CN109693782A - 直升机旋转式舵机及直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机旋转式舵机及直升机，包括动力源、及减速输出组件。本发明的直升机旋转式舵机及直升机结构紧凑，体积小巧，安装和拆卸方便；电路板通过硅胶块固定于舵机下壳底部，对电路板起到缓冲保护作用，保护电路插针不受到破坏，也更利于电路板的散热；外壳采用铝合金材料制成，质量轻，强度高，散热快；且每组齿轮都采用双轴承定位，整体运动更平稳可靠，噪声小，增加了齿面啮合，减小齿面磨损，延长了齿轮组的使用寿命；电机与电位器并列布置，有效缩短了空间，减小了壳体体积，降低了壳体重量；每对滚动轴承直接镶嵌于壳体结构内部，一体化的设计增加了强度，节省了布置空间。

Description

直升机旋转式舵机及直升机

技术领域

本发明涉及驱动器技术领域，特别涉及一种直升机旋转式舵机及直升机。

背景技术

舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的IC判断转动方向，再驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是无核心马达。

为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机；并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。

舵机是一种伺服驱动器，适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统，因其使用简便，可以达到直驱的效果而被广泛应用到机器人、玩具、航模等产品上，舵机还可以根据设定好的参数，精确控制终端输出轴角度的变化。

那么在无人机的动力设备选用时，我们就需要用到负载和力矩较大的舵机，而传统的大负载大力矩舵机存在一些布置上的不足，导致整体体积偏大，为了达到好的散热将电机和旋转电位器的位置分布开增加空间，使得壳体变大，舵机整体质量增大，在无人机飞行行程中造成了更多的能耗损失，也更大程度上影响了无人机飞行的灵活性及平衡；且现有舵机的导线进去位置设置不够合理，外形单一，线进出的位置不当使得舵机在使用过程中比较容易出现导线缠绕不清、拉扯，导致舵机在使用过程中发生机械功能失效；现有的减速器采用的是单轴承定位，齿轮的动力传动容易发生摆动和干涉，不够平稳可靠，同时还产生较大噪声，加速齿轮齿面的磨损，缩短了齿轮的寿命。

因此，急需开发一种体积更小、外观更适应于无人机舵机安装位，可以更好保证无人机飞行转向灵活性、平稳性的舵机，还可以达到更好的散热和保护舵机内部元器件，依此来保证舵机更长的使用寿命，舵机的壳体更加集成化，一体成型的结构更加牢固，方便装配，标准化程度更高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种减速器传动更加平稳，体积更小，质量更轻的舵机使得无人直升机更灵活平稳的飞行，散热性能更好，舵机壳体更牢固，标准性更高。

本发明的直升机旋转式舵机及直升机，包括动力源、与动力源平行设置的输出轴以及设置于动力源输出端与输出轴之间的减速输出组件；所述减速输出组件包括固定于动力源输出端的输入齿轮、固定于输出轴上的输出齿轮以及传动连接于输入齿轮与输出齿轮之间的传动齿轮组件。

进一步，所述齿轮组包括安装于动力源输出端上的输入齿轮、安装于I轴上同步转动的一级输入齿轮及一级输出齿轮、安装于II轴上同步转动的二级输入齿轮及二级输出齿轮、安装于III轴上同步转动的三级输入齿轮及三级输出齿轮、安装于输出轴上的输出齿轮；所述输入齿轮与一级输入齿轮啮合；所述一级输出齿轮与二级输入齿轮啮合；所述二级输出齿轮与三级输入齿轮啮合；所述三级输出齿轮与输出齿轮啮合。

进一步，还包括壳体，且壳体由舵机下壳和舵机上盖组成，所述舵机下壳和舵机上盖之间设置有固定板；所述I轴、II轴、III轴、输出轴均分别通过一组滚珠轴承安装于舵机上盖与固定板之间。

进一步，所述固定板与舵机下壳形成的空间里并列设置有电位器和动力源；所述舵机下壳底面上固定设置有电路板，该电路板位于所述电位器下方。

进一步，所述动力源的输入轴穿过所述固定座与减速输出组件连接；所述输出轴输出端与法兰连接以驱动法兰转动，另一端与电位器连接。

进一步，所述法兰与所述输出轴之间采用键连接，且在键槽对应位置设置有第一顶丝，对键进行周向定位。

进一步，所述输出轴与舵机上盖之间设置有油封，所述舵机上盖和所述舵机下壳的安装面之间设置有形状相适应的矩形密封圈。

进一步，所述输出轴尾端与电位器连接的位置上设置有第二顶丝，用以所述输出轴与所述电位器之间的周向定位。

进一步，所述电路板与所述舵机下壳底部之间设置有硅胶块作为电路板的弹性支撑，所述舵机下壳的侧下方设置有电机出线密封塞。

本发明还公开了一种应用直升机旋转式舵机的直升机，所述直升机旋转式舵机安装于该直升机。

本发明的有益效果：本发明的直升机旋转式舵机及直升机结构紧凑，体积小巧，安装和拆卸方便；电路板通过硅胶块固定于舵机下壳底部，对电路板起到缓冲保护作用，保护电路插针不受到破坏，也更利于电路板的散热；外壳采用铝合金材料制成，质量轻，强度高，散热快；整个壳体密封性能好，能达到IP51级防水，防水防尘效果好；多级齿轮传动，有效降速增扭，且每组齿轮都采用双轴承定位，整体运动更平稳可靠，噪声小，增加了齿面啮合，减小齿面磨损，延长了齿轮组的使用寿命；电机与电位器并列布置，有效缩短了空间，减小了壳体体积，降低了壳体重量；每对滚动轴承直接镶嵌于壳体结构内部，一体化的设计增加了强度，节省了布置空间，提高了整体装配的标准化程度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本发明齿轮组布置示意图；

图3为本发明结构示意图；

图4为本发明电机密封塞结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的内部结构示意图，图2为本发明齿轮组布置示意图，图3为本发明结构示意图，图4为本发明电机密封塞结构示意图，如图所示：包括动力源4、与动力源平行设置的输出轴7以及设置于动力源输出端与输出轴7之间的减速输出组件；所述减速输出组件包括固定于动力源输出端的输入齿轮5、固定于输出轴上的输出齿轮57以及传动连接于输入齿轮5与输出齿轮57之间的传动齿轮组件。本实施例中，动力源4一般为电机，所述传动齿轮组件包括安装于I轴71上同步转动的一级输入齿轮51及一级输出齿轮 52、安装于II轴72上同步转动的二级输入齿轮53及二级输出齿轮54、安装于 III轴73上同步转动的三级输入齿轮55及三级输出齿轮56；所述输入齿轮5与一级输入齿轮51啮合；所述一级输出齿52轮与二级输入齿轮53啮合；所述二级输出齿轮53与三级输入齿轮54啮合；所述三级输出齿轮54与输出齿轮55 啮合。还包括壳体，且壳体由舵机下壳2和舵机上盖1组成，所述舵机下壳2和舵机上盖1之间设置有固定板3；所述I轴71、II轴72、III轴73、输出轴7 均通过一组滚珠轴承101安装于舵机上盖2与固定板3之间。所述固定板3与舵机下壳2形成的空间里并列设置有电位器8和动力源4；所述舵机下壳2底面上固定设置有电路板9，该电路板9位于所述电位器8下方。所述动力源4的输入轴穿过所述固定板3与减速输出组件连接；所述输出轴输出端与法兰11连接以驱动法兰11转动，另一端与电位器8连接。所述壳体由舵机下壳2和舵机上盖1组成形成密闭的空间，密闭程度高，IP51级防水，能有效防水防尘，舵机上盖1和舵机下壳2均为铝合金材料制成，质轻便于散热，且强度高，可以满足高速输出的使用要求，所述舵机下壳2和舵机上盖1之间设置有固定板3，固定板3作为传动齿轮组件的安装固定面；所述固定板3与舵机下壳2形成的空间里并列设置有电位器8和动力源4，电位器8和动力源4并列设置于舵机下壳 2内，极大地缩小了布置空间，减小了舵机体积和质量；所述舵机下壳2底面上固定设置有电路板9，该电路板9位于所述电位器8下方，布置紧凑，节约布置位置，且将电路板9固定于铝合金支座上，可以有效的保护电路板9的插针，便于电路板9的散热，延长电路板9的使用寿命；所述动力源4的输出端穿过所述固定板3与传动齿轮组件传动连接，固定板3将电机和传动齿轮组件隔开形成两个相对独立的空间，留给传动齿轮组件足够的布置空间和轴向固定的加固支撑，本实施例中的齿轮都采用双轴承定位，整体运动更加平稳可靠，齿面啮合更加充分，贴合更好，齿面磨损更少，噪声更小，使用寿命更长；所述传动齿轮组件为多级传动，每组齿轮两端分别通过一对嵌于固定板3及舵机上盖1 顶部的轴承轴向固定于固定板3与舵机上盖1之间，多级传动有效的降速增扭，达到给无人机提供足够扭矩满足无人机飞行转向的需求，并且轴承均采用镶嵌于壳体内部的方式安装，节约安装位的同时，也减少了装配程序，使壳体集成了更多的装配功能，减少了多余零部件的安装配合；所述输出轴7的前端伸出所述舵机上盖1与法兰11连接，以驱动法兰11转动；所述输出轴7的尾端与所述电位器8连接，电位器8用以定位输出轴7的转动角度；所述输出轴7穿出舵机上盖1的轴孔处与输出轴7之间设置有油封16，因为在齿轮和轴承都是在具有润滑油的情况工作，所以壳体内部存在大量的润滑油，在轴孔的位置如若不设置油封16的话，容易发生润滑油泄漏的情况，进而影响到齿轮及轴承的工作环境，导致传动失效等情况发生；所述法兰11的两端面由轴端卡簧12轴向固定于所述输出轴7上，因为本发明的直升机旋转式舵机及直升机的输出轴7 转速较高，所以法兰11在工作的过程中，可能会产生沿输出轴7轴向上的跳动，因此在法兰11的两端面均设置对法兰11进行轴向定位的轴端卡簧12来对法兰 11进行定位，保证法兰11的传动平稳。

本实施例中，所述传动齿轮组件为四组主从动齿轮啮合传动，错位布置于所述固定板3与舵机上盖1之间，错位布置相比于一字型布置，从空间上节约了零部件安装位置，并未损失传递的动能，四级传动齿均为降低转速增加扭矩的传动齿轮，动力源4工作时，输出端的输出齿轮5转动带动一级输入齿轮51 转动，与一级输入齿轮51同轴同步转动的一级输出齿轮52也跟着同步转动，一级输出齿轮52带动与其啮合的二级输入齿轮53转动，与二级输入齿轮53同轴同步转动的二级输出齿轮54也跟着同步转动，二级输出齿轮54带动与其啮合的三级输入齿轮55转动，与三级输入齿轮55同轴同步转动的三级输出齿轮 56也跟着同步转动，三级输出齿轮56带动与其啮合的输出齿轮57转动，输出齿轮57设置于输出轴7上，经过四级减速之后由输出轴7将扭矩传递给法兰11。 I轴71、II轴72、III轴73、输出轴7均分别通过一组滚珠轴承101安装于舵机上盖2与固定板3之间，滚珠轴承可以降低动力传递过程中的摩擦力和提高机械动力的传递效率，转动摩擦阻力小，由于摩擦产生的温度会比较低。

本实施例中，所述法兰11与所述输出轴7之间采用键连接，对法兰11和输出轴7起周向固定作用，以达到传递扭矩的作用。所述法兰11的键槽对应位置设置有第一顶丝14，用以支顶键13，避免键13松动，可以更好地传递扭矩。所述键13为平键，结构简单、装拆方便、对中性好，成本低廉。所述舵机上盖1和所述舵机下壳2的安装面之间设置有形状相适应的密封圈，因为壳体内部不可或缺的存在一些润滑液，需要进行密封保证润滑液的不泄漏。所述输出轴7 尾端与电位器8连接的位置上设置有第二顶丝15，用以所述输出轴7与所述电位器8之间的周向定位，避免输出轴7与电位器8之间产生相对的轴向转动。

本实施例中，所述电路板9与所述舵机下壳2底部之间设置有硅胶块10作为电路板9的弹性支撑，避免电路板9直接与舵机下壳2刚性连接对电路板9 产生机械损坏。

本实施例中，所述舵机下壳2的侧下方设置有电机出线密封塞17，出线密封塞17上开设了多个孔洞，分散出线的数量，避免多股导线从同一孔洞出线发生缠绕现象。

本发明还公开了一种应用直升机旋转式舵机的直升机，所述直升机旋转式舵机安装于该直升机，该舵机合理的结构布置相适应于直升机安装位的设计，满足了直升机的动力输出需求，还保证了直升机更好的灵活性及平稳性，降低了整体直升机的重量，节约能耗。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种直升机旋转式舵机，其特征在于：包括动力源、与动力源平行设置的输出轴以及设置于动力源输出端与输出轴之间的减速输出组件；所述减速输出组件包括固定于动力源输出端的输入齿轮、固定于输出轴上的输出齿轮以及传动连接于输入齿轮与输出齿轮之间的传动齿轮组件。

2.根据权利要求1所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述传动齿轮组件包括安装于I轴上同步转动的一级输入齿轮及一级输出齿轮、安装于II轴上同步转动的二级输入齿轮及二级输出齿轮、安装于III轴上同步转动的三级输入齿轮及三级输出齿轮；所述输入齿轮与一级输入齿轮啮合；所述一级输出齿轮与二级输入齿轮啮合；所述二级输出齿轮与三级输入齿轮啮合；所述三级输出齿轮与输出齿轮啮合。

3.根据权利要求2所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：还包括壳体，且壳体由舵机下壳和舵机上盖组成，所述舵机下壳和舵机上盖之间设置有固定板；所述I轴、II轴、III轴、输出轴均分别通过一组滚珠轴承安装于舵机上盖与固定板之间。

4.根据权利要求3所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述固定板与舵机下壳形成的空间里并列设置有电位器和动力源；所述舵机下壳底面上固定设置有电路板，该电路板位于所述电位器下方。

5.根据权利要求4所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述动力源的输入轴穿过所述固定板与减速输出组件连接；所述输出轴输出端与法兰连接以驱动法兰转动，另一端与电位器连接。

6.根据权利要求5所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述法兰与所述输出轴之间采用键连接，且在键槽对应位置设置有第一顶丝，对键进行周向定位。

7.根据权利要求6所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述输出轴与舵机上盖之间设置有油封，所述舵机上盖和所述舵机下壳的安装面之间设置有形状相适应的矩形密封圈。

8.根据权利要求7所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述输出轴尾端与电位器连接的位置上设置有第二顶丝，用以所述输出轴与所述电位器之间的周向定位。

9.根据权利要求8所述的直升机旋转式舵机，其特征在于：所述电路板与所述舵机下壳底部之间设置有硅胶块作为电路板的弹性支撑，所述舵机下壳的侧下方设置有电机出线密封塞。

10.一种应用权利要求1至9中任一项所述的直升机旋转式舵机的直升机，其特征在于：所述直升机旋转式舵机安装于该直升机。