CN1083190A

CN1083190A - 位移控制电动机

Info

Publication number: CN1083190A
Application number: CN92110093A
Authority: CN
Inventors: 李明智
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-26
Filing date: 1992-08-26
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2007-08-26
Also published as: CN1034698C

Abstract

本发明涉及一种位移控制电动机，包括一内藏式电动马达、一主动齿轮、一被动齿轮、一传动轴轴座、一负载平衡弹簧及一负载装置，马达轴与主动齿轮连接，传动轴与被动齿轮皆枢设于传动轴轴承上；被动齿轮与主动齿轮啮合，且传动轴与主动齿轮轴位于同一直线上，负载平衡弹簧一端固定，另一端固定在传动轴轴承上，被动齿轮与负载装置连动，由于上述被动齿轮的运转而承受到负载，可沿主动齿轮轴作圆周偏移，控制传动主轴的偏转量。

Description

本发明涉及一种位移控制电动机，它具有一种经济实用并且可靠的控制结构。

目前，作为可产生位移量的装置，一般采用一种“步进马达”，步进马达之所以能达到上述位移功能，主要依靠在其内部设置相当数量的线圈构件，配合外界的控制脉冲信号，产生特定角度的移动。步进马达绝大部分使用于电脑印表机，但上述步进马达的结构设计复杂精密，且所需控制线路在多个控制脉冲与时序控制之下，所需控制机构亦属复杂，致使产品价格提高，对于仅需要简单位移控制的应用场合，这种常见的步进式马达机构，具有不够经济的缺点，有予以改进的必要。

除此之外，为实现上述目的，另有一种利用伺服机构来控制其位移量的装置（如一般玩具车的控向机构），通常它仍需应用一组独立的动力机构以供给该玩具车行进的动力，再由伺服器齿动牵引转向机构进行适当的位移量变化;然而，这种繁复的动力机构及伺服器组合不但扩大机构机体所占体积、重量，同时，对于精细、复杂的传动与伺服机构而言，亦足以造成设计、制造上的困难，而且更耗费动力能源，因此，这种利用伺服机构控制位移变化的设计，难称为一简便的设计，与上述步进马达具有相同缺点。

本发明人有鉴于已有技术的缺点，经过潜心试验与研究，以锲而不舍的发明精神，最终创作出一种简易式位移控制电动机，通过控制电动马达转速的大小，（以直流电动马达而言，于电路上串接一可变电阻即可控制），即可控制其传动轴偏转的角度与偏转量，在结构上仅利用一电动马达作为动力，配合主动、被动齿轮、传动轴轴承、负载平衡弹簧及负载装置而构成，由于无需复杂的控制线路，内部结构简化，因此提供一种简单的位移控制功能，符合较低层次如玩具车、低精度机械臂、转速表等等机构的要求，尤其适合于在不同转速下需作不同的控制动作的应用场合。

本发明的位移控制电动机，包括一进行动力传动的主动齿轮、一与主动齿轮啮合的被动齿轮及一枢接在两齿轮之间的轴承;轴承上设有一与主动齿轮轮轴成一直线的传动轴，轴承在接近被动齿轮位置上还以一弹簧扣接;通过改变主动齿轮的转速而改变被动齿轮的阻力、负载，在与弹簧的弹力平衡下，可改变轴承上传动轴以主动齿轮的轴心为圆心而作的偏转的角度的大小。

为了进一步显示本发明的结构、特征及其他目的、功效等，现举出本发明的一个具体实施例，配合附图详细说明如下：

图1A是本发明的齿轮啮合运转示意图。

图1B是本发明的被动齿轮运转承受负载而使连杆发生偏转的示意图。

图1C、图1D都是本发明的被动齿轮负载变动及平衡弹簧的弹力平衡时的偏转示意图。但图1D的被动齿轮负载较大（F′＞F）。

图2包括图2A及图2B二图，图2A、2B是本发明的被动齿轮被风阻负载装置加载以及与平衡弹簧的弹力达到平衡时的偏转示意图。（图2B的F′力大于图2A的F力）。

图3A、3B、3C是风阻负载装置与离心负载装置的构造示意图。

图4是本发明一个实施例的结构平面图（采用图3B的离心负载装置）。

图5是本发明另一实施例的结构平面图（采用图3C的离心负载装置）。

首先，就本发明的原理予以说明：如图1A所示，一主动齿轮A与另一被动齿轮B呈啮合状态，两齿轮A、B的中心轴a、b以一连杆（C）连接，当主动齿轮（A）下方受到动力带动做顺时针方向转动时，即带动该被动齿轮（B）做对应逆时针方向旋转。图1B所示，当该被动齿轮（B）本身转动受到其他外力装置阻挡，亦即将被动齿轮（B）的转动负载加重时（在转动负载小于主动齿轮（A）的扭力而主动齿轮（A）一直保持转动的状态下），被动齿轮（B）的运转受到负载，传至主动齿轮而产生反作用力（k），该反作用力（k）令被动齿轮（B）产生如图1B所示，依主动齿轮（A）的心轴（a）为圆心做顺时针方向偏移的偏移力;且被动齿轮（B）偏移时亦带动连杆（C）偏移。

再将一平衡弹簧（22）连接在连杆（C）接近被动齿轮（B）的位置上，另一端固定于固定点（E）（如图1C所示），如此，连杆（C）的偏移情况将持续到弹簧弹力与偏移力达到平衡为止，且被动齿轮（B）偏移力越大，连杆（C）偏移程度越大，请同时比较图1D所示情况。

另外，可将被动齿轮的负载设计成由被动齿轮传动产生，即如图2所示，再加装风阻负载装置（J），风阻负载装置（J）（该装置的构造如图3A所示）转动而产生的风阻力即为被动齿轮（B）的转动负载（F），被动齿轮（B）的转动越快，转动负载（F'）也越大，连杆（C）偏移程度越大，请比较图2A与图2B所示情形;至此可知通过控制主动齿轮（A）转速的高低变化，以及控制被动齿轮（B）的转速的高低变化与负载的大小变化，即可控制连杆（C）的偏转量。

至于偏移灵敏度，则借助前述负载与偏移量的关系，以改变被动齿轮负载的型式与弹簧的弹力系数来实现，至于上述被动齿轮（B）的负载型态，则可由风阻负载（J）装置改为离心负载装置（3）（如图3B所示）。

上述二种结构配置型态的共同点是负载装置转动速度与主动齿轮（A）、被动齿轮（B）的相等，且被动齿轮（B）转动越快，它们也转动越快，作用于被动齿轮（B）的转动负载也越大，但在相同的转速变化下离心负载装置（3）较风阻负载（J）有更大的负载变化。

又如图3B的离心负载装置（3）所示，它由固定不动的摩擦圆柱（G）与可转动的离心力机构（32）所组成，其中，离心力机构（32）包括物体与摩擦圆环的二组连接体（一组为物体（M1）与摩擦圆环（D1），另一组为物体（M2）与摩擦圆环（D2）），以及带动此二组连接体转动的啮合齿盘（31）;离心力机构（32）转动时便有二离心力分别作用于物体（M1）、（M2）上，进而使摩擦圆环（D1）、（D2）与摩擦圆柱（G）发生摩擦，同时使离心负载装置（3）产生转动负载（F），且转动负载（F）与转速平方成正比。

基于上述原理，以及为了缩小体积以求得在较小转速变化下有较大的传动轴转幅，本发明的位移控制马达机组如图4所示，该图面所揭示的各组件设于同一本体（1）内，内部以一电动马达（11）为动力，且其转轴（12）贯穿至马达上、下位置，并露出于本体（1）底部之外，以供应机构所需的动力，而延伸于电动马达（11）上方的转轴（12）则分别穿过一中间齿轮（4），而与一主轴齿轮（A）结合，轴承（2）一侧连接有一平衡弹簧（22），且该轴承（2）的顶部有一传动轴（21）露出于本体（1）顶部之外，以作为位移控制轴，传动轴（21）与转轴（12）位于一直线上，轴承（2）侧边以一心轴枢接一可与主动齿轮（A）啮合的被动齿轮（B），且该被动齿轮（B）在其下方位置再与中间齿轮（4）啮合，中间齿轮（4）的侧边则与离心负载装置（3）的啮合齿盘（31）相接触。

上述结构中，该电动马达（11）的转轴（12）仅与主动齿轮（A）直接传动，而与转轴（12）枢接的轴承（2）及中间齿轮（4）相互不结合，在电动马达（11）通电后，由转轴（12）带动主动齿轮（A）转动后，再带动被动齿轮（B）转动，被动齿轮（B）的转动动力再传递至中间齿轮（4）与负载装置（3）上，将图4与图1B比较，该轴承（2）即为图1B的连杆（C）构件，而与被动齿轮（B）啮合之中间齿轮（4）及负载装置（3）即构成被动齿轮（B）的“负载”，负载装置（3）上的离心力机构（32）则提供被动齿轮（B）的动态负载，控制电动马达（11）的转轴（12）的转速变化，在离心负载装置（3）的动态转动阻力所提供的被动齿轮（B）的动态阻力与弹簧弹力平衡下，可使轴承（2）以转轴（12）为轴心做不同程度的偏转;依照前述动作原理，在提高（或降低）电动马达（11）转速时，即造成轴承（2）较大（或较小）的偏转量，如此，可由轴承（2）的传动轴（21）作为牵动或连动的转轴，即可产生控制其他构件的动作。

本发明另一位移控制电动机实施例，如图5所示，它与图4设计上的不同处在于使用中间齿轮（4）直接带动离心机构转动，其离心负载装置（5）的构造如图3C示;图3C的离心负载装置（5）包括一离心力机构（33）与一摩擦圆环（I）;而离心力机构（33）包括物体（M3）、（M4）及中间齿轮（4）;其中，中间齿轮（4）转动时有二个离心力分别作用于物体（M3）、（M4），进而使物体（M3）、（M4）与摩擦圆环（I）发生摩擦，同时使离心负载装置（5）的转动负载-即被动齿轮（B）的转动负载产生，此外，除了装置中间齿轮（4）以取代图4的啮合齿盘（31）与中间齿轮（4）之外，其余构件的功效与作用关系与前述装置相同。

上述机构可实际应用于玩具汽车的转向控制上，由该传动轴（21）作为转向的连动机构，通过可变电阻令转速作适当变化，即可控制玩具的转向机能，而其本体（1）下方的转轴（12）则做为玩具的行进动力，具有相当高的实用性。至于其他应用则不胜枚举，如下所列即为其部份应用范围：

1.提供一种简单的位移控制功效，以适合较低层次如低精度机械臂。

2.使用马达轴与位移控制轴时的小型化设计，如上述玩具车。

3.在不同转速下需作不同的控制动作、指示的应用，如转速计。

本发明人已依上述特征制成样品，并经一再试验结果，证明使用此种结构作为位移控制确实简便实用，且功效卓著，而依以上就本发明改良结构特征的说明，足见本发明的结构精简，可节省动力能源，并便于维修，已显著增进一般产生位移量装置所没有的特殊功效及经济效益。

然而，以上所揭示的说明及图示，都只是本发明的部份实施例，不能以此限定本发明的实际实施范围，凡依照以上说明及以下权利要求中的记载作出的构造特征及功能上的各种变换，都在本发明的范围之内。

Claims

1、一种位移控制电动机，其特征在于，它包括一进行动力传动的主动齿轮、一与主动齿轮啮合的被动齿轮及一枢接在两齿轮之间的轴承；轴承上设有一与主动齿轮轮轴成一直线的传动轴，轴承在接近被动齿轮位置上以一弹簧扣接；通过改变主动齿轮的转速而改变被动齿轮的阻力、负载，在与弹簧的弹力平衡下，可改变轴承上传动轴以主动齿轮的轴心为圆心而作的偏转的角度的大小。

2、如权利要求1所述的位移控制电动机，其特征在于，可通过啮合一中间齿轮进而传递动力至一负载装置上而改变被动齿轮的阻力。

3、如权利要求2所述的位移控制电动机，其特征在于，负载装置可由离心力机构与摩擦圆环或由离心力机构与摩擦圆柱所组成。