CN110336414A - 一种转子相位可精确调控的电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转子相位可精确调控的电机系统，包括锥形齿轮，其沿轴向滑动设置在电机转轴上；一对行星轮，其对称分布在所述锥形齿轮的外周，所述行星轮位置固定，一对所述行星轮通过一钢带与所述锥形齿轮联动，所述钢带外侧设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构将所述钢带向内侧偏转一定距离；内齿盘，其套设在一对所述行星轮的外周，所述内齿盘内周壁与所述行星轮啮合，伺服电机通过所述内齿盘向外输出。提高电机输出转速变动的顺滑性，解决电机输出转速跳变的技术问题。

Description

一种转子相位可精确调控的电机系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种转子相位可精确调控的电机系统。

背景技术

由于伺服电机具有体积小、重量轻、大转矩输出、低惯量和良好的控制性等优点，因此已被广泛应用于自动控制系统和自动检测系统中，在自动控制系统中，伺服电机的作用是把控制电压信号转换为机械移动，也就是把接收到的电压信号转变成该电机的一定转速或角位移，因此可以用中央处理器实现对伺服电机的控制。

现有的伺服电机输出转速通常是由励磁信号控制，通过减速机减速后应用于工业机体中，但减速机的减速比跳变较大，使得电机输出转速的跳变较大，从而使得这种输出方式的转子位置精度不高，导致很难应用于对输出转子位置高精度要求的场合。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是提供一种转子相位可精确调控的电机系统，在电机输出端设置有变比连续可调的减速箱，使得通过减速箱对减速比连续调整，提高电机输出转速变动的顺滑性，解决电机输出转速跳变的技术问题。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种转子相位可精确调控的电机系统，包括：

锥形齿轮，其沿轴向滑动设置在电机转轴上；

一对行星轮，其对称分布在所述锥形齿轮的外周，所述行星轮位置固定，一对所述行星轮通过一钢带与所述锥形齿轮联动，所述钢带外侧设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构将所述钢带向内侧偏转一定距离；

内齿盘，其套设在一对所述行星轮的外周，所述内齿盘内周壁与所述行星轮啮合，伺服电机通过所述内齿盘向外输出。

优选的，所述电机转轴外周沿轴向至少对称设置有一对导向凸块，所述导向凸块的长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度；所述锥形齿轮轴向中心贯穿开设一通孔，所述通孔内侧壁上沿轴向至少对称开设有一对导向槽，所述锥形齿轮套设滑动在所述电机转轴上，且所述导向凸块滑动在所述导向槽中；所述导向凸块轴向两端的所述电机转轴上凸出设置有限位块。

优选的，所述电机转轴内部沿轴向开设一空腔，所述空腔外周的所述锥形齿轮中至少径向贯穿开设有一个第一通槽，所述第一通槽的轴向长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度，且所述第一通槽与所述导向凸块错开设置。

优选的，所述空腔的轴向长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度，所述空腔的第一端设置一伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的伸缩端上设置有联动杆，所述联动杆与所述电机转轴的轴向垂直，所述联动杆从所述伸缩端上贯穿所述第一通槽后与所述锥形齿轮内侧壁连接。优选的，所述行星轮的轴向与所述电机转轴轴向平行，所述行星轮的轴中心设置一轴承，所述轴承中设置有一固定轴，所述固定轴安装在所述伺服电机的外壳上。

优选的，所述行星轮的轴向两端外周凸出设置有齿牙，所述齿牙与所述内齿盘的内周壁啮合，所述钢带将所述锥形齿轮以及一对所述行星轮同步联动。

优选的，其中一个所述固定轴上垂直连接一第一连杆，所述第一连杆末端垂直设置一第二连杆，所述第一连杆与一对所述行星轮之间的中心连线平行，所述第一连杆连接在所述第二连杆的中心，所述第二连杆的长度不小于所述行星轮的直径，所述第二连杆的两端垂直设置一第三连杆，所述第三连杆沿所述第二连杆的长度方向可弹性伸缩，所述第三连杆向所述内齿盘方向延伸，所述第三连杆的内侧端压紧在所述钢带外侧。

优选的，所述第二连杆上贯穿开设有第二通槽，所述第三连杆的端头贯穿所述第二通槽向内齿盘方向延伸，且所述第三连杆可在所述第二通槽中移动，所述第三连杆与第二通槽端头之间夹设有弹簧，所述弹簧处于压缩状态，两个所述第三连杆的端尾之间通过伸缩套杆连接。

优选的，所述第三连杆端头内侧端凸出设置一安装块，所述安装块的内侧端凸出设置一圆柱头，所述圆柱头磨圆处理，所述钢带外侧壁中心开设一滑槽，所述圆柱头活动设置在所述滑槽中。

优选的，所述钢带的纵截面设置为梯形，其中所述钢带外侧壁平面与所述电机转轴的轴向平行，所述钢带的内侧壁向一侧倾斜设置，且所述钢带内侧壁的倾斜角度与所述锥形齿轮外表面的倾斜角度一致，所述钢带内侧壁贴合联动在所述锥形齿轮外侧壁上，且随着所述锥形齿轮的轴向移动，所述钢带内侧壁贴合移动在所述锥形齿轮外侧壁上；所述行星轮周向侧壁设置成与所述钢带内侧壁对应的倾斜式结构。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1、本发明提高了电机输出转速的顺滑性，避免输出转速跳变；

2、提高了对电机输出转速的控制精度，应用范围更广；

3、输出转速可以通过励磁控制配合变比控制，控制方式更丰富，且控制精度更高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是电机转轴与锥形齿轮的安装结构示意图；

图2是伸缩驱动机构与锥形齿轮的连接结构示意图；

图3是锥形齿轮的前视图；

图4是锥形齿轮与行星轮的安装结构示意图；

图5是行星轮与内齿盘的安装结构示意图；

图6是弹性压紧机构的结构示意图；

图7是第三连杆内侧端的结构示意图；

图8是钢带的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-8所示，本发明提供了一种转子相位可精确调控的电机系统，锥形齿轮200沿轴向滑动设置在电机转轴100上，锥形齿轮200的直径从靠近电机侧向外侧逐渐减小。具体的，所述电机转轴100外周沿轴向至少对称设置有一对导向凸块130，所述导向凸块130的长度不小于所述锥形齿轮200的轴向长度；所述锥形齿轮200轴向中心贯穿开设一通孔210，所述通孔210内侧壁上沿轴向至少对称开设有一对导向槽211，所述锥形齿轮200套设滑动在所述电机转轴100上，且所述导向凸块130滑动在所述导向槽211中，从而使得锥形齿轮200可以沿着导向凸块130方向轴向移动，同时在径向上受限而与电机转轴100同步转动。所述导向凸块130轴向两端的所述电机转轴100上凸出设置有限位块140，为锥形齿轮200提供轴向限位。

为了驱动锥形齿轮200的轴向移动，在所述电机转轴100内部沿轴向开设一空腔110，所述空腔110外周的所述锥形齿轮200中至少径向贯穿开设有一个第一通槽150，第一通槽150使得空腔110与外界连通，所述空腔110和所述第一通槽150的轴向长度不小于所述锥形齿轮200的轴向长度，为锥形齿轮200的轴向移动提供移动空间，且所述第一通槽150与所述导向凸块130在电机转轴100的外周面错开设置。

所述空腔110的第一端设置一伸缩驱动机构120，所述伸缩驱动机构120的丝杆121内置在空腔110的轴中心线上，所述伸缩驱动机构120的伸缩端122轴向移动在丝杆121上，伸缩端122上设置有联动杆123，所述联动杆123与所述电机转轴100的轴向垂直，所述联动杆123从所述伸缩端122上向外引出，并贯穿所述第一通槽150后与所述锥形齿轮200内侧壁连接，从而使得伸缩端122与锥形齿轮200同步轴向移动，驱动锥形齿轮200移动在电机转轴100上。

一对行星轮300对称分布在所述锥形齿轮200的外周，所述行星轮300位置固定，具体的，所述行星轮300的轴向与所述电机转轴100轴向平行，所述行星轮300的轴中心设置一轴承330，所述轴承330中设置有一固定轴320，所述固定轴320安装在所述伺服电机的外壳上，从而使得行星轮300的安装位置固定，且行星轮300可以绕着固定轴320转动。

一对行星轮300所处平面与电机转轴100垂直，一对所述行星轮300通过一钢带600与所述锥形齿轮200联动，也就是钢带600依次绕过两个行星轮300外周，锥形齿轮200联动联动在两个行星轮300中心位置的钢带600上，使得三者联动，伺服电机带动锥形齿轮200转动，进而带动行星轮300转动。

由于锥形齿轮200外周直径不同，当驱动锥形齿轮200轴向移动时，即可改变切入钢带600中锥形齿轮200的所处直径，也就是改变驱动轮的直径，在伺服电机转速不变的情况下，即可改变行星轮300的输出转速。

同时由于锥形齿轮200的切入直径不同，为了钢带600能够自行调整松紧度，使得钢带600始终与行星轮300和锥形齿轮200联动，本发明在所述钢带600外侧设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构将所述钢带600向内侧偏转一定距离，当锥形齿轮200的切入直径变小时，则弹性压紧机构将所述钢带600向内侧推进，将钢带600绷紧；当锥形齿轮200的切入直径变大时，则钢带600向外压缩弹性压紧机构，使得所述钢带600向外侧移动，将钢带600绷紧。

内齿盘400套设在一对所述行星轮300的外周，内齿盘400的内径与两个行星轮300的分布外径一致，使得所述内齿盘400内周壁与所述行星轮300啮合，最终驱动内齿盘400转动，伺服电机通过所述内齿盘400向外输出。

具体的，所述行星轮300的轴向两端外周凸出设置有齿牙310，齿牙310内侧的行星轮300上绕设钢带600，所述齿牙310与所述内齿盘400的内周壁啮合，从而钢带600不影响行星轮300与内齿盘400的啮合传动。

所述钢带600将所述锥形齿轮200以及一对所述行星轮300同步联动，伺服电机驱动锥形齿轮200转动，进而通过钢带600带动行星轮300转动，进而带动内齿盘400转动输出。由于减速箱的减速作用，内齿盘400的输出转速小于伺服电机的转速，同时通过轴向移动锥形齿轮200可以连续调整减速箱的减速比，也就是连续调整伺服电机最终的输出转速，使其应用于位置高精度要求控制的场合。

弹性压紧机构的具体结构为：

其中一个所述固定轴320上垂直连接一第一连杆520，所述第一连杆520末端垂直设置一第二连杆510，所述第一连杆520与一对所述行星轮300之间的中心连线平行，所述第一连杆520连接在所述第二连杆510的中心，所述第二连杆510的长度不小于所述行星轮300的直径，使得弹性压紧机构能够夹设在钢带600外侧。所述第二连杆510的两端垂直设置一第三连杆530，第三连杆530与行星轮300的轴向平行，且所述第三连杆530向所述内齿盘400方向延伸，使得第三连杆530的延伸端位于两侧钢带600的外侧，最终使得所述第三连杆530的内侧端压紧在所述钢带600外侧，将钢带600向内侧弯曲第一距离。

所述第三连杆530沿所述第二连杆510的长度方向可弹性伸缩，具体的，所述第二连杆510上贯穿开设有第二通槽511，所述第三连杆530的端头贯穿所述第二通槽511向内齿盘400方向延伸，且所述第三连杆530可在所述第二通槽511中移动，所述第三连杆530与第二通槽511端头之间夹设有弹簧512，所述弹簧512处于压缩状态，将第三连杆530的内侧端保持压紧在所述钢带600外侧。

同时为了防止第三连杆530的端尾晃动，造成无法将钢带600压紧，本发明中，在两个所述第三连杆530的端尾之间通过伸缩套杆连接，伸缩套杆包括伸缩杆541和套筒542，第三连杆530端尾为伸缩套杆连杆，端头压紧在所述钢带600外侧，从而使得两根第三连杆530保持平行状态，避免晃动而无法将钢带600压紧。

上述技术方案中，所述第三连杆530端头内侧端凸出设置一安装块531，所述安装块531的内侧端凸出设置一圆柱头532，所述圆柱头532磨圆处理，所述钢带600外侧壁中心开设一滑槽620，随着钢带600的转动，所述圆柱头532滑动在所述滑槽620中，圆柱头532磨圆处理后，减小了与滑槽620的摩擦阻力，从而使得第三连杆530端头既能将钢带600向内压紧，同时又不会影响钢带600的转动。

本发明的钢带600的纵截面设置为梯形，其中所述钢带600外侧壁平面与所述电机转轴100的轴向平行，所述钢带600的内侧壁向一侧倾斜设置成斜面结构610，且所述钢带600内侧壁的倾斜角度与所述锥形齿轮200外表面的倾斜角度一致，使得所述钢带600内侧壁贴合联动在所述锥形齿轮200外侧壁上，且随着所述锥形齿轮200的轴向移动，所述钢带600内侧壁贴合移动在所述锥形齿轮200外侧壁上，最终将钢带600内侧壁始终贴合在锥形齿轮200外侧壁上；所述行星轮300周向侧壁设置成与所述钢带600内侧壁对应的倾斜式结构，便于钢带600与行星轮300的传动连接。

工作过程中，可通过控制策略来改变伺服电机的输出转速和位置，也可以通过移动锥形齿轮200，改变减速箱的变比来改变伺服电机的输出转速和位置，通过改变减速箱的变比，提高了电机输出转速变动的顺滑性，避免输出转速跳变；同时，提高了对电机输出转速的控制精度，应用范围更广；输出转速可以通过励磁控制配合变比控制，控制方式更丰富，且控制精度更高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，包括：锥形齿轮，其沿轴向滑动设置在电机转轴上；一对行星轮，其对称分布在所述锥形齿轮的外周，所述行星轮位置固定，一对所述行星轮通过一钢带与所述锥形齿轮联动，所述钢带外侧设置有弹性压紧机构，所述弹性压紧机构将所述钢带向内侧偏转一定距离；内齿盘，其套设在一对所述行星轮的外周，所述内齿盘内周壁与所述行星轮啮合，伺服电机通过所述内齿盘向外输出。

2.如权利要求1所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述电机转轴外周沿轴向至少对称设置有一对导向凸块，所述导向凸块的长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度；所述锥形齿轮轴向中心贯穿开设一通孔，所述通孔内侧壁上沿轴向至少对称开设有一对导向槽，所述锥形齿轮套设滑动在所述电机转轴上，且所述导向凸块滑动在所述导向槽中；所述导向凸块轴向两端的所述电机转轴上凸出设置有限位块。

3.如权利要求2所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述电机转轴内部沿轴向开设一空腔，所述空腔外周的所述锥形齿轮中至少径向贯穿开设有一个第一通槽，所述第一通槽的轴向长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度，且所述第一通槽与所述导向凸块错开设置。

4.如权利要求3所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述空腔的轴向长度不小于所述锥形齿轮的轴向长度，所述空腔的第一端设置一伸缩驱动机构，所述伸缩驱动机构的伸缩端上设置有联动杆，所述联动杆与所述电机转轴的轴向垂直，所述联动杆从所述伸缩端上贯穿所述第一通槽后与所述锥形齿轮内侧壁连接。

5.如权利要求4所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述行星轮的轴向与所述电机转轴轴向平行，所述行星轮的轴中心设置一轴承，所述轴承中设置有一固定轴，所述固定轴安装在所述伺服电机的外壳上。

6.如权利要求5所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述行星轮的轴向两端外周凸出设置有齿牙，所述齿牙与所述内齿盘的内周壁啮合，所述钢带将所述锥形齿轮以及一对所述行星轮同步联动。

7.如权利要求6所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，其中一个所述固定轴上垂直连接一第一连杆，所述第一连杆末端垂直设置一第二连杆，所述第一连杆与一对所述行星轮之间的中心连线平行，所述第一连杆连接在所述第二连杆的中心，所述第二连杆的长度不小于所述行星轮的直径，所述第二连杆的两端垂直设置一第三连杆，所述第三连杆沿所述第二连杆的长度方向可弹性伸缩，所述第三连杆向所述内齿盘方向延伸，所述第三连杆的内侧端压紧在所述钢带外侧。

8.如权利要求7所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述第二连杆上贯穿开设有第二通槽，所述第三连杆的端头贯穿所述第二通槽向内齿盘方向延伸，且所述第三连杆可在所述第二通槽中移动，所述第三连杆与第二通槽端头之间夹设有弹簧，所述弹簧处于压缩状态，两个所述第三连杆的端尾之间通过伸缩套杆连接。

9.如权利要求8所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述第三连杆端头内侧端凸出设置一安装块，所述安装块的内侧端凸出设置一圆柱头，所述圆柱头磨圆处理，所述钢带外侧壁中心开设一滑槽，所述圆柱头活动设置在所述滑槽中。

10.如权利要求9所述的转子相位可精确调控的电机系统，其特征在于，所述钢带的纵截面设置为梯形，其中所述钢带外侧壁平面与所述电机转轴的轴向平行，所述钢带的内侧壁向一侧倾斜设置，且所述钢带内侧壁的倾斜角度与所述锥形齿轮外表面的倾斜角度一致，所述钢带内侧壁贴合联动在所述锥形齿轮外侧壁上，且随着所述锥形齿轮的轴向移动，所述钢带内侧壁贴合移动在所述锥形齿轮外侧壁上；所述行星轮周向侧壁设置成与所述钢带内侧壁对应的倾斜式结构。