CN108768057B - 一种防撞驱动电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防撞驱动电机，包括定子、转子、轴承一、端盖、弹性元件一、碳刷安装结构、轴承二、弹性元件二，转子的输出轴一上套设有端盖、轴承一，转子的输出轴二上套设有轴承二及碳刷安装结构，定子的一端固定在碳刷安装结构上，另一端固定在端盖上，弹性元件一位于轴承一和端盖之间，轴承二位于碳刷安装结构内，轴承二位于轴承二和碳刷安装结构之间，防撞驱动电机整体装配完成时，弹性元件一、弹性元件二分别处于预紧状态，弹性元件一的弹力与弹性元件二的弹力相同。本发明的优点是由于设有弹性元件一及弹性元件二，可以有效降低防撞驱动电机在装配、运输过程中的振动，减少发生碰撞的危险性，提高防撞驱动电机的稳定性及安全性。

Description

一种防撞驱动电机

技术领域

本发明涉及驱动电机领域，特别是涉及一种防撞驱动电机。

背景技术

现代健身器材中的跑步机及其他产品，一般采用的驱动电机是由直流电机上的飞轮通过多锲带将扭矩传递到前后滚筒，再通过前后滚筒使跑步带运转起来。目前使用的飞轮加装在电机的输出轴上，由于装配，运输等原因，会发生碰撞，导致装配效率下降，返工率很高，浪费人工成本，不能适应市场发展趋势。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种防撞驱动电机，以解决飞轮装配效率下降、安全性较差的技术问题。

技术方案：

一种防撞驱动电机，包括定子、转子、轴承一、端盖、弹性元件一、碳刷安装结构、轴承二、弹性元件二，所述定子套设在所述转子外侧，所述转子的输出轴一上套设有所述轴承一、所述端盖，所述转子的输出轴二上套设有所述轴承二及所述碳刷安装结构，所述定子的一端固定在所述碳刷安装结构上，另一端固定在所述端盖上，所述轴承一位于所述端盖内，所述弹性元件一位于所述轴承一和所述端盖之间，所述轴承二位于所述碳刷安装结构内，所述弹性元件二位于所述轴承二和所述碳刷安装结构之间；

当防撞驱动电机整体装配完成时，所述弹性元件一、所述弹性元件二分别处于预紧状态，此时，所述弹性元件一的弹力与所述弹性元件二的弹力相同。由于设有弹性元件一及弹性元件二，可以有效降低防撞驱动电机在装配、运输过程中的振动，可以吸收振动过程中的冲击力，并使轴承一及轴承二恢复至初始位置，减少发生碰撞的危险性，提高防撞驱动电机的稳定性及安全性。

在其中一个实施例中，所述弹性元件一为单圈波形纹弹簧，所述弹性元件二为多圈波形纹弹簧，所述弹性元件一的外径为37.85～38.36mm，所述弹性元件二的外径为24.25～24.51mm；所述多圈波形纹弹簧以螺旋波形形式缠绕三圈或三圈以上。由于飞轮一轴承一尺寸较大，故弹性元件一采用单圈波形纹弹簧，轴承二尺寸较小，故采用与之匹配的多圈波形纹弹簧，从而适应原有部件的尺寸需求，适应性较强。

在其中一个实施例中，还包括飞轮一，所述飞轮一套设在所述输出轴一上，所述飞轮一位于所述端盖远离所述轴承二一侧的外侧，所述飞轮一与所述端盖之间留有间隙三，间隙三的距离为S3。

在其中一个实施例中，还包括挡块，所述挡块套设在所述输出轴二上，所述挡块位于所述碳刷安装结构远离所述弹性元件二一侧的外侧，所述挡块和所述碳刷安装结构之间留有间隙四，间隙四的距离为S4。由于设有挡块，可以限定转子的移动距离，并在弹性元件一及弹性元件二的作用下，使转子恢复至初始位置。

在其中一个实施例中，所述端盖和所述轴承一之间留有间隙一，间隙一的距离为S1，碳刷安装结构与轴承二之间留有间隙二，间隙二的距离为S2，所述弹性元件一、所述弹性元件二的自由高度分别为H1、H2，所述弹性元件一、所述弹性元件二预紧状态时的压缩量分别为X11、X12，所述弹性元件一、所述弹性元件二压并状态时的压缩量分别为X21、X22，其中，(H1-X21)+S4＜S1＝(H1-X11)＜H1，(H2-X22)+S3＜S2＝(H2-X12)＜H2，0＜S3＜X22，0＜S4＜X21。

在其中一个实施例中，还包括飞轮二，所述飞轮二套设在所述输出轴二上，所述飞轮二位于所述碳刷安装结构远离所述弹性元件二一侧的外侧，所述飞轮二和所述碳刷安装结构之间留有间隙五。

在其中一个实施例中，还包括换向器，所述换向器套设在所述输出轴二上，所述轴承二位于所述换向器和所述弹性元件二之间。

在其中一个实施例中，所述碳刷安装结构包括安装座、两个碳刷弹簧组件及两个安装盖，所述安装座套设在所述输出轴二上，所述安装座内设有所述换向器及所述轴承二，所述安装座径向对称设有两个安装槽，所述碳刷弹簧组件一端安装在所述安装槽内且与所述换向器外表面接触，另一端与所述安装盖接触。

在其中一个实施例中，还包括两个螺杆，所述螺杆分别穿过端盖及所述碳刷安装结构后用紧固件固定。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是由于设有弹性元件一及弹性元件二，可以有效降低防撞驱动电机在装配、运输过程中的振动，可以吸收振动过程中的冲击力，并使轴承一及轴承二恢复至初始位置，减少发生碰撞的危险性，提高防撞驱动电机的稳定性及安全性。

附图说明

图1为实施例1的防撞驱动电机的爆炸图；

图2为实施例1的防撞驱动电机的剖视图；

图3为实施例1的去除弹性元件一、弹性元件二后的防撞驱动电机的剖视图；

图4为实施例1的弹性元件二的结构示意图；

图5为实施例4的防撞驱动电机的剖视图；

图中，1-定子、2-转子、201-输出轴一、202-输出轴二、3-轴承一、4-端盖、5-弹性元件一、6-碳刷安装结构、601-安装座、602-碳刷弹簧组件、603-安装盖、7-轴承二、8-弹性元件二、9-飞轮一、10-飞轮二、11-挡块、12-换向器、13-螺杆。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1及图2，一种防撞驱动电机，包括定子1、转子2、飞轮一9、轴承一3、端盖4、弹性元件一5、碳刷安装结构6、轴承二7、弹性元件二8、挡块11、换向器12及两个螺杆13。

其中，定子1套设在转子2外侧，转子2的输出轴一201上套设有端盖4、轴承一3、弹性元件一5及飞轮一9，转子2的输出轴二202上套设有换向器12、轴承二7、弹性元件二8、碳刷安装结构6及挡块11，定子1一端与端盖4接触，另一端与碳刷安装结构6接触，两个螺杆13对应设置，螺杆13一端穿过端盖4及碳刷安装结构6后用紧固件固定，将定子1、转子2、端盖4及碳刷安装结构6安装固定，弹性元件一5位于端盖4和轴承一3之间，弹性元件二8位于轴承二7和碳刷安装结构6之间；

当防撞驱动电机整体装配完成时，弹性元件一5、弹性元件二8都分别处于预紧状态，此时，弹性元件一5的弹力与弹性元件二8的弹力相同，挡块11位于碳刷安装结构6远离所述弹性元件二8一侧的外侧，飞轮一9与端盖4之间留有间隙三，间隙三的距离为S3，挡块11和碳刷安装结构6之间留有间隙四，间隙四的距离为S4。其中，端盖4的材质为碳钢，碳刷安装结构6的材质为胶木。由于碳刷安装结构6为非金属材质，在受到撞击或振动时，与端盖4相比，碳刷安装结构6更容易损害。

请参阅图2～图4，端盖4和轴承一3之间留有间隙一，距离为S1，碳刷安装结构6与轴承二7之间留有间隙二，距离为S2。间隙一内放置弹性元件一5，间隙二内放置弹性元件二8。

弹性元件特别是弹簧，具有三种状态，分别为自由状态、预紧状态及压并状态。

自由状态：弹性元件没有受到任何的外力，处在自由状态。此时的高度称为自由高度，为H。

预紧状态：弹性元件受到压力，此时弹性元件被压缩，处于预紧状态，假设压缩量为X1，那么此时弹性元件的高度为(H-X1)，这个高度就称之为预紧高度。由于弹性元件的弹力与压缩量X1成正比，因此此时弹性元件由于受压而产生了弹力。

压并状态：弹性元件受到压力，随着压力的不断增大而不断被压缩，当弹性元件压缩到每相邻两圈完全贴紧，此时即使外来压力继续增加，弹性元件也无法再压缩，此时处于压并状态。通俗的说法就是，弹性元件被完全“并死”了，再也压不动了。假设此时压缩量为X2，这时弹性元件的高度为(H-X2)，这个高度就称之为压并高度。

弹性元件一5自由状态时的自由高度为H1，预紧状态时的压缩量定义为X11，预紧高度为(H1-X11)，压并状态时的压缩量定义为X21，压并高度为(H1-X21)。

弹性元件二8自由状态时的自由高度为H2，预紧状态时的压缩量定义为X12，预紧高度为(H2-X12)，压并状态时的压缩量定义为X22，压并高度为(H2-X22)。

设计时，定子1、端盖4及碳刷安装结构6通过螺杆13固定安装，形成固定部件，转子2、轴承一3、轴承二7、飞轮一9、挡块11形成转动部件，转动部件一起转动，且转动部件如果有移动，也是一起移动，转动部件相对固定部件移动。

轴承一3与端盖4采用相对滑动配合，即轴承一3在端盖4的轴承安装孔中可以轴向滑动，同样的，轴承二7与碳刷安装结构6也采用相对滑动配合。

定义(H1-X21)+S4＜S1＝(H1-X11)＜H1，(H2-X22)+S3＜S2＝(H2-X12)＜H2，0＜S3＜X22，0＜S4＜X21。

请参阅图4，弹性元件一5为单圈波形纹弹簧，弹性元件二8为多圈波形纹弹簧，弹性元件一5的外径为37.85～38.36mm，弹性元件二8的外径为24.25～24.51mm；多圈波形纹弹簧以螺旋波形形式缠绕三圈或三圈以上。

具体的，当单圈波形纹弹簧、多圈波形纹弹簧安装在防撞驱动电机上，且都处于预紧状态时，单圈波形纹弹簧的自由高度为H1＝2.794～3.302mm，预紧状态时的压缩量为X11＝1.444～1.964mm，压并状态时的压缩量为X21＝2.3622～2.9718mm，压并高度为H1-X21＝0.3302～0.4318mm；多圈波形纹弹簧的自由高度为H2＝8.255～8.509mm，预紧状态时的压缩量为X12＝4.957～5.732mm，压并状态时的压缩量为X22＝6.8326～7.493mm，压并高度为H2-X22＝1.016～1.4224mm。

端盖4和轴承一3之间的间隙一S1＝0.830～1.858mm，碳刷安装结构6与轴承二7之间的间隙二为S2＝2.523～3.552mm，飞轮一9与端盖4之间的间隙三S3＝0.821～1.021mm，挡块11和碳刷安装结构6之间的间隙四S4＝0.309～0.728mm。

本实施例中，当单圈波形纹弹簧、多圈波形纹弹簧安装在防撞驱动电机上，且都处于预紧状态时，单圈波形纹弹簧的自由高度为H1＝3.048mm，预紧状态时的压缩量为X11＝1.604mm，压并状态时的压缩量为X21＝2.667mm，压并高度为(H1-X21)＝0.381mm；多圈波形纹弹簧的自由高度为H2＝8.382mm，预紧状态时的压缩量为X12＝5.508mm，压并状态时的压缩量为X22＝7.1628mm，压并高度为(H2-X22)＝1.2192mm。本实施例中，单圈波形纹弹簧的外径为38.1mm，多圈波形纹弹簧的外径为24.38mm，多圈波形纹弹簧为四圈波形纹弹簧，当弹性元件一5、弹性元件二8安装在防撞驱动电机上时，单圈波形纹弹簧、多圈波形纹弹簧的弹力都为8.065kg。轴承一3的外径为40mm，轴承二7的外径为26mm。由于轴承一3的尺寸较大，故可以采用单圈波形纹弹簧即可达到预定弹力，但轴承二7的尺寸较小，采用多圈波形纹弹簧，即使在直径较小的使用环境中，也能达到预定弹力。

端盖4和轴承一3之间的间隙一S1＝1.444mm，碳刷安装结构6与轴承二7之间的间隙二为S2＝2.874mm，飞轮一9与端盖4之间的间隙三S3＝0.817mm，挡块11和碳刷安装结构6之间的间隙四S4＝0.783mm。在其他实施例中，弹性元件一5、弹性元件二8处于预紧状态时的弹力可以根据需要进行设计，不局限于本实施例中的弹力值。S3、S4、S1、S2的具体距离可以根据需要进行设置，不局限于本实施例中的具体数值，只需要满足弹性元件一5、弹性元件二8的弹力保持平衡，且能保证受到冲击力后能使转动部件恢复至初始位置即可。

其中，碳刷安装结构6包括安装座601、两个碳刷弹簧组件602及两个安装盖603，安装座601套设在输出轴二202上，安装座601内设有换向器12及轴承二7，弹性元件二8位于轴承二7和安装座601之间，安装座601径向对称设有两个安装槽，碳刷弹簧组件602一端安装在安装槽内且与换向器12外表面接触，另一端与安装盖603接触。

防撞驱动电机受到的冲击有以下几种情形：

1、外来作用力直接作用于电机上，使转动部件出现轴向位移而产生的对端盖或者对碳刷安装结构的冲击；

2、防撞驱动电机的在运输过程中振动、摇晃，或者不慎跌落，转动部件自身重量产生的惯量造成对端盖或者对碳刷安装结构的冲击；

3、防撞驱动电机与跑步机台安装成整机后，跑步机整机在运输过程中振动、摇晃，或者搬运过程中不慎跌落，因转动部件自身重量产生的惯量造成对端盖或者对碳刷安装结构的冲击。

由于碳刷安装结构6的材质为非金属材料，常规的驱动电机在受到冲击后最容易损坏的零件即为碳刷安装结构6。

请参阅图2～图4，本发明中，当防撞驱动电机受到A方向的冲击时，冲击能量使转动部件向A方向移动，使弹性元件二8受到压缩，弹力增加，弹性元件二8吸收了一部分冲击能量，随着转动部件继续向A方向移动，由于0＜S3＜X22，(H2-X22)+S3＜S2＝(H2-X12)＜H2，在弹性元件二8还未压缩至压并状态之前，飞轮一9与端盖4已经接触，将剩余的冲击能量施加在飞轮一9与端盖4上，最大程度地降低碳刷安装结构6破损失效的风险，假如弹性元件二8已经处于压并状态且飞轮一9与端盖4仍未接触的话，就不能将剩余的冲击能量施加在飞轮一9和端盖4上，仍会施加到碳刷安装结构6上，所以要避免这种现象的发生，才设计的0＜S3＜X22，(H2-X22)+S3＜S2＝(H2-X12)＜H2；当A方向的冲击消失后，弹性元件二8受到弹性压缩蓄积的弹力将转动部件向B方向移动，直至转动部件恢复至冲击前的初始状态，使飞轮一9与端盖4不继续保持接触状态，不会产生运动干涉。

同样的，当防撞驱动电机受到B方向的冲击时，冲击能量使转动部件向B方向移动，使弹性元件一5受到压缩，弹力增加，弹性元件一5吸收了一部分冲击能量，随着转动部件继续向B方向移动，由于(H1-X21)+S4＜S1＝(H1-X11)＜H1，0＜S4＜X21，当弹性元件一5未压缩至压并状态之前，挡块11与碳刷安装结构6已经接触，将剩余的冲击能量施加在挡块11与碳刷安装结构6的接触面上，由于挡块11与碳刷安装结构6的接触面较大，可大大提高碳刷安装结构6的抗冲击能力，最大程度上对碳刷安装结构6起到防护作用；当B方向冲击消失后，转动部件在弹性元件一5的弹力作用下，向A向移动，使转动部件恢复至冲击前的初始状态，不会产生运动干涉。

弹性元件一5、弹性元件二8起到吸收部分冲击能量、使转动部件最终恢复至冲击前的初始位置以避免运动干涉的作用。飞轮一9及挡块11起到吸收另外的冲击能量的作用，起到防护作用。

上述防撞驱动电机，由于输出轴一上设有单圈波形纹弹簧及飞轮一，输出轴二上设有多圈波形纹弹簧及挡块，可以在防撞驱动电机的输出轴一或输出轴二由于碰撞而发生滑动后，起到缓冲作用，并将转动部件恢复至冲击前的初始位置，减少输出轴一、输出轴二发生碰撞的危险性，减少飞轮一或碳刷安装结构的损坏，提高电机的安全性。

实施例2

本实施例与实施例1的区别点在于：本实施例中，当单圈波形纹弹簧、多圈波形纹弹簧安装在防撞驱动电机上，且都处于预紧状态时，单圈波形纹弹簧的自由高度为H1＝2.845mm，预紧状态时的压缩量为X11＝1.473mm，压并状态时的压缩量为X21＝2.495mm，压并高度为(H1-X21)＝0.350mm；多圈波形纹弹簧的自由高度为H2＝8.331mm，预紧状态时的压缩量为X12＝5.055mm，压并状态时的压缩量为X22＝7.181mm，压并高度为(H2-X22)＝1.15mm。

端盖4和轴承一3之间的间隙一S1＝1.372mm，碳刷安装结构6与轴承二7之间的间隙二为S2＝3.276mm，飞轮一9与端盖4之间的间隙三S3＝0.990mm，挡块11和碳刷安装结构6之间的间隙四S4＝0.331mm。

实施例3

本实施例与实施例1的区别点在于：本实施例中，当单圈波形纹弹簧、多圈波形纹弹簧安装在防撞驱动电机上，且都处于预紧状态时，单圈波形纹弹簧的自由高度为H1＝3.195mm，预紧状态时的压缩量为X11＝1.918mm，压并状态时的压缩量为X21＝2.785mm，压并高度为(H1-X21)＝0.410mm；多圈波形纹弹簧的自由高度为H2＝8.433mm，预紧状态时的压缩量为X12＝5.596mm，压并状态时的压缩量为X22＝7.113mm，压并高度为(H2-X22)＝1.320mm。

端盖4和轴承一3之间的间隙一S1＝1.278mm，碳刷安装结构6与轴承二7之间的间隙二为S2＝2.837mm，飞轮一9与端盖4之间的间隙三S3＝0.881mm，挡块11和碳刷安装结构6之间的间隙四S4＝0.668mm。

实施例4

请参阅图5，本实施例与实施例1的区别点在于：本实施例中，输出轴二202上套设有飞轮二10，飞轮二10位于碳刷安装结构6远离弹性元件二8一侧的外侧，飞轮二10和碳刷安装结构6之间留有间隙五，间隙五与实施例1中的间隙四相同设置。

本实施例中，飞轮二10的作用与实施例1中的挡块11作用相同，都在防撞驱动电机受到B向冲击时，起到防护作用。

上述防撞驱动电机，由于输出轴一上设有单圈波形纹弹簧及飞轮一，输出轴二上设有多圈波形纹弹簧及飞轮二，可以在防撞驱动电机的输出轴一或输出轴二由于碰撞而发生滑动后，起到缓冲作用，并将转动部件恢复至冲击前的初始位置，减少输出轴一、输出轴二发生碰撞的危险性，减少飞轮一或碳刷安装结构的损坏，提高电机的安全性。

Claims (7)

1.一种防撞驱动电机，其特征在于，包括定子(1)、转子(2)、轴承一(3)、端盖(4)、弹性元件一(5)、碳刷安装结构(6)、轴承二(7)、弹性元件二(8)、飞轮二(10)，所述定子(1)套设在所述转子(2)外侧，所述转子(2)的输出轴一(201)上套设有所述轴承一(3)、所述端盖(4)，所述转子(2)的输出轴二(202)上套设有所述轴承二(7)及所述碳刷安装结构(6)，所述定子(1)的一端固定在所述碳刷安装结构(6)上，另一端固定在所述端盖(4)上，所述轴承一(3)位于所述端盖(4)内，所述弹性元件一(5)位于所述轴承一(3)和所述端盖(4)之间，所述轴承二(7)位于所述碳刷安装结构(6)内，所述弹性元件二(8)位于所述轴承二(7)和所述碳刷安装结构(6)之间；所述端盖(4)和所述轴承一(3)之间留有间隙一，间隙一的距离为S1，碳刷安装结构(6)与轴承二(7)之间留有间隙二，间隙二的距离为S2，所述弹性元件一(5)、所述弹性元件二(8)的自由高度分别为H1、H2，所述弹性元件一(5)、所述弹性元件二(8)预紧状态时的压缩量分别为X11、X12，所述弹性元件一(5)、所述弹性元件二(8)压并状态时的压缩量分别为X21、X22，其中，(H1-X21)+S4＜S1＝(H1-X11)＜H1，(H2-X22)+S3＜S2＝(H2-X12)＜H2，0＜S3＜X22，0＜S4＜X21；所述飞轮二(10)套设在所述输出轴二(202)上，所述飞轮二(10)位于所述碳刷安装结构(6)远离所述弹性元件二(8)一侧的外侧，所述飞轮二(10)和所述碳刷安装结构(6)之间留有间隙五；

当防撞驱动电机整体装配完成时，所述弹性元件一(5)、所述弹性元件二(8)分别处于预紧状态，此时，所述弹性元件一(5)的弹力与所述弹性元件二(8)的弹力相同。

2.根据权利要求1所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，所述弹性元件一(5)为单圈波形纹弹簧，所述弹性元件二(8)为多圈波形纹弹簧，所述弹性元件一(5)的外径为37.85～38.36mm，所述弹性元件二(8)的外径为24.25～24.51mm；所述多圈波形纹弹簧以螺旋波形形式缠绕三圈或三圈以上。

3.根据权利要求1所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，还包括飞轮一(9)，所述飞轮一(9)套设在所述输出轴一(201)上，所述飞轮一(9)位于所述端盖(4)远离所述轴承二(7)一侧的外侧，所述飞轮一(9)与所述端盖(4)之间留有间隙三，间隙三的距离为S3。

4.根据权利要求3所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，还包括挡块(11)，所述挡块(11)套设在所述输出轴二(202)上，所述挡块(11)位于所述碳刷安装结构(6)远离所述弹性元件二(8)一侧的外侧，所述挡块(11)和所述碳刷安装结构(6)之间留有间隙四，间隙四的距离为S4。

5.根据权利要求1所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，还包括换向器(12)，所述换向器(12)套设在所述输出轴二(202)上，所述轴承二(7)位于所述换向器(12)和所述弹性元件二(8)之间。

6.根据权利要求5所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，所述碳刷安装结构(6)包括安装座(601)、两个碳刷弹簧组件(602)及两个安装盖(603)，所述安装座(601)套设在所述输出轴二(202)上，所述安装座(601)内设有所述换向器(12)及所述轴承二(7)，所述安装座(601)径向对称设有两个安装槽，所述碳刷弹簧组件(602)一端安装在所述安装槽内且与所述换向器(12)外表面接触，另一端与所述安装盖(603)接触。

7.根据权利要求1所述的一种防撞驱动电机，其特征在于，还包括两个螺杆(13)，所述螺杆(13)分别穿过端盖(4)及所述碳刷安装结构(6)后用紧固件固定。