二层转动件3上设有与各第一磁块21位置对应的第二磁块34，各第一磁块21与对应的第二磁块34相互吸引，如图6所示，在本实施例中，第一层转动件2上设有四个第一磁块21，第一层转动件2与第二层转动件3的位置对应且各第一磁块21的磁极布置为N、S、N、S，则第二层转动件3与第一层转动件2的位置对应且各第二磁块34的磁极应布置为S、N、S、N。
所述减速机构6上设有限位机构以使输出轴11具有一正转最大位置和一反转最大位置，输出轴11在正转最大位置和反转最大位置之间来回转动，如图9所示，输出轴11和缓冲机构1位于正转最大位置，如图10所示，输出轴11和缓冲机构1位于反转最大位置。
如图7至图10所示，所述减速机构6由若干个齿轮组成的齿轮减速组，齿轮减速组与输出轴11和电机轴分别连接，所述齿轮减速组至少包括与输出轴11连接的第一齿轮61以及与电机配合的第二齿轮62，第一齿轮61与第二齿轮62配合，电机54带动第二齿轮62从而带动第一齿轮61和输出轴11同时转动，所述限位机构包括一从第一齿轮61端面凸出的限位柱611，当输出轴11运转到正转最大位置或者反转最大位置时，所述限位柱611抵挡于第二齿轮62。如图3和图4所示，所述限位机构也可以设置成在壳体内壁向第一齿轮61轴线方向伸出一挡块63并伸入到第一齿轮61内，第一齿轮61端面切去一部分形成正转最大位置挡部64和反转最大位置挡部65，正转最大位置挡部64和反转最大位置挡部65与挡块配合而使输出轴11在正转最大位置和反转最大位置之间来回转动。
本发明的工作原理如下：
如图13所示，当输出轴11即第一层转动件2如图13箭头所指方向转到正转最大位置时伺服电机停止转动，但由于第二层转动件3与其连接的负载连接件(图中未示出)的惯性原因，第二层转动件3仍然发生较小的转动，此时，第一层转动件2与第二层转动件3发生相对转动而使各第一磁块21与对应的第二磁块34产生错位，待第一层转动件2与第二层转动件3具有一适当的相对转动角度后，由于各第一磁块21与其对应的第二磁块34的引力作用而使第二层转动件复位，这洋便消除了输出轴11在正转最大位置时负载连接件所产生的惯性力作用对伺服电机产生的损害；
如图14所示，当输出轴11即第一层转动件2在反转最大位置时，伺服电机停止转动，但由于第二层转动件3与其连接的负载连接件(图中未示出)的惯性原因，第二层转动件3仍然发生较小的转动，此时，第一层转动件2与第二层转动件3发生相对转动而使各第一磁块21与对应的第二磁块34产生错位，待第一层转动件2与第二层转动件3具有一适当的相对转动角度后，由于各第一磁块21与其对应的第二磁块34的引力作用而使第二层转动件和负载连接件复位，这洋便消除了输出轴11在反转最大位置时负载连接件所产生的惯性力作用对伺服电机产生的损害；提高伺服电机运转控制精度。
本发明不局限于图5至图14所示实施方式的结构，当然，第一层转动件2、第二层转动件3以及第三层转动件4上磁块的个数可以为任意的，例如1个、2个、3个等；各层转动件的形状也不局限于圆盘状，例如可以为方体状；转动件的层数也不局限于2层或者3层，例如可以根据需要设置4层、5层等。
Claims (10)
1.一种动力输出装置输出轴上的缓冲机构，该缓冲机构与负载连接件连接，输出轴带动缓冲机构而驱使负载连接件运动，其特征在于：所述缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸。
2.根据权利要求1所述的动力输出装置输出轴上的缓冲机构，其特征在于：所述第一磁块和第二磁块的个数至少为两个并且各第一磁块环绕输出轴周向布置。
3.根据权利要求2所述的动力输出装置输出轴上的缓冲机构，其特征在于：所述的第一层转动件上相邻的第一磁块在同一端面上的磁极是相反的。
4.根据权利要求1所述的动力输出装置输出轴上的缓冲机构，其特征在于：所述第一层转动件和第二层转动件均呈圆盘状，其中第二层转动件边缘处向外伸出一与负载连接件连接的安装部，负载连接件安装在安装部上。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的动力输出装置输出轴上的缓冲机构，其特征在于：所述缓冲机构还包括一第三层转动件，所述第三层转动件可转动地安装在输出轴上并且位于第一层转动件和第二层转动件之间，第三层转动件上设有第三磁块，第三磁块与第一磁块、第二磁块位置对应并且第三磁块与第一磁块相互吸引、第三磁块与第二磁块相互吸引。
6.一种利用权利要求1所述的缓冲机构的伺服电机，包括一壳体，所述壳体内设有控制电路、电机和减速机构，电机与减速机构连接，减速机构的输出轴伸出壳体并安装有缓冲机构，所述缓冲机构与负载连接件连接，其特征在于：所述缓冲机构包括层叠设置的第一层转动件和第二层转动件，第一层转动件固定安装在输出轴上，第二层转动件可转动地安装在输出轴上，所述第二层转动件与负载连接件连接，第一层转动件上设有一个或者多个第一磁块，第二层转动件上设有第二磁块，第二磁块与第一磁块位置对应且磁极是相反的而产生相吸。
7.根据权利要求6所述的伺服电机，其特征在于：所述减速机构上设有限位机构以使输出轴具有一正转最大位置和一反转最大位置，输出轴在正转最大位置和反转最大位置之间来回转动，所述减速机构包括齿轮减速组，齿轮减速组与输出轴和电机轴分别连接。
8.根据权利要求6所述的伺服电机，其特征在于：所述第一磁块和第二磁块的个数至少为两个并且各第一磁块环绕输出轴周向布置。
9.根据权利要求8所述的伺服电机，其特征在于：所述的第一层转动件上相邻的第一磁块在同一端面上的磁极是相反的。
10.根据权利要求6至9任一项所述的伺服电机，其特征在于所述缓冲机构还包括一第三层转动件，所述第三层转动件可转动地安装在输出轴上并且位于第一层转动件和第二层转动件之间，第三层转动件上设有第三磁块，第三磁块与第一磁块、第二磁块位置对应并且第三磁块与第一磁块相互吸引、第三磁块与第二磁块相互吸引。
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