CN115498824A - 一种动能执行器及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种动能执行器及工作方法。该动能执行器包括：承载件，其作为安装载体；电机，其固定安装在承载件上，作为动力源；旋转输出件，其可旋转地安装在承载件，对外输出旋转驱动力；减速传动组，其动力连接在旋转输出件和电机的输出轴之间，将电机的旋转驱动力减速增扭后传递给旋转输出件；光码盘，其与电机的输出轴同轴连接，随电机的输出轴同步旋转；光电传感器，其固定安装并检测光码盘的旋转，光电传感器检测光码盘的旋转角度和旋转方向。本发明提供的动能执行器，结构紧凑，外形规整，具有大的减速比，能够简便准确地控制旋转角度，对不同应用场景具有广泛的适应性。

Description

一种动能执行器及工作方法

技术领域

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种动能执行器及工作方法。

背景技术

近年来，随着新能源汽车的不断发展，汽车电气化程度越来越高。传统车辆中许多固定部件和原本采用手动调节的活动部件正逐渐演化为可自动化控制的功能模块。例如上汽大众汽车有限公司在专利CN209051366U中公开一种可以适配多种自动化功能模块的中央通道组件，以满足消费者不同的需求；又如比亚迪股份有限公司在专利CN112440678A中公开一种可以自动调节空调出风的装置，无须驾乘人员手动调节外置叶片组，提高了操作的便捷程度。

动能执行器是用于输出动力以驱动活动部件运动的装置，因此是车辆实现自动化智能化的核心部件。然而，汽车内部空间十分有限，用于汽车的动能执行器必须结构紧凑，不能大量占用有限的驾乘空间。另外，车辆不同功能模块中的执行器在控制时往往需要根据具体的使用场景单独设定控制逻辑和控制程序，以旋转执行器为例，不同功能模块中的活动部件对起始角度和终止角度的要求往往是不同的，这样导致每一执行器的控制参数都需要单独地并且精确地进行预先设定，工作量大且容易出错。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种动能执行器及工作方法。

动能执行器包括：

承载件，其作为安装载体；

电机，其固定安装在承载件上，作为动力源；

旋转输出件，其可旋转地安装在承载件，对外输出旋转驱动力；

减速传动组，其动力连接在旋转输出件和电机的输出轴之间，将电机的旋转驱动力减速增扭后传递给旋转输出件；

光码盘，其与电机的输出轴同轴连接，随电机的输出轴同步旋转；

光电传感器，其固定安装并检测光码盘的旋转；光电传感器至少具有两个检测通道，根据两个检测通道测得的数据获知光码盘的旋转角度和旋转方向。

进一步地，上述动能执行器中，光码盘安装在电机的输出轴的尾端，光电传感器固定在电机的尾部；光码盘的边缘圆周分布有多个槽口，光电传感器具有检测区，槽口旋转时经过检测区。

进一步地，上述动能执行器中，电机的尾部引出接线端口。

进一步地，上述动能执行器中，减速传动组包括安装在电机输出轴上的螺纹轴、由螺纹轴带动的第一双联齿轮、由第一双联齿轮带动的第二双联齿轮、由第二双联齿轮带动的输出齿轮。

第一双联齿轮包括同轴一体连接的第一齿部和第二齿部；第一齿部与螺纹轴啮合，第二齿部齿数少于第一齿部。

第二双联齿轮包括同轴一体连接的第三齿部和第四齿部；第三齿部与第二齿部啮合，第四齿部的齿数少于第三齿部。

输出齿轮与第三齿部啮合，输出齿轮连接旋转输出件。

进一步地，上述动能执行器中，旋转输出件为具有花键孔的转轴，与输出齿轮一体连接。

进一步地，上述动能执行器中，在承载件上，电机的主体、第一双联齿轮的中心、第二双联齿轮的中心、输出齿轮的中心呈四边形布置。

进一步地，上述动能执行器中，承载件为盖合形成封闭空间的壳体，壳体的一侧开设有引线孔，引线孔正对接线端口；壳体的外周设有若干固定耳。

进一步地，上述动能执行器可采用以下工作方法：将电机和光电传感器均与电控单元电性连接，电控单元根据输入的操作指令、光电传感器的信号和检测到的电机的电流控制电机的转动；工作方法包括初始化阶段和常规工作阶段。

初始化阶段：电控单元指令电机向某一方向转动，该方向记为第一方向，光电传感器实时监测电机转动的角度，电控单元实时监测电机的实际电流；电控单元监测到电机产生堵转电流时，命令电机停止转动并记录电机在第一方向上转动的角度，记为第一极限角度；然后，电控单元命令电机向反方向转动，该方向记为第二方向，光电传感器实时监测电机转动的角度，电控单元实时监测电机的实际电流；电控单元监测到电机产生堵转电流时，命令电机停止转动并记录电机在第二方向上转动的角度，记为第二极限角度。

常规工作阶段：电控单元根据输入的指令控制电机向第一方向或第二方向转动，光电传感器实时监测电机转动的角度，当电机转动至第一极限角度或第二极限角度时，命令电机停止运行。

进一步地，在常规工作阶段，电机向第一方向或第二方向转动时，电控单元实时监测电机的实际电流，若监测到电机产生堵转电流，命令电机停止转动并更新第一极限角度或第二极限角度。

有益效果：与现有技术相比，本发明提供的动能执行器，结构紧凑，外形规整，具有大的减速比，能够简便准确地控制旋转角度，对不同应用场景具有广泛的适应性。

附图说明

图1为动能执行器的结构示意图。

图2为动能执行器的内部结构示意图。

图3为电机的结构示意图。

图4为光电传感器的信号的示意图。

图5为光码盘的结构示意图。

图6为光电传感器的结构示意图。

图7和图8为减速传动组的结构示意图。

图9为电控逻辑示意图。

图中，承载件1、电机2、旋转输出件3、减速传动组4、光码盘5、光电传感器6、槽口51、检测区61、接线端口21、螺纹轴41、第一双联齿轮42、第二双联齿轮43、输出齿轮44、第一齿部421、第二齿部422、第三齿部431、第四齿部432、引线孔11、固定耳12。

具体实施方式

下面通过实施例进一步阐明本发明，旨在更清楚地说明本发明的技术方案，而不应理解为是一种限制。

除非另有定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应理解为所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“ 第一”、“ 第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“ 包括”或者“ 包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“ 连接”或者“ 相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“ 上”、“ 下”、“ 左”、“ 右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1和图2所示的动能执行器，该动能执行器是一种可双向转动输出旋转驱动力的执行器，包括：

承载件1，该承载件1由可以盖合在一起的两瓣壳体组成，作为其他零部件的安装载体，同时也具有保护内部结构的作用；

电机2，其通过装配方式安装在所述承载件1内，作为动力源；

旋转输出件3，该旋转输出件3为具有花键孔的转轴，用于对外输出旋转驱动力，该旋转输出件3通过轴承可旋转地配合在所述承载件1上；

减速传动组4，其动力连接在所述旋转输出件3和电机2的输出轴之间，将电机2的旋转驱动力减速增扭后传递给所述旋转输出件3；

光码盘5（如图3所示），其与所述电机2的输出轴同轴连接，随电机2的输出轴同步旋转，因此，监测光码盘5转动的角度即可准确获得电机2转动的角度；

光电传感器6（如图3所示），其固定安装并检测所述光码盘5的旋转；所述光电传感器6为两通道的传感器，根据两个检测通道测得的数据获知光码盘5的旋转角度和旋转方向。具体来讲，假如两个检测通道分别测得的信号如图4中的A相和B相所示，根据A相和B相的信号图中出现波峰波谷的次数可以得出光码盘5转动的角度，根据A相和B相之间的相位差可以判断光码盘5转动的方向。

如图3所示，所述电机2的尾部引出接线端口21；所述光码盘5安装在所述电机2的输出轴的尾端，所述光电传感器6固定在所述电机2的尾部。电机2输出轴的转动未经过减速传动组4减速，因此是该执行器中转速最快的位置，此处安装光码盘5转速块，可以获得最精确的检测精度。另外，光码盘5快速转动，带动周围空气流动，对附近的光电传感器6、接线端口21及其线路产生一定的散热作用，避免这些发热部件在狭小的空间内过热损毁。如图5所示，所述光码盘5的边缘圆周分布有多个槽口51；如图6所示，所述光电传感器6具有检测区61；所述槽口51旋转时经过所述检测区61。假如光码盘边缘的槽口51为30个，那么电机2处对应的旋转精度是12°，优于常规步进电机的精度，而且电机2的旋转经过大减速比的减速传动组4减速，旋转输出件3的精度将数十倍地高于电机2的旋转精度，因此旋转输出件3处可以取得非常高的控制精度。

如图7和图8所示，所述减速传动组4包括安装在电机2输出轴上的螺纹轴41、由螺纹轴41带动的第一双联齿轮42、由第一双联齿轮42带动的第二双联齿轮43、由第二双联齿轮43带动的输出齿轮44；所述第一双联齿轮42包括同轴一体连接的第一齿部421和第二齿部422；所述第一齿部421与所述螺纹轴41啮合，所述第二齿部422齿数少于第一齿部421；所述第二双联齿轮43包括同轴一体连接的第三齿部431和第四齿部432；所述第三齿部431与所述第二齿部422啮合，所述第四齿部432的齿数少于第三齿部431；所述输出齿轮44与所述第三齿部431啮合，所述输出齿轮44连接所述旋转输出件3，优选输出齿轮44与旋转输出件3一体连接。

如图2所示，在所述承载件1上，所述电机2的主体、第一双联齿轮42的中心、第二双联齿轮43的中心、输出齿轮44的中心呈四边形布置，从而获得十分紧凑的空间布局，并且也使承载件1的外形更加规整，有利于节省空间的占用。

如图1和图2所示，所述承载件1内部形成封闭空间，承载件1的一侧开设有引线孔11，所述引线孔11正对所述接线端口21；所述承载件1的外周设有若干固定耳12。

上述动能执行器可以采用以下工作方法：将电机2和光电传感器6均与电控单元电性连接，所述电控单元根据输入的操作指令、光电传感器6的信号和检测到的电机2的电流控制电机2的转动。

所述工作方法包括初始化阶段和常规工作阶段。其中，初始化阶段用于确定该动能执行器所处的实际工作环境所允许的最大旋转角度，以自动适应不同的应用场景。常规工作阶段由于有了初始化阶段的数据作为依据，可以准确控制执行器转动至合适的角度，而不必频繁地检测电机2堵转，有利于延长执行器的使用寿命。

初始化阶段：所述电控单元指令电机2向某一方向转动，该方向记为第一方向，光电传感器6实时监测电机2转动的角度，电控单元实时监测电机2的实际电流；电控单元监测到电机2产生堵转电流时，命令电机2停止转动并记录电机2在第一方向上转动的角度，记为第一极限角度；然后，电控单元命令电机2向反方向转动，该方向记为第二方向，光电传感器6实时监测电机2转动的角度，电控单元实时监测电机2的实际电流；电控单元监测到电机2产生堵转电流时，命令电机2停止转动并记录电机2在第二方向上转动的角度，记为第二极限角度。

常规工作阶段：所述电控单元根据输入的指令控制电机2向第一方向或第二方向转动，所述光电传感器6实时监测电机2转动的角度，当电机2转动至第一极限角度或第二极限角度时，命令电机2停止运行。在常规工作阶段，假如工作的环境有所变化，该执行器也可以根据实际情况进行适应性调整，具体地，所述电机2向第一方向或第二方向转动时，电控单元实时监测电机2的实际电流，若监测到电机2产生堵转电流，命令电机2停止转动并更新第一极限角度或第二极限角度。常规工作阶段的运行逻辑如图9所示，图9中的正转和反转分别对应第一方向和第二方向的转动。

以上实施方式是示例性的，其目的是说明本发明的技术构思及特点，以便熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种动能执行器，其特征在于，包括：

承载件（1），其作为安装载体；

电机（2），其固定安装在所述承载件（1）上，作为动力源；

旋转输出件（3），其可旋转地安装在所述承载件（1），对外输出旋转驱动力；

减速传动组（4），其动力连接在所述旋转输出件（3）和电机（2）的输出轴之间，将电机（2）的旋转驱动力减速增扭后传递给所述旋转输出件（3）；

光码盘（5），其与所述电机（2）的输出轴同轴连接，随电机（2）的输出轴同步旋转；

光电传感器（6），其固定安装并检测所述光码盘（5）的旋转；所述光电传感器（6）至少具有两个检测通道，根据两个检测通道测得的数据获知光码盘（5）的旋转角度和旋转方向。

2.根据权利要求1所述的动能执行器，其特征在于：所述光码盘（5）安装在所述电机（2）的输出轴的尾端，所述光电传感器（6）固定在所述电机（2）的尾部；所述光码盘（5）的边缘圆周分布有多个槽口（51），所述光电传感器（6）具有检测区（61），所述槽口（51）旋转时经过所述检测区（61）。

3.根据权利要求2所述的动能执行器，其特征在于：所述电机（2）的尾部引出接线端口（21）。

4.根据权利要求1所述的动能执行器，其特征在于：所述减速传动组（4）包括安装在电机（2）输出轴上的螺纹轴（41）、由螺纹轴（41）带动的第一双联齿轮（42）、由第一双联齿轮（42）带动的第二双联齿轮（43）、由第二双联齿轮（43）带动的输出齿轮（44）；

所述第一双联齿轮（42）包括同轴一体连接的第一齿部（421）和第二齿部（422）；所述第一齿部（421）与所述螺纹轴（41）啮合，所述第二齿部（422）齿数少于第一齿部（421）；

所述第二双联齿轮（43）包括同轴一体连接的第三齿部（431）和第四齿部（432）；所述第三齿部（431）与所述第二齿部（422）啮合，所述第四齿部（432）的齿数少于第三齿部（431）；

所述输出齿轮（44）与所述第三齿部（431）啮合，所述输出齿轮（44）连接所述旋转输出件（3）。

5.根据权利要求4所述的动能执行器，其特征在于：所述旋转输出件（3）为具有花键孔的转轴，与所述输出齿轮（44）一体连接。

6.根据权利要求4所述的动能执行器，其特征在于：在所述承载件（1）上，所述电机（2）的主体、第一双联齿轮（42）的中心、第二双联齿轮（43）的中心、输出齿轮（44）的中心呈四边形布置。

7.根据权利要求3所述的动能执行器，其特征在于：所述承载件（1）为盖合形成封闭空间的壳体，所述壳体的一侧开设有引线孔（11），所述引线孔（11）正对所述接线端口（21）；所述壳体的外周设有若干固定耳（12）。

8.根据权利要求1至7任一项所述的动能执行器的工作方法，其特征在于：将电机（2）和光电传感器（6）均与电控单元电性连接，所述电控单元根据输入的操作指令、光电传感器（6）的信号和检测到的电机（2）的电流控制电机（2）的转动；所述工作方法包括初始化阶段和常规工作阶段；

初始化阶段：所述电控单元指令电机（2）向某一方向转动，该方向记为第一方向，光电传感器（6）实时监测电机（2）转动的角度，电控单元实时监测电机（2）的实际电流；电控单元监测到电机（2）产生堵转电流时，命令电机（2）停止转动并记录电机（2）在第一方向上转动的角度，记为第一极限角度；然后，电控单元命令电机（2）向反方向转动，该方向记为第二方向，光电传感器（6）实时监测电机（2）转动的角度，电控单元实时监测电机（2）的实际电流；电控单元监测到电机（2）产生堵转电流时，命令电机（2）停止转动并记录电机（2）在第二方向上转动的角度，记为第二极限角度；

常规工作阶段：所述电控单元根据输入的指令控制电机（2）向第一方向或第二方向转动，所述光电传感器（6）实时监测电机（2）转动的角度，当电机（2）转动至第一极限角度或第二极限角度时，命令电机（2）停止运行。

9.根据权利要求8所述的动能执行器的工作方法，其特征在于：在常规工作阶段，所述电机（2）向第一方向或第二方向转动时，电控单元实时监测电机（2）的实际电流，若监测到电机（2）产生堵转电流，命令电机（2）停止转动并更新第一极限角度或第二极限角度。

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