CN116291107A - 一种手自一体可切换旋转执行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋转执行器技术领域，具体涉及一种手自一体可切换旋转执行器。本发明提供的手自一体可切换旋转执行器包括：承载件，可旋转安装在承载件上的输出轴，固定在承载件上的旋转动力源，以及连接在输出轴与旋转动力源之间并将旋转动力源的动力传递给输出轴的传动组件。传动组件中具有第一行星齿轮组，施压装置可控地驱动摩擦件与第一行星齿轮组中的第一齿圈挤压摩擦。该执行器可在手动模式与自动模式间进行可控切换，切换过程平稳顺畅，改善了用户的体验，同时也延长了执行器的使用寿命，而且，该执行器具有较高的集成度，有利于节省空间。

Description

一种手自一体可切换旋转执行器

技术领域

本发明属于旋转执行器技术领域，具体涉及一种手自一体可切换旋转执行器。

背景技术

当前，家电行业正朝着智能化的方向快速演进，冰箱、烤箱、消毒柜等家电产品中的活动门的自动开关的需求不断增加。考虑到断电的情形以及用户长期以来手动操作的习惯，因此兼顾自动操作和手动操作的家电产品具有更强的市场竞争力。

为了能够兼顾自动操作和手动操作，驱动活动门运动的旋转执行器需要可以在手动和自动两种模式间进行自由切换。目前的主流方案是在动力上游和动力下游之间设置离合器，例如机械离合器和电磁离合器。当需要电动操作时，控制离合器切换至连接状态，此时来自上游的驱动力可以传递到下游，带动活动门旋转；当需要手动操作时，控制离合器切换至断开状态，此时上游与下游分离，上游的动力单元不会对活动门的旋转造成阻碍，因此活动门可以自由旋转。

但是，机械离合器在操作时具有卡滞感，尤其是从动力分离状态切换至动力连接状态时，动力的突然接入会产生明显的顿挫，而且对电机以及传动齿轮组造成比较大的冲击，导致用户体验不佳，同时也缩短了电机以及传动齿轮组的使用寿命。电磁离合器的切换虽然相对平顺，但在动力接入的瞬间也会对电机以及传动齿轮组造成一定的冲击，而且因受限于体积，电磁离合器的可输出扭矩偏小。

此外，现有执行器中离合器通常需要单独占用一定的空间，例如我公司在专利CN212752039U中提出的一种旋转执行器，虽然能够较好地实现可切换的旋转执行功能，但其离合器作为一个独立的功能单元连接在传动齿轮组中，占用了较大的空间，这不利于缩小执行器的体积以节省空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种手自一体可切换旋转执行器。

本发明提供的手自一体可切换旋转执行器包括：承载件，可旋转安装在承载件上的输出轴，固定在承载件上的旋转动力源，以及连接在输出轴与旋转动力源之间并将旋转动力源的动力传递给输出轴的传动组件。

传动组件中具有至少一级行星齿轮组，记为第一行星齿轮组；第一行星齿轮组包括：可转动的第一行星架，圆周分布地安装在第一行星架上的一组第一行星轮，位于第一行星架外周并与第一行星轮啮合的第一齿圈，位于第一行星架中央并与第一行星轮啮合的第一太阳轮；第一太阳轮连接动力的上游，第一行星架连接动力的下游。

手自一体可切换旋转执行器还包括：靠近第一齿圈的摩擦件，以及带动摩擦件运动的施压装置；第一齿圈上具有圆周方向的第一摩擦面，摩擦件上具有第二摩擦面，施压装置可控地驱动第二摩擦面挤压第一摩擦面。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，摩擦件具有正对第一齿圈的弧形凹口，第二摩擦面位于弧形凹口的内壁上，第一摩擦面为第一齿圈的外周表面。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，施压装置为推拉式电磁铁；摩擦件安装在推拉式电磁铁的端部，推拉式电磁铁通电时顶推摩擦件挤压第一齿圈。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，传动组件中还具有设置在第一行星齿轮组下游的第二行星齿轮组；第二行星齿轮组包括：可转动的第二行星架，圆周分布地安装在第二行星架上的一组第二行星轮，位于第二行星架外周并与第二行星轮啮合的第二齿圈，位于第二行星架中央并与第二行星轮啮合的第二太阳轮；第二太阳轮固定在第一行星架的中央，第二行星架连接动力的下游。

手自一体可切换旋转执行器还包括：弹性抱合在第二齿圈上的抱箍组件；当第二齿圈的扭矩超过抱箍组件抱合产生的极限扭矩时转动，当第二齿圈的扭矩不超过抱箍组件抱合产生的极限扭矩时静止。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，抱箍组件具有彼此相抱的一对半箍体，在两半箍体的连接处穿设调节螺栓进行连接，每一调节螺栓的两端都套设有压簧，压簧从两端向半箍体施加压紧力。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，抱箍组件与承载件浮动配合；承载件上具有浮动槽；每一半箍体的两侧平行，滑动配合在浮动槽内。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，浮动槽端部敞口，形成拧动调节螺栓以调节松紧的通道。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，第二齿圈外周具有波浪状起伏的纹路，半箍体的内壁也具有波浪状起伏的纹路。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，传动组件中还具有减速齿轮箱；减速齿轮箱的输入端连接第二行星架，减速齿轮箱的输出端具有第一锥齿轮；输出轴上具有第二锥齿轮；第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动连接。

进一步地，上述的手自一体可切换旋转执行器中，还包括测量输出轴旋转角度的角位移测量单元。

有益效果

本发明提供的手自一体可切换旋转执行器，在传动组件设置第一行星齿轮组，并使第一行星齿轮组的第一齿圈、摩擦件、施压装置相互配合，实现了以下多方面的有益功能：第一是使该执行器兼具手动模式和自动模式；第二是实现了手动模式与自动模式间的可控切换；第三是使切换过程具有一定的柔性，使切换过程平稳顺畅，改善了用户的体验，同时也延长了执行器的使用寿命；第四是其离合结构是基于减速机构形成的，本身就具有减速增扭的功能，有利于提高集成度以节省空间占用。

本发明提供的手自一体可切换旋转执行器，在传动组件中进一步设置第二行星齿轮组，并使第二行星齿轮组与可浮动的抱箍组件配合，实现了以下多方面的有益功能：第一是实现了扭矩限制的功能，能够在执行器受到异常大的扭矩时保护其内部结构；第二是其极限扭矩易于根据实际需要进行调节；第三是在长期使用过程中设定的极限扭矩具有良好的稳定性。

本发明提供的手自一体可切换旋转执行器，进一步设置角位移测量单元，还能够对输出轴（2）的旋转角度进行实时准确监测，为自动化控制提供依据。

附图说明

图1为手自一体可切换旋转执行器的结构示意图。

图2和图3为手自一体可切换旋转执行器的内部结构示意图。

图4为执行器内部的传动结构的配合示意图。

图5为执行器内部的传动结构的爆炸合示意图。

图6为第一行星齿轮组、摩擦件、施压装置的配合示意图。

图7为第二行星齿轮组与抱箍组件的配合示意图。

图8为抱箍组件的结构示意图。

图9为角位移测量单元的结构示意图。

图中，承载件1、输出轴2、旋转动力源3、第一行星齿轮组41、第一行星架411、第一行星轮412、第一齿圈413、第一太阳轮414、摩擦件51、施压装置52、第一摩擦面4131、第二摩擦面513、第二行星齿轮组42、第二行星架421、第二行星轮422、第二齿圈423、第二太阳轮424、抱箍组件6、半箍体61、调节螺栓62、压簧63、浮动槽11、减速齿轮箱43、第一锥齿轮44、第二锥齿轮45、角位移传感器71、第一同步齿轮72、第二同步齿轮73。

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至图3所示的手自一体可切换旋转执行器，包括：承载件1，可旋转安装在承载件1上的输出轴2，固定在承载件1上的旋转动力源3，以及连接在输出轴2与旋转动力源3之间并将旋转动力源3的动力传递给输出轴2的传动组件。其中，承载件1可以是支架、壳体等结构件，作为其他零部件的安装和固定的载体。图1和图2中所示的承载件1为上下相合的外壳，不仅作为安装载体，又能够保护内部的传动结构及电路。输出轴2作为该旋转执行器的执行件，用于对外输出旋转驱动力，如安装在智能冰箱中，则可驱动冰箱门体旋转。旋转动力源3通常为电机，通电后可输出旋转驱动力。传动组件用于将动力从动力源3传递给输出轴2。

本申请涉及传动结构，为便于表述，对于任一传动件，将靠近动力来源的方向定义为动力的上游，将远离动力来源的方向定义为动力的下游。因此，在描述传动组件的具体结构时，靠近所述旋转动力源3的方向即为动力上游方向，靠近所述输出轴2的方向为动力下游方向。动力的方向指动力传递路径上的前后方向，而不必然与空间方向相对应。

如图4和图5所示，所述传动组件中具有第一行星齿轮组41。如图6所示，所述第一行星齿轮组41包括：可转动的第一行星架411，圆周分布地安装在第一行星架411上的一组第一行星轮412，位于第一行星架411外周并与第一行星轮412啮合的第一齿圈413，位于第一行星架411中央并与第一行星轮412啮合的第一太阳轮414。所述第一太阳轮414连接动力的上游，其可以按照图示的方式直接与旋转动力源3的输出端相连，也可以通过其他传动结构与旋转动力源3的输出端相连。所述第一行星架411连接动力的下游，第一行星架411可以直接或间接连接所述输出轴2，例如其可以通过图示的方式间接驱动所述输出轴2旋转；另外，假如第一行星架411与输出轴2位于同一轴线上，第一行星架411也可以直接驱动输出轴2旋转。

在上述的传动组件中，如果不对第一齿圈413的运动进行限制，那么第一齿圈413可以自由旋转，此时旋转动力源3与输出轴2 并未实际动力相连。本申请的手自一体可切换旋转执行器还包括控制第一齿圈413自由度的装置，如图6所示，具体包括：靠近第一齿圈413的摩擦件51，以及带动摩擦件51运动的施压装置52。所述第一齿圈413上具有圆周方向的第一摩擦面4131，所述摩擦件51上具有第二摩擦面513，所述施压装置52可控地驱动所述第二摩擦面513挤压所述第一摩擦面4131。

当需要该手自一体可切换旋转执行器处在自动操作状态时，可以开启施压装置52使第一摩擦面4131和第二摩擦面513相互挤压，限制第一齿圈413的转动，此时的第一行星齿轮组41减速增扭地将从第一太阳轮414接收到的动力传递给第一行星架411，即可以将上游的动力传递给下游。当需要该手自一体可切换旋转执行器处在手动操作状态时，可以不开启施压装置52，此时第一齿圈413可以自由旋转，上游的动力不会传递给下游，同时，旋转动力源3的阻滞作用也不对输出轴2的自由旋转产生影响。

通过第一摩擦面4131与第二摩擦面513的相互挤压控制第一齿圈413的转动是一种相对柔性的控制方式，不会造成第一齿圈413瞬间抱死。因此在进行自动操作时，电机启动瞬间不会承受过高的负载，同时齿轮组等传动结构也不会承受过大的冲击，有利于延长使用寿命，也有利于提高启动的平顺性，减轻顿挫感。

如图6所示，用于限制第一齿圈413的部分优选采用以下结构。所述摩擦件51具有正对所述第一齿圈413的弧形凹口，所述第二摩擦面513位于所述弧形凹口的内壁上，所述第一摩擦面4131为第一齿圈413的外周表面。所述施压装置52为推拉式电磁铁；所述摩擦件51安装在所述推拉式电磁铁的端部，所述推拉式电磁铁通电时顶推摩擦件51挤压所述第一齿圈413。

前述介绍过第一太阳轮414与旋转动力源3的连接，既可以直接相连也可以间接相连。如果考虑与施压装置52相配合，第一太阳轮414优选与旋转动力源3直接相连，这样可以使第一齿圈413在动力传递路径上更靠近所述旋转动力源3。旋转动力源3最常用的是电机，从电机到输出轴2需要经过减速增扭的传动过程，因此靠近旋转动力源3的扭矩是最小的，施压装置52仅需要输出很小的推力即可限制第一齿圈413的转动，因此可以选用更小型号的施压装置52，有利于节省零部件成本和节约空间。

如图7所示，所述传动组件中还具有设置在所述第一行星齿轮组41下游的第二行星齿轮组42；所述第二行星齿轮组42包括：可转动的第二行星架421，圆周分布地安装在第二行星架421上的一组第二行星轮422，位于第二行星架421外周并与第二行星轮422啮合的第二齿圈423，位于第二行星架421中央并与第二行星轮422啮合的第二太阳轮424；所述第二太阳轮424固定在所述第一行星架411的中央，所述第二行星架421连接动力的下游。此外，所述手自一体可切换旋转执行器还包括：弹性抱合在第二齿圈423上的抱箍组件6。当所述第二齿圈423的扭矩超过抱箍组件6抱合产生的极限扭矩时，第二齿圈423相对抱箍组件6转动；当所述第二齿圈423的扭矩不超过抱箍组件6抱合产生的极限扭矩时，第二齿圈423相对抱箍组件6静止。

之所以在已经具有第一行星齿轮组41的情况下再设置第二行星齿轮组42，是为了强化扭矩限制的功能。这里假设一种情形，该手自一体可切换旋转执行器用于驱动冰箱门体的开关，如果在执行自动操作时冰箱门突然遇阻或用户突然手动推拉冰箱门。在这种情形下，旋转执行器内部设施扭矩限制结构是必要的，否则很容易造成电机和齿轮组损坏。所述第一齿圈413与摩擦件51的配合也可以起到扭矩限制的作用，当传动组件中受到异常大的扭矩时第一摩擦面4131与第二摩擦面513发生打滑，从而保护内部结构。但第一齿圈413处扭矩小，相应的打滑转速高，如果要兼顾扭矩保护，第一摩擦面4131与第二摩擦面513应选用高性能的耐磨材料。而更好的方式是在第一行星齿轮组41的下游设置第二行星齿轮组42，通过上述的抱箍组件6实现扭矩限制功能。第二齿圈423的打滑转速低，因此对抱箍组件6的耐磨性和耐久性的要求较低。

如图8所示，所述抱箍组件6具有彼此相抱的一对半箍体61，在两半箍体61的连接处穿设调节螺栓62进行连接，每一调节螺栓62的两端都套设有压簧63，所述压簧63从两端向半箍体61施加压紧力。通过拧紧或拧松调节螺栓62，可以对抱箍组件6的抱合力进行调节，从而调节该执行器的极限扭矩。

如图7所示，所述第二齿圈423外周具有波浪状起伏的纹路，如图8所示，所述半箍体61的内壁也具有波浪状起伏的纹路。所述抱箍组件6与所述承载件1浮动配合；所述承载件1上具有浮动槽11；每一半箍体61的两侧平行，滑动配合在所述浮动槽11内。所述浮动槽11端部敞口，形成拧动调节螺栓62以调节松紧的通道，以便于在外部对调节螺栓62进行调节。上述结构可以提高扭矩限制的稳定性，当第二齿圈423外周的纹路与半箍体61内壁的纹路相互打滑时，半箍体61可以在浮动槽11内适应性地浮动，这样，纹路每次打滑所顶起的半箍体61的距离是较稳定的，相应的极限扭矩也较稳定。

如图3和图4所示，所述传动组件中还具有减速齿轮箱43；所述减速齿轮箱43的输入端连接所述第二行星架421，所述减速齿轮箱43的输出端具有第一锥齿轮44；所述输出轴2上具有第二锥齿轮45；所述第一锥齿轮44与所述第二锥齿轮45啮合传动连接。这样，来自第二行星架421的旋转驱动力经过减速齿轮箱43传递给锥齿轮组后带动输出轴2旋转。此外，如果第一行星齿轮组41和/或第二行星齿轮组42的减速比已经达到所需的减速比要求，也可以不再设置减速齿轮箱43。

为了对输出轴2的实际旋转角度进行监测，为自动控制提供依据，上述的手自一体可切换旋转执行器还包括测量输出轴2旋转角度的角位移测量单元。如图9所示，所述角位移测量单元包括：固定在承载件1上的角位移传感器71，安装在角位移传感器71输入端的第一同步齿轮72，安装在输出轴2上的第二同步齿轮73；所述第一同步齿轮72与所述第二同步齿轮73啮合。这样，输出轴2的实际旋转角度会与角位移传感器71的监测数据形成一一对应关系，因此可以准确地获知输出轴2旋转角度。

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 (10)

1.一种手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，包括：承载件（1），可旋转安装在承载件（1）上的输出轴（2），固定在承载件（1）上的旋转动力源（3），以及连接在输出轴（2）与旋转动力源（3）之间并将旋转动力源（3）的动力传递给输出轴（2）的传动组件；

所述传动组件中具有至少一级行星齿轮组，记为第一行星齿轮组（41）；所述第一行星齿轮组（41）包括：可转动的第一行星架（411），圆周分布地安装在第一行星架（411）上的一组第一行星轮（412），位于第一行星架（411）外周并与第一行星轮（412）啮合的第一齿圈（413），位于第一行星架（411）中央并与第一行星轮（412）啮合的第一太阳轮（414）；所述第一太阳轮（414）连接动力的上游，所述第一行星架（411）连接动力的下游；

所述手自一体可切换旋转执行器还包括：靠近第一齿圈（413）的摩擦件（51），以及带动摩擦件（51）运动的施压装置（52）；所述第一齿圈（413）上具有圆周方向的第一摩擦面（4131），所述摩擦件（51）上具有第二摩擦面（513），所述施压装置（52）可控地驱动所述第二摩擦面（513）挤压所述第一摩擦面（4131）。

2.根据权利要求1所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述摩擦件（51）具有正对所述第一齿圈（413）的弧形凹口，所述第二摩擦面（513）位于所述弧形凹口的内壁上，所述第一摩擦面（4131）为第一齿圈（413）的外周表面。

3.根据权利要求2所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述施压装置（52）为推拉式电磁铁；所述摩擦件（51）安装在所述推拉式电磁铁的端部，所述推拉式电磁铁通电时顶推摩擦件（51）挤压所述第一齿圈（413）。

4.根据权利要求1所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述传动组件中还具有设置在所述第一行星齿轮组（41）下游的第二行星齿轮组（42）；所述第二行星齿轮组（42）包括：可转动的第二行星架（421），圆周分布地安装在第二行星架（421）上的一组第二行星轮（422），位于第二行星架（421）外周并与第二行星轮（422）啮合的第二齿圈（423），位于第二行星架（421）中央并与第二行星轮（422）啮合的第二太阳轮（424）；所述第二太阳轮（424）固定在所述第一行星架（411）的中央，所述第二行星架（421）连接动力的下游；

所述手自一体可切换旋转执行器还包括：弹性抱合在第二齿圈（423）上的抱箍组件（6）；当所述第二齿圈（423）的扭矩超过抱箍组件（6）抱合产生的极限扭矩时转动，当所述第二齿圈（423）的扭矩不超过抱箍组件（6）抱合产生的极限扭矩时静止。

5.根据权利要求4所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述抱箍组件（6）具有彼此相抱的一对半箍体（61），在两半箍体（61）的连接处穿设调节螺栓（62）进行连接，每一调节螺栓（62）的两端都套设有压簧（63），所述压簧（63）从两端向半箍体（61）施加压紧力。

6.根据权利要求5所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述抱箍组件（6）与所述承载件（1）浮动配合；所述承载件（1）上具有浮动槽（11）；每一半箍体（61）的两侧平行，滑动配合在所述浮动槽（11）内。

7.根据权利要求6所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述浮动槽（11）端部敞口，形成拧动调节螺栓（62）以调节松紧的通道。

8.根据权利要求6所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述第二齿圈（423）外周具有波浪状起伏的纹路，所述半箍体（61）的内壁也具有波浪状起伏的纹路。

9.根据权利要求4所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，所述传动组件中还具有减速齿轮箱（43）；所述减速齿轮箱（43）的输入端连接所述第二行星架（421），所述减速齿轮箱（43）的输出端具有第一锥齿轮（44）；所述输出轴（2）上具有第二锥齿轮（45）；所述第一锥齿轮（44）与所述第二锥齿轮（45）啮合传动连接。

10.根据权利要求4所述的手自一体可切换旋转执行器，其特征在于，还包括测量输出轴（2）旋转角度的角位移测量单元。

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