CN115432173A - 电动舵机及飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动舵机及飞行器，属于电动伺服机构技术领域。该电动舵机包括机壳、动力装置以及输出机构。其中，动力装置包括驱动机构和传动机构，驱动机构设置于机壳的内部，传动机构包括减速箱以及丝杠组件，减速箱设置于机壳外部并与驱动机构相连接，减速箱包括多个依次啮合的齿轮，丝杠组件连接于机壳并与减速箱的输出端相连接，且丝杠组件与驱动机构均位于减速箱的同一侧；输出机构连接于机壳上，输出机构包括拨叉块和与拨叉块相连接的转轴，拨叉块与丝杠组件相连接并在丝杠组件的驱动下带动转轴在预定角度范围内转动。本发明可以解决现有技术中的电动舵机的负载能力低、传动精度低以及体积大的难题。

Description

电动舵机及飞行器

技术领域

本发明属于电动伺服机构技术领域，具体涉及一种电动舵机及飞行器。

背景技术

舵机系统属于典型的伺服系统，其主要应用于飞行器制导控制系统，通过驱动电机的动力输入，经过减速增力机构，控制舵面的转角，从而控制整个飞行器的飞行姿态，最终达到精确制导的目的。

目前的电动舵机的结构形式虽然众多，但大多都存在诸如负载能力低、传动精度低、体积大等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动舵机及飞行器，以解决现有技术中的电动舵机的负载能力低、传动精度低以及体积大的难题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种电动舵机，包括：机壳；动力装置，动力装置包括驱动机构和传动机构，驱动机构设置于机壳的内部，传动机构包括减速箱以及丝杠组件，减速箱设置于机壳外部并与驱动机构相连接，减速箱包括多个依次啮合的齿轮，丝杠组件连接于机壳并与减速箱的输出端相连接，且丝杠组件与驱动机构均位于减速箱的同一侧；以及输出机构，输出机构连接于机壳上，输出机构包括拨叉块和与拨叉块相连接的转轴，拨叉块与丝杠组件相连接并在丝杠组件的驱动下带动转轴在预定角度范围内转动。

进一步地，驱动机构包括电机，多个齿轮包括处于同一平面上的第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮，第一齿轮固定套设于电机的输出轴上，第二齿轮与第一齿轮相啮合，第三齿轮与第二齿轮相啮合并与丝杠组件相连接。

进一步地，第一齿轮、第二齿轮以及第三齿轮均为直齿轮。

进一步地，丝杠组件包括丝杆和丝母，丝杆与第三齿轮固定连接并与电机的输出轴平行，丝母套设于丝杆上并在丝杆转动时沿丝杆的长度方向运动，拨叉块与丝母相连接。

进一步地，拨叉块包括插接凹槽，插接凹槽相对的两个侧壁上均设置有锁定凹槽；丝母相对的两侧均设置有锁定柱；其中，拨叉块通过插接凹槽与丝母插接，锁定柱插设于锁定凹槽内。

进一步地，转轴的轴线垂直于丝杆的轴线；和/或，转轴通过轴承安装于机壳。

进一步地，电动舵机还包括检测组件，检测组件设置于机壳以用于对转轴的转动角度进行检测。

进一步地，机壳呈环形设置，动力装置和输出机构均为多个，多个动力装置与多个输出机构一一对应地设置，并沿机壳的圆周方向依次布置。

进一步地，电动舵机还包括控制电路板，控制电路板与驱动机构电连接以对驱动机构进行控制。

另一方面，本申请还公开的了一种飞行器，飞行器包括上述的电动舵机。

应用本发明的技术方案，由于减速箱内设置有多个依次啮合的齿轮，通过上述的多个齿轮的作用，可以实现多级减速，减速过程相对比较平稳。此外，通过减速箱协同丝杠组件将动力传递至转轴，能够提高电动舵机的负载能力和传动精度。与此同时，将丝杠组件与驱动机构设置于减速箱的同一侧，可以更加合理地利用机壳上的空间，更适于实现电动舵机的集成化以及小型化设置。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请实施例公开的电动舵机的结构示意图；

图2是本申请实施例公开的动力装置、转动拨叉以及检测组件部分的结构示意图。

附图标记说明：

10、机壳；

20、动力装置；21、驱动机构；22、传动机构；221、减速箱；2211、第二齿轮；2212、第三齿轮；222、丝杠组件；2221、丝杆；2222、丝母；2222a、锁定柱；

30、输出机构；31、转轴；32、拨叉块；321、插接凹槽；322、锁定凹槽；

40、检测组件；

50、电路板；

60、轴承。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内容可相应参考前实施例。

如图1和图2所示，根据本申请的一个方面，提供了一种电动舵机，该电动舵机包括机壳10、动力装置20以及输出机构30。

具体地，动力装置20包括驱动机构21和传动机构22，驱动机构21设置于机壳10的内部，传动机构22包括减速箱221以及丝杠组件222，减速箱221设置于机壳10外部并与驱动机构21相连接，且该减速箱221包括多个依次啮合的齿轮，丝杠组件222与减速箱221的输出端(即输出齿轮)相连接，且该丝杠组件222与驱动机构21位于均减速箱221的同一侧。输出机构30连接于机壳10上，该输出机构30包括拨叉块32和与该拨叉块32相连接的转轴31，拨叉块32与丝杠组件222相连接并在丝杠组件222的驱动下带动转轴31在预定角度范围内转动。

电动舵机工作时，驱动机构21驱动减速箱221运动，减速箱221带动丝杠组件222运动，最终带动拨叉块32运动以带动转轴31在预定角度范围内转动。

本申请中，由于减速箱221内设置有多个依次啮合的齿轮，通过上述的多个齿轮的作用，可以实现多级减速，减速过程相对比较平稳。此外，通过减速箱221协同丝杠组件222将动力传递至转轴31，能够提高电动舵机的负载能力和传动精度。与此同时，将丝杠组件222与驱动机构21设置于减速箱221的同一侧，可以更加合理地利用机壳10上的空间，更适于实现电动舵机的集成化以及小型化设置。

在本申请的一些实施例中，机壳10呈环形结构设置，该环形结构可以圆环形结构，也可以是方环，还可以是其他异形环状结构，本申请的图1中示出了机壳10呈圆环结构设置时的情况。本实施例中的机壳10上设置有镂空位置，能够降低电动舵机的整体重量，更适于使用在飞行器等结构中。

进一步地，本申请中的动力装置20和输出机构30均为多个。多个动力装置20与多个输出机构30一一对应地设置，并沿机壳10的圆周方向依次布置，能够进一步提高本申请中的电动舵机的集成化程度。

如图1和图2所示，驱动机构21包括电机，减速箱221中的齿轮包括处于同一平面上的第一齿轮(图中未示出)、第二齿轮2211以及第三齿轮2212。其中，第一齿轮固定套设于电机的输出轴，第二齿轮2211与第一齿轮相啮合，第三齿轮2212与第二齿轮2211相啮合并与丝杠组件222相连接。实际设计的过程中，可以将第二齿轮2211和第三齿轮2212均设置为减速齿轮(即起到减速功能的齿轮，例如可以通过改变第二齿轮2211和第三齿轮2212的外径来实现减速)，还可以将第二齿轮2211设置为传动齿轮(即仅仅起传动作用的齿轮)，而仅将第三齿轮2212设置为减速齿轮，具体根据实际的使用需求进行选择和设计。当然，在本申请的其他实施例中，减速箱221内还可以设置四个或者四个以上齿轮。本申请中的电动舵机的传动比较大，可以通过改变齿轮的减速比来实现整个结构的减速比调整。与此同时，电动舵机的整个结构较为紧凑、传动较为平稳，减速箱221的设置方式能够合理利用空间，且其外形结构尺寸较小，可靠性比较高。

优选地，本实施例中的第一齿轮、第二齿轮2211以及第三齿轮2212均为直齿轮，将减速箱221内的齿轮均设置为直齿轮，能够提高电动舵机传动平稳性。

优选地，本实施例中的丝杠组件222包括丝杆2221和丝母2222，丝杆2221与第三齿轮2212固定连接并与电机的输出轴平行。其中，丝母2222套设于丝杆2221上并在丝杆2221转动时沿丝杆2221的长度方向运动，拨叉块32与丝母2222连接。当丝母2222沿丝杆2221的长度方向运动时，可以带动拨叉块32运动，进而可以带动与拨叉块32连接的转轴31在预定角度范围内转动。实际工作时，电机正反转，通过减速箱221的作用，可以带动丝杆2221正反转，进而带动丝母2222沿丝杆2221的长度方向往复运动，最终可以带动转轴31在预定角度范围内往复摆转。需要指出的是，这里的转轴31的摆转角度可以根据实际的使用需求进行设计，本申请中不作具体的限定。

为了将拨叉块32与丝母2222快速地连接在一起，本实施例中的拨叉块32上设置为插接凹槽321，该插接凹槽321相对的两个侧壁上均设置有锁定凹槽322，而丝母2222相对的两侧均设置有锁定柱2222a。实施连接时，拨叉块32通过插接凹槽321与丝母2222插接，锁定柱2222a插设于锁定凹槽322内。安装到位之后，丝母2222整体基本处于锁定凹槽322内。此时，通过锁定柱2222a和锁定凹槽322的配合锁定作用，能够将拨叉块32稳定地连接在丝母2222上。此部分结构简单、便于拆装，还能够提高拨叉块32与丝母2222连接位置处的结构强度。

优选地，本实施例中的转轴31的轴线垂直于丝杆2221的轴线，这样设置，能够实现转动方向的改变，更适于实现电动舵机的集成化设计。可选地，本实施例中的转轴31通过轴承60安装于机壳10，便于对转轴31进行支撑和转动，结构更加稳定可靠。安装好之后，转轴31的轴向沿圆环形机壳10的径向延伸，更适于在机壳10上设置多个动力装置20和多个输出机构30。

优选地，本实施例中的电动舵机还包括检测组件40，检测组件40设置于机壳10以用于对转轴31的转动角度进行检测。可选地，该检测组件40例如可以是电位计等结构。实际安装时，该检测组件40可以通过螺钉、销钉、铆钉或者焊接等方式固定在机壳10上，具体固定于环形机壳10的内侧。

优选地，本实施例中的电动舵机还包括控制电路板50，该控制电路板50与驱动机构21电连接以对驱动机构21进行控制。实际安装时，该控制电路板50设置于机壳10底部，即背离减速箱221的一侧，这样设置，能够优化控制电路板50与驱动机构21的连接路径，更适于实现电动舵机的小型化设置。

优选地，本申请的电动舵机的集成化集成在机壳10上，整个产品质量较轻，小于2.5kg，可以合理利用较小的空间，通过试验分析可知，本申请的电动舵机能够实现电机的大传动比减速，可以满足舵面控制的角度范围及时控制。

根据本申请的另一个方面，本申请还公开了一种飞行器，该飞行器例如可以是无人机、导弹等，该飞行器包括上述实施例中的电动舵机，因此，该飞行器包括前文所述的电动舵机的所有技术效果，由于前文已经对该电动舵机的技术效果进行了详细描述，此处不再赘述。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1、本申请中的电动舵机的驱动机构即电机通过直齿轮啮合带动丝杆运动，再通过丝母带动输出机构的转轴实现不同的舵偏角，实现了动力的最终传递，通过多级减速，实现了大传动比的功能；

2、本申请中的电动舵机还具有改变传动方向、结构较小、减速比较大、传动平稳等优点，可以应用于小型电动舵机减速，可以改善现有小型电动舵机在结构、传动比、动力的输入输出方向变化、传动平稳等方面的不足；

3、本申请中的电动舵机还具有行程大、传递力矩大、执行机构简单的优点，更加便于加工和装配，使用过程中，更适于维护，可以降低舵系统的制造维护成本。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动舵机，其特征在于，包括：

机壳(10)；

动力装置(20)，所述动力装置(20)包括驱动机构(21)和传动机构(22)，所述驱动机构(21)设置于所述机壳(10)的内部，所述传动机构(22)包括减速箱(221)以及丝杠组件(222)，所述减速箱(221)设置于所述机壳(10)外部并与所述驱动机构(21)相连接，所述减速箱(221)包括多个依次啮合的齿轮，所述丝杠组件(222)连接于所述机壳(10)并与所述减速箱(221)的输出端相连接，且所述丝杠组件(222)与所述驱动机构(21)均位于所述减速箱(221)的同一侧；以及

输出机构(30)，所述输出机构(30)连接于所述机壳(10)上，所述输出机构(30)包括拨叉块(32)和与所述拨叉块(32)相连接的转轴(31)，所述拨叉块(32)与所述丝杠组件(222)相连接并在所述丝杠组件(222)的驱动下带动所述转轴(31)在预定角度范围内转动。

2.如权利要求1所述的电动舵机，其特征在于，所述驱动机构(21)包括电机，多个所述齿轮包括处于同一平面上的第一齿轮、第二齿轮(2211)以及第三齿轮(2212)，所述第一齿轮固定套设于所述电机的输出轴上，所述第二齿轮(2211)与所述第一齿轮相啮合，所述第三齿轮(2212)与所述第二齿轮(2211)相啮合并与所述丝杠组件(222)相连接。

3.如权利要求2所述的电动舵机，其特征在于，所述第一齿轮、所述第二齿轮(2211)以及所述第三齿轮(2212)均为直齿轮。

4.如权利要求2所述的电动舵机，其特征在于，所述丝杠组件(222)包括丝杆(2221)和丝母(2222)，所述丝杆(2221)与所述第三齿轮(2212)固定连接并与所述电机的输出轴平行，所述丝母(2222)套设于所述丝杆(2221)上并在所述丝杆(2221)转动时沿所述丝杆(2221)的长度方向运动，所述拨叉块(32)与所述丝母(2222)相连接。

5.如权利要求4所述的电动舵机，其特征在于，所述拨叉块(32)包括插接凹槽(321)，所述插接凹槽(321)相对的两个侧壁上均设置有锁定凹槽(322)；

所述丝母(2222)相对的两侧均设置有锁定柱(2222a)；

其中，所述拨叉块(32)通过所述插接凹槽(321)与所述丝母(2222)插接，所述锁定柱(2222a)插设于所述锁定凹槽(322)内。

6.如权利要求4所述的电动舵机，其特征在于，所述转轴(31)的轴线垂直于所述丝杆(2221)的轴线；和/或，

所述转轴(31)通过轴承(60)安装于所述机壳(10)。

7.如权利要求1所述的电动舵机，其特征在于，所述电动舵机还包括检测组件(40)，所述检测组件(40)设置于所述机壳(10)以用于对所述转轴(31)的转动角度进行检测。

8.如权利要求1至7中任一项所述的电动舵机，其特征在于，所述机壳(10)呈环形设置，所述动力装置(20)和所述输出机构(30)均为多个，多个所述动力装置(20)与多个所述输出机构(30)一一对应地设置，并沿所述机壳(10)的圆周方向依次布置。

9.如权利要求1至7中任一项所述的电动舵机，其特征在于，所述电动舵机还包括控制电路板(50)，所述控制电路板(50)与所述驱动机构(21)电连接以对所述驱动机构(21)进行控制。

10.一种飞行器，其特征在于，所述飞行器包括权利要求1至9中任一项所述的电动舵机。

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