CN107607036A - 摆动机构 - Google Patents

Abstract

公开了一种摆动机构，主要用于小巧的装备上的电力驱动的小角度摆动，包括摆动驱动器和摆动角度检测器。所述摆动驱动器包括机座、磁铁、前导磁板、后导磁板、导磁板支撑、转轴、线框架、线框。磁铁的充磁方向平行于转轴的轴线方向，磁铁的左半部分与右半部分充磁方向相反。线框位于磁场间隙中，线框中有盘绕的螺线管，螺线管的轴线与回转轴平行，但是偏心地布置在回转轴的侧面，可动部分做圆周方向的摆动。摆动角度检测器的固定部分与摆动驱动器的固定部分固联，其活动部分与摆动驱动器的活动部分固联。该摆动机构可以实现可控的小角度摆动，与普通的盘式电机加编码器的结构比较，结构紧凑，体积显著减小。

Description

摆动机构

技术领域

本发明涉及一种摆动机构，尤其涉及用于小巧的装备上的电力驱动的小角度摆动机构。

背景技术

仪器仪表等设备上常常采用伺服驱动的摆动、扫描机构。以往的典型解决方案常常是采用电机加光电编码器或其他角度检测元件实现位置以及速度可控的摆动。常规方案的优点是，电机、角度检测元件可以采用普通的商品化元件，但是由于这两类元件多为完整的圆柱或圆盘形状，组合后体积较大、不便于摆动机构的小型化。

常规可伺服控制驱动的摆动机构为了避免传动间隙造成角度控制误差，常采用角度检测元件与摆动输出轴直接固联的结构，甚至也要将驱动电机直接与摆动输出轴固联，这就必然形成驱动电机与角度检测元件串联的结构。如果使用摆动机构的设备对轴向尺寸要求苛刻，就难以满足要求了。

而有些设备对摆动机构的需求特点是摆角较小、不需要整周回转，不同于大角度摆动情况，就可能通过改变元件的形状及结合方式的措施减小整个摆动机构的体积。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为需要使用摆动机构驱动的允许偏心布置的设备提供一种小巧的可伺服控制的摆动机构。

本发明的解决方案是：摆动机构包括摆动驱动器和摆动角度检测器。所述摆动驱动器可进一步分为固定部分和可动部分；其固定部分包括机座、磁铁、前导磁板、后导磁板、导磁板支撑。机座上开有安装摆动转轴的轴孔。前导磁板通过导磁板支撑与后导磁板固联，后导磁板与机座固联。磁铁的充磁方向平行于转轴的轴线方向，磁铁的左半部分与右半部分充磁方向相反。

如果采用一块磁铁，则磁铁固联地安装在前导磁板的后侧，或者固联地安装在后导磁板的前侧，磁铁与不直接固联的另一块导磁板之间形成磁场间隙，磁场间隙中左半部分与右半部分的磁场方向相反。

如果采用两块，则分别联地安装在前导磁板的后侧和后导磁板的前侧，安装于前导磁板的磁铁位于安装于后导磁板的磁铁的正前方，位置对齐、异性磁极隔着间隙相邻近，两块磁铁之间形成左半部分与右半部分磁场方向相反的磁场间隙。

如果磁铁采用整块磁铁充磁方向一致的结构，则上述的磁铁左半部分与右半部分分别采用一块小的磁铁，并将磁极颠倒地固联安装在同一导磁板上实现并排拼接。

磁铁与导磁板共同产生平行于转轴方向的磁场。

所述摆动驱动器的可动部分包括转轴、线框架、线框；

而线框架固联于转轴，转轴装于机座的轴孔中，摆动驱动器的可动部分整体绕转轴做圆周方向的摆动。

线框固定于线框架，位于所述磁场间隙中。线框中有盘绕的螺线管，螺线管的轴线与回转轴平行，但是偏心地布置在回转轴的旁边；

具体地，线框可以是沿着近似扇形或近似倒置的梯形的周边走线的螺线管，在通电流时，其大致平行于转轴半径方向的边上就会产生摆动的驱动力。

摆动角度检测器也分为固定部分与可动部分，其固定部分与摆动驱动器的固定部分固联，其活动部分与摆动驱动器的活动部分固联。这样将有效减小摆动机构的轴向尺寸，甚至完全做到摆动角度检测器与摆动驱动器并排布置，而不是象常规那样串联布置。

摆动角度检测器可以是光栅原理的、磁栅原理的、电位计原理的，或者其他以检测相互位移为基础的原理。相应地，应该将方便移动、质量轻的部件安置在可动部分中。

所述摆动角度检测器的活动部分可以是扇形的，类似于圆光栅的一部分，或圆形磁栅的一部分，或旋转式电位计的一部分，固联在线框架的远离回转轴一侧的弧线部位；该扇形活动部分的圆弧中心与回转轴同心，其上带有沿着弧线排布的用于产生转角检测信息的结构，该检测信息的结构是动光栅条纹，或者是磁栅中的磁化条纹，或者是滑动变阻器的电阻材料，或者是滑动变阻器的电刷，或者是其他适合用于产生转角检测信息而适合安装于转动部件的结构。如果该活动部分是动光栅，则光栅条纹方向是沿着径向呈扇形排布的。

相应地，所述摆动角度检测器的固定部分包括与产生转角检测信息的结构相配合的结构，该相配合的结构是定光栅及光栅信息检出器，或者是磁栅信息检出器，或者是滑动变阻器的电刷，或者是滑动变阻器的电阻材料，或者是其他适合用于产生转角检测信息而适合静止安装的结构；并且固联在机座或导磁板支撑或导磁板上。

为了进一步提优化磁场设计、减少漏磁，所述导磁板支撑或其一部分可以是由导磁材料制成的。

所述线框中的螺线管处于活动状态，与外部的电连接，可以采用常规的电刷结构，实现与引出线的固定部分连接。但是电刷结构较复杂，对于摆角较小的使用条件，可以采用一段柔软的导线过渡连接，工作过程中，这段柔性导线处于不断被弯折的状态。也可以采用柔性印刷电路代替此柔性导线，因为柔性印刷电路的弯折方向较柔性导线更确定，可以获得强度更高、更耐用的效果。

如果结构尺寸需要，为了便于磁铁的制造或满足性能要求，可以将线框设计成单绕组或多绕组的结构，微小型结构以单绕组为好。

本发明的有益效果是，通过偏心布置摆动回转轴，相对增加了力臂，提高了产生扭矩的能力，减小了垂直于回转轴截面的尺寸；通过重新组合驱动机构与角度检测元件的结合关系，也有效地减小了整个摆动机构的轴向尺寸。可以实现可控的小角度摆动，与普通的盘式电机加编码器的结构比较，其结构紧凑，体积可显著减小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面对本发明所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明摆动机构采用一块磁铁时的剖切侧视图；

图2是本发明摆动机构采用两块磁铁时的剖切侧视图；

图3是本发明摆动机构的主视图；

图4是本发明摆动机构的俯视图；

图5是本发明摆动机构的线框受力原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行描述，以进一步阐述本发明的思想。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不可能是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，所述摆动机构中仅采用了一块磁铁1，安装于前导磁板4a的后侧，前导磁板4a又通过导磁板支撑7与后导磁板4b连接，进一步与机座8固联。线框2与线框架3固联，线框架3则固联于回转轴9，并可绕着回转轴9做圆周方向的摆动。理论上采用一块磁铁、一个线框即可实现基本的摆动功能，导磁板等附属零件是为优化而设置的。

实施例2

如图2所示，这里的改进是采用了前后两块磁铁，以获得更优化的磁场分布。磁铁1a、磁铁1b，磁铁1a安装于前导磁板4a的后侧，磁铁1b安装于后导磁板4b的前侧。

图3与图4是对图2所示结构的更全面的表达。

图4中还表示了所需要的磁场方向。这里采用了两块左右充磁方向相反的单块磁铁，磁极相反地面对面安装结构。

实施例3

如图3所示，这里的磁铁采用扇形的形状，磁铁的形状设计成扇形利于以小体积获得所需强磁场，在有限的空间下应用更有意义，也更适合小角度摆动。

在电机转子方面，线框即使是圆环形、方形，均可以在上述磁场中实现左右摆动。而把线框制成扇形，则其沿着径向走线的部分能更好地产生驱动转矩，利于以小体积获得所需扭矩。

实施例4

如图5所示，这里的磁铁采用单方向充磁的小块磁铁拼接的方式，更便于磁铁充磁。用了四块小磁铁拼接成所需的两块磁铁，可以产生所需要的左右方向相反的强磁场的磁间隙。

实施例5

一般情况下，摆动角度检测器可以与所述摆动驱动器串联安装，但是必然增加设备的轴向尺寸。如图1、图2所示，本发明将摆动角度检测器与摆动驱动器充分结合。

摆动角度检测器的活动部分5附着于线框架3，或者说成为了线框架3的一部分；

摆动角度检测器的固定部分6固联于机座8，当然也可以根据具体结构需要，将其固联于导磁板4a、或者导磁板4b、或者导磁板支撑7。这样，就实现了将摆动角度检测器与摆动驱动器并联布置，减小了设备的轴向尺寸。

本发明还将摆动角度检测器的可动部分5固联于线框架上远离回转轴的位置。以图3中所示的圆光栅测角元件为例，将动光栅刻在较大直径的一部分圆弧上，既可以实现对较小角度的高分辨率检测，又避免了占用整个圆周的尺寸。这里，摆动角度检测器的固定部分6在回转轴的上侧固联于机座，实现了光栅摆动角度检测器与摆动驱动器的并列布置。

显然，角度检测器也可以根据需要选择其他任何原理的元件，例如磁栅、旋转电位计等。对于光栅、磁栅等，摆动角度检测器的固定部分6就是信号检出器，便于减少惯量、有利电器连接；对于旋转电位计，则摆动角度检测器的固定部分6既可以是滑动电刷，也可以是电阻材料膜，都需要有一个电刷才能实现电器连接。

实施例6

图5示意了摆动的驱动力产生的原理。在磁间隙中，线框2的左右两个边均受到向右的电磁力作用，从而使转轴顺时针摆动。当电流方向与图5中相反时，电磁力方向相反，从而使转轴逆时针摆动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，特别是电机定子的结构可以有丰富的变化，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.摆动机构，其特点是，包括摆动驱动器和摆动角度检测器；

所述摆动驱动器，分为固定部分和可动部分；

摆动驱动器的固定部分包括机座、磁铁、前导磁板、后导磁板、导磁板支撑；

机座开有安装摆动转轴的轴孔；前导磁板通过导磁板支撑与后导磁板固联，后导磁板与机座固联；磁铁的充磁方向平行于转轴的轴线方向，磁铁的左半部分与右半部分充磁方向相反；

如果采用一块磁铁，则磁铁固联地安装在前导磁板的后侧，或者固联地安装在后导磁板的前侧，磁铁与不直接固联的另一块导磁板之间形成磁场间隙；磁场间隙中，左半部分与右半部分的磁场方向相反；

如果采用两块磁铁，则分别固联地安装在前导磁板的后侧和后导磁板的前侧，安装于前导磁板的磁铁位于安装于后导磁板的磁铁的正前方，位置对齐、异性磁极隔着间隙相邻近，两块磁铁之间形成左半部分与右半部分磁场方向相反的磁场间隙；

如果磁铁采用整块磁铁充磁方向全部一致的结构，则上述的磁铁左半部分与右半部分，分别采用一块小的磁铁，并将磁极颠倒地固联安装在同一导磁板上实现并排拼接；

所述摆动驱动器的可动部分包括转轴、线框架、线框；

线框固定于线框架，线框架固联于转轴，转轴装于机座的轴孔中，摆动驱动器的可动部分整体做圆周方向的摆动；

线框位于所述磁场间隙中，线框中有盘绕的螺线管，螺线管的轴线与回转轴平行，但是偏心地布置在回转轴的侧面；

摆动角度检测器也分为固定部分与可动部分，其固定部分与摆动驱动器的固定部分固联，其活动部分与摆动驱动器的活动部分固联。

2.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述摆动驱动器的活动部分的外形大致为扇形，其线框中的导线是沿着所述扇形边缘走线的。

3.根据权利要求2所述摆动机构，其特点是，所述摆动驱动器中的磁铁是大致为扇形的。

4.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述摆动角度检测器的活动部分是扇形的，固联在线框架的远离回转轴一侧的弧线部位；该扇形活动部分的圆弧中心与回转轴同心，其上带有沿着弧线排布的用于产生转角检测信息的结构，该检测信息的结构是动光栅条纹，或者是磁栅中的磁化条纹，或者是滑动变阻器的电阻材料，或者是滑动变阻器的电刷，或者是其他适合用于产生转角检测信息而适合安装于转动部件的结构；

所述摆动角度检测器的固定部分包括与产生转角检测信息的结构相配合的结构，该相配合的结构是定光栅及光栅信息检出器，或者是磁栅信息检出器，或者是滑动变阻器的电刷，或者是滑动变阻器的电阻材料，或者是其他适合用于产生转角检测信息而适合静止安装的结构；

所述摆动角度检测器的固定部分固联于机座、或导磁板支撑、或导磁板。

5.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述螺线管的引出线是用柔性印刷电路材料制成的。

6.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述螺线管的引出线是用柔性导线制成的。

7.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述螺线管是用电刷实现与引出线的固定部分连接的。

8.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述导磁板支撑或其一部分是由导磁材料制成的。

9.根据权利要求1所述摆动机构，其特点是，所述线框是由单绕组构成的。