CN115987021B - 一种小型机器人用散热伺服电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有改善热传导的肋或散热片的电机技术领域，公开了一种小型机器人用散热伺服电机，包括输出轴和电机，输出轴靠近电机处设置有分级散热器，分级散热器包括与输出轴同轴固接的驱动轮、与驱动轮滑动连接的传动板和套设在输出轴周侧的多个分级套筒，分级套筒间的连接面之间设置有行星齿轮组，分级套筒包括从动套筒和传动套筒，从动套筒上设置有扇叶。本发明中将输出轴旋转时的一部分动能转化为驱动扇叶进行旋转散热的动能，使得扇叶的散热效率能够随着输出轴转速的提高而提高，且在小型机器人中的伺服电机扭矩不足导致输出轴低速旋转导致产热效率提高的过程中，分级散热器也能拥有较高的散热速率对电机进行散热。

Description

一种小型机器人用散热伺服电机

技术领域

本发明涉及带有改善热传导的肋或散热片的电机技术领域，尤其涉及一种小型机器人用散热伺服电机。

背景技术

随着机器人的小型化，伺服电机也要设计成小型电机。然而，一方面，电流在定子绕组和转子绕组中产生热量，转子的轴承摩擦也产生热量；另一方面，由于磁场的变化，在铁芯内产生损耗，使铁芯温度升高，产生大量的热量，若不及时将过多的热量排出，将会影响伺服电机的正常使用，还会对伺服电机本身的性能造成影响，从而降低伺服电机的使用寿命。现有的散热装置通常在电机壳内设置循环风扇将电机内的热量带出或在电机壳外侧设置水冷结构将电机壳上的热量迅速带走以加快导热速率。

公开号为CN213402679U的中国专利属于伺服电机技术领域，具体涉及一种小型伺服电机。包括主体，罩设于主体的壳体，与壳体尾部固定连接的风罩，编码器插头以及动力线插头，主体的输出端突升出壳体外且输出端与风罩分布于所壳体的两侧，编码器插头以及动力线插头均与所述主体电连接，主体与编码器插头和动力线插头相连接的电线均从风罩上方穿出，壳体的外侧设置有若干散热片和导热管。该专利通过在壳体外侧设置散热片和导热管，能有效将电机产生的热量快速散出去，有效避免因热量散发速度慢而导致的电机损坏。但是散热片和导热管的散热效率不能基于电机的转速进行改变。当电机维持低速旋转或产热效率较低时，相对过高的散热效率无疑是一种巨大的浪费；而当电机的产热效率高于散热效率时，散热装置由于散热效率无法满足电机的产热效率导致热量积累从而造成电机损毁；且小型机器人中的伺服电机常因扭矩不足导致输出轴在低速旋转时产热效率较高，此时也需要提高散热效率对电机进行冷却。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于小型机器人的散热伺服电机，用于解决现有散热装置的散热效率不能基于电机的转速而进行改变的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：包括输出轴和电机，所述输出轴靠近所述电机处设置有分级散热器，所述分级散热器包括与所述输出轴同轴固接的驱动轮、与所述驱动轮滑动连接的传动板和套设在所述输出轴周侧的多个分级套筒，所述分级套筒包括从动套筒和传动套筒，所述从动套筒上设置有扇叶，所述分级套筒之间通过差速齿轮组连接，所述传动板能够在离心力作用下滑动至不同位置驱动不同的所述分级套筒。本发明中将输出轴旋转时的一部分动能转化为驱动扇叶进行旋转散热的动能，使得扇叶的散热效率能够随着输出轴转速的提高而提高，且在小型机器人中的伺服电机扭矩不足导致输出轴低速旋转导致产热效率提高的过程中，也能拥有较高的散热速率对电机进行散热，能够及时将电机产生的热量排出从而降低伺服电机由于热量堆积导致的损耗。

进一步，所述传动板靠近所述输出轴的一侧设置有弹性件，所述传动板基于所述弹性件与所述输出轴连接，所述所述驱动轮对应与所述传动板的连接处设置有沿径向方向布置的滑槽。本申请基于离心力触发传动板移动至不同位置对不同位置的分级套筒进行旋转驱动，当转速降低时传动板在弹性件的弹力作用下回到初始位置，完成一次往复的散热控制，利于下一次的散热控制。

进一步，所述传动板一端与所述传动板卡合连接，另一端靠近所述分级套筒，所述传动板对应所述分级套筒一侧设置有通道，所述从动套筒和所述传动套筒靠近所述传动板一侧的端面上设置有匹配所述通道的传动柱，所述传动板能够基于移动距离选择性地推动处在不同所述分级套筒上的所述传动柱。本申请通过使用随离心力移动至不同位置的通道，使得传动板能够在滑动过程中驱动不同的分级套筒，完成对扇叶转速是否加速处理的切换，以满足对不同输出轴转速下的电机的散热效率的调节。

进一步，所述行星齿轮组包括内齿轮、外齿轮和行星齿轮，所述内齿轮设置在所述传动套筒内壁，所述外齿轮设置在所述从动套筒周侧对应所述内齿轮位置，所述外齿轮和所述内齿轮之间基于所述行星齿轮连接。本申请中设置行星齿轮组对电机由于扭矩不足导致输出轴处于较低转速产热效率较高时的扇叶进行加速处理，提高输出轴低速状态下的散热功率，优化小型机器人中伺服电机扭矩不足导致的产热问题。

进一步，所述滑槽未贯穿所述驱动轮的周侧。将滑槽设置为不完全贯穿状态，使得传动板不会在输出轴转速较高时从滑槽内脱离，保证传动板即使在较高转速下也能驱动分级套筒进行散热。

进一步，所述驱动轮上设置有多个减重孔。本申请中对驱动轮进行减重处理，减少驱动轮旋转时需要从输出轴上带走的能量，进一步减少能量的损耗，提高能量的利用率。

进一步，所述伺服电机还包括外壳。本申请中还设置有用于对电机、转轴和分级散热器进行保护的外壳，外壳也可作为电机和分级散热器等的安装载体。

本发明的有益效果：

1、本发明中将输出轴旋转时的一部分动能转化为驱动扇叶进行旋转散热的动能，使得扇叶的散热效率能够随着输出轴转速的提高而提高，且在小型机器人中的伺服电机扭矩不足导致输出轴低速旋转导致产热效率提高的过程中，也能拥有较高的散热速率对电机进行散热，能够及时将电机产生的热量排出从而降低伺服电机由于热量堆积导致的损耗。

2、本申请基于离心力触发传动板移动至不同位置对不同位置的分级套筒进行旋转驱动，当转速降低时传动板在弹性件的弹力作用下回到初始位置，完成一次往复的散热控制，利于下一次的散热控制。

3、将滑槽设置为不完全贯穿状态，使得传动板不会在输出轴转速较高时从滑槽内脱离，保证传动板即使在较高转速下也能驱动分级套筒进行散热。

附图说明

图1是本发明用于小型机器人的散热伺服电机实施例的结构示意图；

图2是本发明的分级散热器示意图；

图3是本发明的行星齿轮组安装示意图。

其中，

100、输出轴；200、电机；300、分级散热器；310、驱动轮；312、减重孔；320、传动板；321、弹性件；322、通道；330、分级套筒；331、从动套筒； 332、传动套筒；333、传动柱；340、行星齿轮组；341、内齿轮；342、外齿轮；343、行星齿轮；400、扇叶；500、外壳。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明的小型机器人用散热伺服电机，包括输出轴100、电机200和分级散热器300。输出轴100能够在电机200的带动下进行旋转。电机200可以包括转子、定子、编码器等现有伺服电机中电机所必须的部件，用于将电压信号转化为转矩和转速以驱动输出轴100。分级散热器300设置在输出轴100上靠近电机200位置。分级散热器300用于基于输出轴100的转速对电机200输出不同的散热功率，使得在电机200的产热功率随输出轴100的转速上升而不断提升阶段，分级散热器300的散热功率能够随输出轴100的转速增加而增加。

分级散热器300包括驱动轮310、传动板320和分级套筒330。驱动轮310同轴固定连接至输出轴100。优选地，驱动轮310上设置有多个减重孔312。分级套筒330套设在输出轴100周侧。传动板320整体设置在传动板320和分级套筒330之间。驱动轮310与传动板320滑动连接。驱动轮310对应与传动板320连接处设置有沿径向方向从驱动轮310周侧贯穿至输出轴100的滑槽。滑槽的形状配合传动板320能够沿驱动轮310径向方向滑动设置。传动板320靠近输出轴100一侧设置有弹性件321。弹性件321一端与传动板320连接，另一端与输出轴100连接。此处的弹性件321可以是弹簧。传动板320可以是由密度较低，强度较大的金属材料或非金属材料制成，从而降低自重对弹性件321形变量的影响。传动板320能够在输出轴100旋转时受离心力作用在滑槽上沿径向方向滑动。输出轴100旋转速度越快，传动板320所受到的离心力越大，其能够克服弹性件321弹力滑动的距离越远；反之，输出轴100的旋转速度越慢，传动板320能够滑动的距离越近或不进行滑动。

传动板320靠近分级套筒330的一侧设置有通道322。每一个分级套筒330对应通道322一侧的端面上都设置有传动柱333。通道322用于在传动板320受离心力作用沿滑槽向外移动时，穿过不同位置的传动柱333，使得不能穿过通道322的传动柱绕分级套筒330所在的轴线旋转。从而带动不同的分级套筒330进行旋转。值得注意的是，将通道322设置为在沿滑槽滑动的过程中，仅能容纳一个传动柱333通过。

分级套筒330包括从动套筒331和传动套筒332。从动套筒331周侧设置有扇叶400，从动套筒331能够直接在通道322带动从动套筒331上的传动柱333旋转时旋转并带动扇叶400旋转；从动套筒331也能够在传动板320带动传动套筒332上的传动柱333旋转时旋转并带动扇叶400旋转。具体地，如图3，从动套筒331和传动套筒332之间通过行星齿轮组340进行传动连接。行星齿轮组340包括内齿轮341、外齿轮342和行星齿轮343。内齿轮341设置在传动套筒332内壁。外齿轮342设置在从动套筒331周侧。内齿轮341和外齿轮342之间设置有三个输出轴固定的行星齿轮343。优选地，行星齿轮343的输出轴可以从传动套筒332和从动套筒331间的缝隙处引处至外壳。

参见图2，将输出轴100转速较低使得传动板320还未有足够离心力沿滑槽向外移动时的位置定义为初始位置，此时传动板320上的通道322能够穿过从动套筒331上的传动柱333，使得传动板320能够驱动传动套筒332上的传动柱333进行旋转；将输出轴100速度超过预设临界值时，传动板320在离心力作用下移动至通道322能够穿过传动套筒332上的传动柱333，使得传动板320能够驱动从动套筒331上的传动柱333进行旋转；其中，预设临界值可以根据电机设计转速和产热功率进行选择。本申请的目的在于在输出轴100的转速较低时由传动套筒332带动扇叶400进行旋转，在输出轴100的转速较高时由从动套筒331带动扇叶400进行旋转。优选地，将滑槽设置为未贯穿驱动轮310周侧结构，以避免当输出轴100转速较高时，传动板320完全从滑槽内滑出导致不能继续驱动扇叶400。

伺服电机在驱动输出轴100开始运动过程中，由于多种原因会导致电机200在输出轴100低速旋转过程中产生大量的热量。产热过大的原因可能是：伺服电机的扭矩比负载运行需要的扭矩要小导致电机200拖动负载非常吃力使得电机200发热，即伺服电机在低速旋转时也需要较高的散热效率进行散热，且散热效率也需随着输出轴100的转速上升而不断提升，尤其是小型机器人中的伺服电机，常因为扭矩较低导致低速旋转时产热效率较高。

本申请中，将输出轴100的转速未超过预设临界值和超过预设临界值的状态分别采用两种驱动方式驱动扇叶400进行旋转。当输出轴100的转速未超过预设临界值时，传动板320的离心力不足以驱动传动板320沿滑槽滑动或仅能在离心力作用下移动小段距离，此时传动板320上的通道322在传动板320旋转过程中保持穿过从动套筒331上的传动柱333,从而带动传动套筒332和传动套筒332上的传动柱333进行旋转。传动套筒332在旋转过程中，传动套筒332内壁上的内齿轮341会驱动行星齿轮343旋转，在行星齿轮343的输出轴固定的前提下，内齿轮341驱动外齿轮342和与外齿轮342连接的从动套筒331进行旋转。由于外齿轮342和内齿轮341为线连接，二者的线速度相同，内齿轮341的角速度会小于外齿轮342的角速度。即，输出轴100低速旋转时，从动套筒331能够驱动扇叶400以角速度超过输出轴100的旋转速度进行旋转，从而达到在输出轴100旋转速度较低时也能够有用较高的散热效率，以减少伺服电机在转速较低时且产热效率较高时的有效散热，且散热效率随输出轴100的速率升高而提高。

当输出轴100的转速超过预设临界值时，传动板320的离心力较高以使得传动板320在离心力作用下沿滑槽向外滑动至传动板320上的通道322移动至允许传动套筒332上的传动柱333通过，此时传动板320上的通道322在传动板320旋转过程中保持穿过传动套筒332上的传动柱333,从而带动从动套筒331和从动套筒331上的传动柱333进行旋转。从动套筒331此时会直接带动扇叶400进行旋转。可以理解为，速度超过预设临界值时，电机200的产热效率主要受转速影响，速度低于预设临界值时，电机200的产热效率除受转速影响外，还受负载和电机扭矩的影响。当输出轴100的转速超过预设临界值时，扇叶400在从动套筒331的驱动下与输出轴100同轴且同角速度进行旋转，即，当输出轴100的转速超过预设临界值时，扇叶400的扇热效率随输出轴100转速的增加而增加。

伺服电机还包括外壳500。外壳500可用于将传动套筒332、从动套筒331和行星齿轮343设定在作用位置。例如，将从动套筒331套设在输出轴100周侧指定位置，将行星齿轮343的输出轴固定在传动套筒332和从动套筒331之间等。

本申请中，将传动柱333设置为轴接至各分级套筒330。传动柱333能够相对于分级套筒330进行旋转。传动板320在推动传动柱333进行旋转时，传动板320还受离心力作用沿滑槽向外滑动，为减少传动板320和传动柱333之间的摩擦力，本申请中将传动柱333设置为轴接至分级套筒，能够利于传动板320在驱动传动柱333时自身的滑动，以达到对滑动至不同位置对不同传动柱333进行驱动的目的。

本发明提出一种用于小型机器人的散热伺服电机，通过设置离心触发的传动柱333和传动板320，散热效率能够随着输出轴100转速的提高而提高，尤其是在小型机器人中的伺服电机扭矩不足导致输出轴100低速旋转导致产热效率提高的过程中，也能拥有较高的散热速率对电机200进行散热，能够及时将电机200产生的热量排出从而降低伺服电机由于热量堆积导致的损耗。

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。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (6)

1.一种小型机器人用散热伺服电机，包括输出轴（100）和电机（200），其特征在于，所述输出轴（100）靠近所述电机（200）处设置有分级散热器（300），所述分级散热器（300）包括与所述输出轴（100）同轴固接的驱动轮（310）、与所述驱动轮（310）滑动连接的传动板（320）和套设在所述输出轴（100）周侧的多个分级套筒（330），所述分级套筒（330）包括从动套筒（331）和传动套筒（332），所述从动套筒（331）上设置有扇叶（400），所述分级套筒（330）之间通过差速齿轮组连接，所述传动板（320）能够在离心力作用下滑动至不同位置驱动不同的所述分级套筒（330），所述传动板（320）靠近所述输出轴（100）的一侧设置有弹性件（321），所述传动板（320）基于所述弹性件（321）与所述输出轴（100）连接，所述驱动轮（310）对应与所述传动板（320）的连接处设置有沿径向方向布置的滑槽，所述传动板（320）一端与所述驱动轮（310）卡合连接，另一端靠近所述分级套筒（330），所述传动板（320）对应所述分级套筒（330）一侧设置有通道（322），所述从动套筒（331）和所述传动套筒（332）靠近所述传动板（320）一侧的端面上设置有匹配所述通道（322）的传动柱（333），所述传动板（320）能够基于移动距离选择性地推动处在不同所述分级套筒（330）上的所述传动柱（333）。

2.根据权利要求1所述的小型机器人用散热伺服电机，其特征在于，还包括行星齿轮组（340），所述行星齿轮组（340）包括内齿轮（341）、外齿轮（342）和行星齿轮（343），所述内齿轮（341）设置在所述传动套筒（332）内壁，所述外齿轮（342）设置在所述从动套筒（331）周侧对应所述内齿轮（341）位置，所述外齿轮（342）和所述内齿轮（341）之间基于所述行星齿轮（343）连接。

3.根据权利要求2所述的小型机器人用散热伺服电机，其特征在于，所述滑槽未贯穿所述驱动轮（310）的周侧。

4.根据权利要求3所述的小型机器人用散热伺服电机，其特征在于，所述驱动轮（310）上设置有多个减重孔（312）。

5.根据权利要求4所述的小型机器人用散热伺服电机，其特征在于，所述伺服电机还包括外壳（500）。

6.根据权利要求4所述的小型机器人用散热伺服电机，其特征在于，所述传动柱（333）轴接至所述分级套筒（330），所述传动板（320）能够在驱动所述传动柱（333）旋转的同时沿所述滑槽滑动。

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