CN201603402U - 舵机 - Google Patents

Abstract

一种舵机包括步进电机、牵引件和传动机构，所述传动机构包括与所述牵引件连接的传动杆，所述传动机构由所述步进电机驱动并带动传动杆转动，所述牵引件随传动杆的转动而运动。本实用新型的舵机结构简单、性能精准、寿命长。

Description

舵机

技术领域

本实用新型涉及舵机。

背景技术

舵机的主要作用是把接收机收到的电信号转换成相应的机械动作，主要控制方向的改变和方向改变的程度，比如，中国专利申请200720069025.2号就公开了一种用于模型飞机的舵机，如图1和图2所示，该舵机包括支架10、电机20、丝杆30和滑块40。所述支架10包括电机座11和滑块座12，所述电机20设置于所述电机座12内，在所述电机20的一端设置有一主动齿轮50，所述丝杆30纵向穿过所述滑块座12，在所述丝杆30的一端设置有一从动齿轮60，所述主动齿轮50和所述从动齿轮60相互啮合，所述滑块40穿在所述丝杆30上，并且所述滑块40伸出所述滑块座12，在所述滑块40底面设置有一电刷70，电刷70包括固定在滑块40底面的连接面和与连接面成夹角设置的电刷面。上述舵机通过固定孔13安装于驱动电路板上，该电路板上设置有与所述电刷面接触的碳膜81和银膜82而构成类似于滑动电位器的结构。

上述舵机包括电刷、银膜82和碳膜81构成的类似于滑动电位器的结构，且电刷70包括成夹角设置的连接面71和电刷面72，这样，结构复杂，且电刷70容易压弯变形而使得舵机性能变差、寿命变短。

另外，中国专利申请200620058245.0号也公开了一种航模舵机，该航模舵机内部收容线路板、变速齿轮组、马达及电位器。变速齿轮组包括布置在马达一侧的马达齿轮、布置在电位器一侧的第四、五变速齿轮及布置于两侧之间的第一、二、三变速齿轮。马达齿轮架设于马达轴上并与第一变速齿轮的小齿啮合；第一变速齿轮的大齿与第二变速齿轮的大齿啮合；第二变速齿轮的小齿与第四变速齿轮的大齿啮合，第四变速齿轮的小齿与第三变速齿轮的大齿啮合，第三变速齿轮的小齿与第五变速齿轮的大齿啮合；电位器的电位器轴向上穿过第四、五变速齿轮而与摆杆连接。

上述航模舵机采用变速齿轮组、马达和电位器的结合，特别是变速齿轮组包括五个变速齿轮，结构复杂，零件多，而且，对各零件精准度以及合格率要求高。

发明内容

本实用新型解决的技术问题是舵机结构复杂、性能差和寿命短的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种舵机，该舵机包括步进电机、牵引件和传动机构，所述传动机构包括与所述牵引件连接的传动杆，所述传动机构由所述步进电机驱动并带动传动杆转动，所述牵引件随传动杆的转动而运动。

可选地，所述传动杆与所述步进电机的转轴一体成型。

可选地，所述牵引件包括连接部，该连接部具有贯穿该连接部相对两表面的容纳腔，所述传动杆与所述容纳腔内壁螺纹连接。

可选地，所述牵引件包括连接部和连接块，该连接部具有贯穿该连接部相对两表面的容纳腔，所述连接块具有螺纹孔且装设于所述容纳腔内，所述传动杆穿过螺纹孔与所述连接块螺纹连接。

可选地，所述舵机还包括座体和与座体扣合的壳体，该壳体为侧板和顶板围成的空腔结构，所述顶板上开设有贯穿顶板的导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引部伸出所述导向槽且与导向槽的内表面接触，或者，所述舵机还包括底座和盖板，座体由底壁和侧壁围成的空腔结构，盖板与座体扣合，盖板上开设有导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引件的牵引部伸出所述导向槽且与导向槽的内表面接触，或者，所述舵机还包括座体，该座体包括底壁，该底壁上开设有导向槽，所述牵引件的连接部相对于底壁的表面设置有导向柱，该导向柱位于导向槽内且与导向槽的表面接触。

可选地，所述舵机还包括座体和与座体扣合的壳体，该壳体为侧板和顶板围成的空腔结构，所述顶板上开设有贯穿顶板的导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引部伸出所述导向槽，所述牵引件的连接部与侧板或者顶板接触，或者，所述舵机还包括底座和盖板，座体由底壁和侧壁围成的空腔结构，盖板与座体扣合，盖板上开设有导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引件的牵引部伸出所述导向槽，所述牵引件的连接部与底壁、盖板或者侧壁接触。

可选地，所述传动机构还包括相互啮合的初级变速齿轮和末级变速齿轮，初级变速齿轮与所述步进电机的转轴连接，末级变速齿轮与所述传动杆连接，所述牵引件随传动杆的转动而转动。

可选地，所述舵机还包括驱动单元，用于控制步进电机转动。

可选地，所述驱动单元为控制电路板，该控制电路板开设有导向槽，所述牵引件的连接部相对于底壁的表面设置有导向柱，该导向柱位于导向槽内且与导向槽的表面接触。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用步进电机代替传统的电机后，步进电机根据驱动单元的指令转动，进而，控制舵机的牵引件运动，取消了滑块、电刷、银膜和碳膜构成的类电位器的设计；或者取消了变速齿轮组和电位器配合而使得牵引件运动的设计；或者减少了变速滑轮组的设计，使得舵机的结构简单、生产容易和产品合格率高，再者，由于结构简单，与现有技术相比，参与运转的零部件减少，产品寿命长；采用步进电机后，通过驱动单元发出的控制信号、步进电机的步距角、牵引件转动的角度成线性关系或者驱动单元发出的控制信号、步进电机的步距角和牵引件的位移之间成线性关系而控制舵机的运动，比如，控制方向的改变和方向改变的程度，这样，由于步进电机的步距角一定，无论步进电机转动多少次，始终没有累积误差，舵机性能精准。

2、本实用新型的牵引件设置有贯穿牵引件的连接部的容纳腔，并在容纳腔内设置连接块，由该连接块与传动杆连接，与现有技术的牵引件和丝杆配合的方式相比，牵引件不用直接与传动杆配合作用，牵引件的寿命长，而且，所述连接块安装于所述容纳腔内，为可更换式，进一步提高了舵机的寿命。

3、所述牵引部与导向槽的内表面的配合，或者牵引部与侧板、侧壁、顶板或者盖板的表面配合，不仅保证了牵引件的直线运动，而且，整个舵机结构紧凑，体积小。

附图说明

图1是现有的一种舵机的机构示意图；

图2是图1的立体分解图；

图3是本实用新型舵机第一实施例的立体组合图；

图4是图3所示的舵机的立体分解图；

图5是本图3沿A-A向的侧剖面示意图；

图6是本实用新型第一实施例的第一种改进的侧剖面示意图；

图7是本实用新型第一实施例的第二种改进的侧剖面示意图；

图8是本实用新型第一实施例的第三种改进的侧剖面示意图；

图9是本实用新型的第一实施例的第四种改进的结构示意图；

图10是本实用新型舵机第二实施例的立体组合图；

图11是图10所示舵机的立体分解图。

具体实施方式

本实用新型的发明人在制造舵机的过程中，发现现有的舵机包括由滑块、电刷和位于电路板上的银膜和碳膜构成的类电位器结构，该舵机通过电机驱动滑块运动而使得滑块带动与滑块连接的电刷运动，从而，电刷的电刷面与碳膜和银膜的不同位置接触，达到改变电阻的目的，但是，在该种结构中，电刷的连接面与滑块接触后，电刷面与碳膜和银膜的接触主要由电刷面与连接面的夹角和电刷本身的性能决定，比如，当电刷采用金属制成时，长期使用后金属会产生疲劳而使得电刷面相对于连接面的弹力减小，电刷面与银膜和碳膜的接触不好；再如，长期使用后有可能使得电刷变形或者在制造过程中可能使得电刷面与连接面之间的夹角太大，此种情况下，电刷面相对于连接面的弹力较大，会发生损坏碳膜和银膜的现象，影响舵机的寿命，而且，电刷发生变形后，也会缩短行程，影响控制的精准度。

另外，本实用新型的发明人也发现，采用传统的电位器和变速箱的舵机，重量和体积都较大，也影响了舵机的性能，而且，采用传统的电位器的舵机，需要根据控制电路板产生的电压与电位器的电压的电压差来调整电机转动，电机的转动而带动变速齿轮组转动进而调整电位器的运动，如此循环直至电压差为0，电机停止转动。信号的传递过程依靠各零件的机械配合实现，长时间使用后，各零件之间会产生疲劳而影响控制的精准度和零件寿命。

为此，本实用新型的发明人经过研究，提出一种结构简单、性能精准和寿命长的舵机，该舵机通过使用步进电机代替现有技术非步进电机，并使得驱动单元发出的控制信号、步进电机的步距角、牵引件转动的角度成线性关系或者驱动单元发出的控制信号、步进电机的步距角、牵引件运动的位移之间成线性关系而控制舵机的运动，从而，取消电位器的设计或者类电位器的设计，采用电信号对各零件进行控制、提高了性能和精准度，减轻了舵机的重量和体积。

为使本实用新型的特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对上述实施方式做详细的说明。

请参阅图3和图4、图3和图4是本实用新型的第一实施例，在该实施例的技术方案与现有技术相比，取消了电位器、变速齿轮、电刷、银膜和碳膜。本实用新型的舵机包括座体1、驱动单元2、步进电机3、牵引件4、传动机构5和壳体7。

所述座体1包括底壁15，底壁15上设置有两间隔的隔板16，该隔板16具有弧形凹槽161。

所述驱动单元2位于座体1的底壁15上，用于控制步进电机3的转动，驱动单元2也可以作为单独部件，而不设于所述底壁15上，仅在需要时候通道导线与所述步进电机3连接。所述驱动单元2根据外部信号而输出脉冲信号至步进电机3。该驱动单元2比如为控制电路板，该控制电路板内烧录有控制步进电机3运行的程序，如何通过程序控制步进电机3的转动为现有技术，在此不再赘述。

所述步进电机3置于所述底壁15上，具体的，所述步进电机3放置于所述凹槽161上，该步进电机3的步距角、驱动单元2发出的脉冲个数成线性关系。

牵引件4包括连接部41、与该连接部41连接的牵引部42以及连接块6，该连接部41具有贯穿该连接部41相对两表面的容纳腔43，该容纳腔43内卡设有连接块6。该连接块6具有贯穿该连接块6的螺纹孔61。所述连接块6的形状与所述容纳腔43的形状相同，比如，所述容纳腔43可以为正六边形，所述连接块6对应的为正六边形的金属螺母，或者所述容纳腔43为方形，所述连接块6为方形，或者，所述容纳腔43为三角形，所述连接块也为三角形。无论连接块6与容纳腔43采用何种形状，都必须满足连接块6不会相对于容纳腔43运动。牵引部42上可以开设若干与对被操作对象(比如，飞机的摆杆)连接的小孔421。

传动机构5在本实施例中为传动杆51，该传动杆51与所述步进电机3的转轴一体成型，该传动杆51穿过所述螺纹孔61而与所述连接块6螺纹连接，传动杆51的螺距、步进电机3的步距角以及驱动单元2发出的控制信号之间成线性关系。牵引件4的连接部41通过连接块6与所述传动杆51连接后，牵引件4的连接部41不用直接与传动杆51配合作用，消除了牵引件4的连接部41与传动杆51之间的摩擦，牵引件4的寿命长，而且，所述连接块6安装于所述容纳腔43内，为可更换式，进一步提高了舵机的寿命。

请参阅图4和图5并结合图3，本实施例的舵机还包括壳体7，该壳体7为侧板71和顶板72围成的空腔结构，该壳体7与底座1扣合而容纳所述驱动单元2和步进电机3。壳体7的侧板71开设有插孔711，所述传动杆51的另外一端插入该插孔711。所述壳体7上开设有贯穿壳体7顶板72的导向槽73，该导向槽73的宽度与牵引件4的宽度相差不大以使得导向槽73的内表面与牵引件4的牵引部42接触(如图5所示)，该导向槽73与所述传动杆51平行。所述牵引件4的牵引部42伸出导向槽73外。

采用上述设置后，以传动杆51的螺距为0.2mm、步进电机3的步距角为18度为例说明本实用新型的工作过程如下：

由于步进电机3每接收一个脉冲信号转动一次，当步进电机3接收20个脉冲信号时候，步进电机3转动20次，转动一圈为360度，此时，传动杆51带动牵引件4移动一个螺距，即移动0.2mm，由于牵引件4的导向部42与导向槽73的内表面接触，则，牵引件4直线运动0.2mm。基于上述道理，其他的控制距离以此类推。

在该实施例中，由于驱动单元3发出的脉冲个数、步进电机的步距角和螺距(牵引件的位移)成线性关系，这样，采用步进电机3对舵机的被控制对象的方向进行了控制，即步进电机能在导螺杆最小行程与最大行程之间的任意位置停留，由于步进电机3的步距角一定，因此，无论步进电机3转动多少次，始终没有累积误差，舵机的控制精度高，而且，也不用通过滑块、电刷、银膜和碳膜组成的类电位器返回信号，进而判断是否控制到位，结构简单，舵机重量轻、结构紧凑，体积小；另外，与采用齿轮啮合结合变速滑轮组、或者齿轮、电刷、碳膜、银膜结合相比，减少了零件，生产容易和产品合格率高，而且通过转轴使得传动杆转动而带动牵引件转动，这样，对各零部件的精度要求较低，产品合格率高，而且，取消了齿轮组的设计，这样，各零件之间的磨损相对于齿轮小，舵机寿命长。

基于第一实施例，可以作出至少如下改进：

(一)、请参阅图6，增加导向槽73的宽度，使得牵引部42与导向槽73分离，使连接部41的上表面411与顶板72的下表面721接触，此种情况下，所述牵引件4沿着所述导向槽73在顶板72的下表面721直线运动。

(二)、请参阅图7，增加导向槽73的宽度，使连接部41的下表面412与底座1的底壁15接触，此种情况下，所述牵引件4沿着所述导向槽73在底座1的底壁11上直线运动。

(三)、请参阅图8，增加导向槽73的宽度，使连接部41的左表面413与壳体7的侧板71的表面711接触，此种情况下，所述牵引件4沿着所述导向槽73在侧板71的表面711上直线运动。当然，也可以使得牵引件4的右表面与侧板71接触而使得牵引件7沿侧板71的表面直线运动。

(四)、请参阅图9，所述底座1包括底壁15，底壁15上开设有导向槽73，所述牵引件4的连接部41相对于底壁15的表面设置有导向柱43，该导向柱43位于导向槽73内且与导向槽73的表面接触，导向柱43沿导向槽73直线运动，采用这种方式时，所述底壁15上开设有第一安装槽151和第二安装槽152，所述步进电机3的安装腿31安装于第一安装槽152而将步进电机3安装于底座1上，所述安装板9的安装腿91安装于第二安装槽152和步进电机3安装于底座1后配合传动杆51而使得牵引件4的导向柱43位于导向槽73内。基于此种方式的改进，当所述驱动单元2为控制电路板时，所述导向槽73也可以开设在控制电路板上，导向槽73与导向柱43仍然采用上述方式配合，在此种情况下，步进电机3可以通过安装脚31与控制电路板实现信号传递，也可以仅仅将安装脚31作为安装固定用，步进电机3通过其他方式与控制电路板实现信号传递。

(五)、请参阅图6、图7或图8，去掉所述壳体1的侧板71，仅留下顶板72，为区别，将此时的壳体7称之为盖板，在该盖板上开设所述导向槽73，在座体1的底壁15上形成侧壁，底壁15与侧壁围成空腔结构，该盖板与座体1的侧壁扣合，所述牵引件4的连接部41的表面与底壁11接触、或者与侧壁接触、或者与盖板接触，而使得牵引件4直线运动；或者，在所述底壁15上开设导向槽73，在连接部41相对于底壁15的表面设置有导向柱，该导向柱与导向槽73的表面接触。

采用上述的机构，不仅保证了牵引件的直线运动，而且，均采用舵机内的闲置空间，整个舵机结构紧凑，舵机的体积小。

请参阅图10和图11，本实用新型的第二实施例的舵机，该实施例与现有技术相比，取消了电位器、电刷、银膜和碳膜、减少了变速齿轮组中齿轮的个数。该实施例的舵机包括座体1、驱动单元2、步进电机3、牵引件4、传动机构5、安装座6和壳体7。

所述传动机构5包括三级变速齿轮和传动杆51，初级变速齿轮52与步进电机3的转轴连接，第二级变速齿轮53与初级变速齿轮52和末级变速齿轮54啮合，末级变速齿轮54与所述传动杆51连接。安装座6包括电机安装部61和二个齿轮安装孔62，电机安装部61具有供步进电机3的转轴伸出的穿孔611，两齿轮安装孔62分别插设有滚动轴63，该滚动轴63与相应的第二级变速齿轮53和末级变速齿轮54连接。壳体7包括侧板71和顶板72围成的空腔结构，顶板72上开设有贯穿孔722，所述传动杆51穿出该贯穿孔722与所述牵引件4螺纹连接。

本实施例的舵机组装时，所述安装座6的两端开设第一安装孔64，所述壳体7的顶板72向底座1的底壁凸伸有安装柱(图中未示)，所述螺丝8与安装柱螺纹连接而将壳体1和安装座6连接在一起。所述壳体7的两端凸伸有安装耳73，该安装耳73上开设第二安装孔74，所述底座1的两端开设第三安装孔17，采用诸如螺丝之类的连接件穿过第二安装孔74和第三安装孔17将壳体7扣合于底座1上而遮蔽安装座6、传动机构5和步进电机3。

本实施例的舵机工作时，驱动单元2发出的控制信号、步进电机3的步距角和牵引件4转动的角度之间成线性关系，所述步进电机3接收外部的驱动单元2的信号而转动，步进电机3的转动带动初级变速齿轮51转动，进而，末级变速齿轮54转动，末级变速齿轮54转动带动传动杆51转动，从而，带动牵引件4转动，牵引件4带动如飞机的机翼等转动，步进电机如何与驱动单元配合工作在第一实施例已经详述，在此不再赘述。

作为第二实施例的改进，也可以仅仅包括两级变速齿轮，在这种情况下，初级变速齿轮和步进电机3的转轴相连，末级变速齿轮和初级变速齿轮相互啮合并与所述传动杆51连接。

该实施例中，驱动单元2发出的控制信号、步进电机3的步距角和牵引件4转动的角度之间成线性关系，从而，采用步进电机3控制牵引件4的转动，与单纯采用非步进电机和变速齿轮组配合的方式相比，减小了齿轮的个数，相应的减小了齿轮之间啮合产生的误差，零件个数相对较少。与采用电刷、银膜和碳膜的方式相比，性能精度高。

应当理解，本实用新型不应受上述具体结构的限制，其保护范围应该以权利要求限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种舵机，其特征在于，包括步进电机、牵引件和传动机构，所述传动机构包括与所述牵引件连接的传动杆，所述传动机构由所述步进电机驱动并带动传动杆转动，所述牵引件随传动杆的转动而运动。

2.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述传动杆与所述步进电机的转轴一体成型。

3.如权利要求2所述的舵机，其特征在于，所述牵引件包括连接部，该连接部具有贯穿该连接部相对两表面的容纳腔，所述传动杆与所述容纳腔内壁螺纹连接。

4.如权利要求2所述的舵机，其特征在于，所述牵引件包括连接部和连接块，该连接部具有贯穿该连接部相对两表面的容纳腔，所述连接块具有螺纹孔且装设于所述容纳腔内，所述传动杆穿过螺纹孔与所述连接块螺纹连接。

5.如权利要求3或4所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括座体和与座体扣合的壳体，该壳体为侧板和顶板围成的空腔结构，所述顶板上开设有贯穿顶板的导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引部伸出所述导向槽且与导向槽的内表面接触，或者，

所述舵机还包括底座和盖板，座体由底壁和侧壁围成的空腔结构，盖板与座体扣合，盖板上开设有导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引件的牵引部伸出所述导向槽且与导向槽的内表面接触，或者，

所述舵机还包括座体，该座体包括底壁，该底壁上开设有导向槽，所述牵引件的连接部相对于底壁的表面设置有导向柱，该导向柱位于导向槽内且与导向槽的表面接触。

6.如权利要求3或4所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括座体和与座体扣合的壳体，该壳体为侧板和顶板围成的空腔结构，所述顶板上开设有贯穿顶板的导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引部伸出所述导向槽，所述牵引件的连接部与侧板或者顶板接触，或者，

所述舵机还包括底座和盖板，座体由底壁和侧壁围成的空腔结构，盖板与座体扣合，盖板上开设有导向槽，所述牵引件还包括与连接部连接的牵引部，该牵引件的牵引部伸出所述导向槽，所述牵引件的连接部与底壁、盖板或者侧壁接触。

7.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述传动机构还包括相互啮合的初级变速齿轮和末级变速齿轮，初级变速齿轮与所述步进电机的转轴连接，末级变速齿轮与所述传动杆连接，所述牵引件随传动杆的转动而转动。

8.如权利要求1所述的舵机，其特征在于，所述舵机还包括驱动单元，用于控制步进电机转动。

9.如权利要求8所述的舵机，其特征在于，所述驱动单元为控制电路板，该控制电路板开设有导向槽，所述牵引件的连接部相对于底壁的表面设置有导向柱，该导向柱位于导向槽内且与导向槽的表面接触。

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