CN202856586U - 可变角度弧形摆动电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了可变角度弧形摆动电机，包括第一外壳、第二外壳、圆柱状的定子外壳以及控制电路，定子外壳上缠绕着若干组螺线管，第一外壳与第二外壳间安装有转子组，转子组包括横架在第一外壳和第二外壳间的传动轴，传动轴外安装有永磁体，第一外壳与转子组间设置有第一限位机构，第二外壳与转子组间设置有第二限位机构，螺线管、第一限位机构以及第二限位机构的动作由控制电路控制。通过设置第一限位机构以及第二限位机构，并在控制电路的控制下，控制螺线管的通电状态，可使传动轴实现在范围角度内来回摆动，并且可通过调整第一限位机构以及第二限位机构实现角度范围的调整，结构简单，效率高，工作可靠。本实用新型可作为电机广泛使用。

Description

可变角度弧形摆动电机

技术领域

本实用新型涉及电机研究领域，特别是涉及一种可变角度弧形摆动电机。 

背景技术

目前，公知的电机有连续旋转运动的各类交、直流电机，断续旋转运动的步进、伺服电动机，以及直线运动的直线电机。但是，在实际应用中，也存在很多仅需要在某一特定的角度范围内绕轴心线往复摆动，不必360°驱动负载旋转的场合，如卫星幅射仪扫描镜，陀螺仪稳定平台、天线扫瞄系统、机器人关节、机载炮塔和冲压成型等。此种场合下，一般采用旋转运动的电机与机械或电子传动机构相结合的方式来实现。这样，不仅系统复杂，而且降低了可靠性，牺牲了效率和控制精度。 

实用新型内容

本实用新型的目的，在于提供一种可变角度弧形摆动电机，其能直接实现在某一特定的角度范围内绕轴心线作弧形轨迹往复摆动的电机，并且往复摆动的角度可调节。 

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种可变角度弧形摆动电机，包括第一外壳、第二外壳、圆柱状的定子外壳以及控制电路，所述定子外壳上缠绕着若干组螺线管，所述第一外壳与第二外壳间安装有转子组，所述转子组包括横架在第一外壳和第二外壳间的传动轴，所述传动轴外安装有永磁体，所述第一外壳与转子组间设置有第一限位机构，所述第二外壳与转子组间设置有第二限位机构，所述螺线管、第一限位机构以及第二限位机构的动作由控制电路控制。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一限位机构包括第一挡板以及设置在第一外壳上的第一弧形导槽，所述第一挡板铰接在设在传动轴外表面的第一底座上，所述第一弧形导槽的两端均安装有第一圆柱弹簧；所述第二限位机构包括第二挡板以及设置在第二外壳上的第二弧形导槽，所述第二挡板铰接在设在传动轴外表面的第二底座上，所述第二弧形导槽的两端均安装有第二圆柱弹簧。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一底座与传动轴间还安装有调整套，所述第二底座与传动轴间还安装有调整套。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一弧形导槽与第一外壳上的轴承孔同心，第一弧形导槽的圆心角为120°。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二弧形导槽与第二外壳上的轴承孔同心，第二弧形导槽的圆心角为240°。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述传动轴的外表面均匀设置多道凹槽。 

作为上述技术方案的进一步改进，所述螺线管的数量为6组，相邻的螺线管相隔60°均匀分布在定子外壳上。 

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过设置第一限位机构以及第二限位机构，并在控制电路的控制下，控制螺线管的通电状态，可使传动轴实现在范围角度内来回摆动，并且可通过调整第一限位机构以及第二限位机构实现角度范围的调整，结构简单，效率高，工作可靠。 

本实用新型可作为电机广泛使用。 

附图说明

下面结合附图及实例对本实用新型作进一步的说明。 

图1是本实用新型的主剖视图； 

图2是本实用新型的免第二外壳时的右视图；

图3是本实用新型的免第一外壳时的左视图；

图4是图1中的双点划线圆所框选部位的局部放大图；

图5是本实用新型中的限位机构的第一种状态示意图；

图6是本实用新型中的限位机构的第二种状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细说明本实用新型的应用。 

参照图1～图6，一种可变角度弧形摆动电机，包括第一外壳1、第二外壳3、圆柱状的定子外壳29以及控制电路，第一外壳1、第二外壳3和定子外壳29通过四个长螺钉90固定，所述定子外壳29上缠绕着6组螺线管21，22，23，24，25，26，相邻的螺线管相隔60°均匀分布在定子外壳29上，与定子壳体29组成弧形摆动电机的定子。所述第一外壳1与第二外壳3间安装有转子组，所述转子组包括横架在第一外壳1和第二外壳3间的传动轴9，传动轴9的输出端还安装有摆杆80，所述传动轴9外安装有永磁体4，永磁体4的磁化方式有两种：1）永磁体4的第一种磁化方式，磁化方式为轴向磁化，永磁体4内部磁场的磁感线平行分布；2）永磁体4的第二种磁化方式，其磁化方式为沿外磁场磁力线磁化，此时，永磁体4内部的磁感线呈发散状分布，磁化方向为沿外磁场磁力线的方向。这种磁化方式可以使得永磁体更容易与外部磁场产生相互作用。所述第一外壳1与转子组间设置有第一限位机构，所述第一限位机构包括第一挡板61以及设置在第一外壳1上的第一弧形导槽，所述第一弧形导槽与第一外壳1上的轴承孔同心，第一弧形导槽的圆心角为120°。所述第一挡板61铰接在设在传动轴9外表面的第一底座51上，所述第一弧形导槽的两端均安装有第一圆柱弹簧41，42；所述第二外壳3与转子组间设置有第二限位机构，所述第二限位机构包括第二挡板63以及设置在第二外壳3上的第二弧形导槽，所述第二弧形导槽与第二外壳3上的轴承孔同心，第二弧形导槽的圆心角为240°。所述第二挡板63铰接在设在传动轴外表面的第二底座52上，所述第一弧形导槽的两端均安装有第二圆柱弹簧43，44。所述第一底座51与传动轴间还安装有调整套7，所述第二底52座与传动轴间还安装有调整套7。所述传动轴9的外表面均匀设置多道凹槽，凹槽包括圆环状凹槽和沿轴向方向的直线凹槽，圆环状凹槽可阻止调整套7的轴向跳动，直线凹槽可阻止永磁体4的圆周方向跳动。所述螺线管、第一限位机构以及第二限位机构的动作由控制电路控制。 

以下结合附图详细说明本实用新型工作时的状态： 

1）         初始状态

当螺线管21、螺线管22、螺线管23、螺线管24、螺线管25和螺线管26均断电，由于重力的作用，永磁体4保持水平状态，摆杆80保持竖直状态，此状态即为弧形摆动电机的初始状态，如图2所示。

2）         ±60o范围内往复摆动 

此时，第一限位机构和第二限位机构均保持状态一（如图5），即第一挡板61和第二挡板63均水平放置，第一挡板61卡进第一弧形导槽内，第二挡板63卡进第二弧形导槽内。

当螺线管25和螺线管22通电，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管25和螺线管22会吸引永磁体4，导致传动轴9绕轴心线逆时针转动。转动过程中，第一档板61沿第一外壳1内的弧形导槽向上摆动，第二档板63沿第二外壳3内的弧形导槽向下摆动。当永磁体4摆动角度接近+60o时，第一档板61接触到第一外壳1内的弧形导槽上端孔内的第一圆柱弹簧41，由于惯性作用，第一圆柱弹簧41将逐渐被第一档板61压缩，导致传动轴9转速降低。第一圆柱弹簧41被第一档板61压缩过程中，当第一档板61摆动到第一外壳1内的弧形导槽的上边缘时，压缩终止，第一档板61被完全限位。此时，永磁体4刚好转到螺线管25和螺线管22中央时，传动轴9摆动角度为+60o，摆杆80摆动角度也为+60o。 

同理，当螺线管21和螺线管24通电，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管21和螺线管24吸引永磁体4，使得传动轴9绕轴心线顺时针转动。转动过程中，第一档板61沿第一外壳1内的弧形导槽向下滚动，第二档板63分别沿第二外壳3内的弧形导槽向上摆动。当永磁体4摆动角度接近-60o时，第一档板61接触到第一外壳1内的弧形导槽下端孔内的第一圆柱弹簧42，由于惯性作用，第一圆柱弹簧42将逐渐被第一档板61压缩，导致传动轴9转速降低。第一圆柱弹簧42被第一档板61压缩过程中，当第一档板61摆动到第一外壳1内的弧形导槽的下边缘时，压缩终止，第一档板61被完全限位。此时，永磁体4刚好转到螺线管21和螺线管24中央时，传动轴9摆动角度为-60o，摆杆80摆动角度也为-60o。 

另外，如果需要弧形摆动电机快速复位，可将螺线管26通电，能加快永磁体4水平复位。 

因此，当螺线管25与螺线管22，同螺线管21与螺线管24交替通电时，永磁体4将以螺线管26为中心精确地作±60o的往复摆动。 

3）         ±120o范围内往复摆动 

此时，第一限位机构均保持状态二（如图6），即第一档板61竖直放置；第二限位机构均保持状态一（如图5），即第二档板63水平放置，第二挡板63卡进第二弧形导槽内。

当螺线管25和螺线管22先通电，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管25和螺线管22吸引永磁体4，导致转子组件绕轴心线逆时针转动，转动过程中，第二档板63沿第二外壳3内的弧形导槽向下滚动。当永磁体4转动到螺线管25和螺线管22的中央时，螺线管24和螺线管21开始通电，永磁体4继续逆时针转动，螺线管25和螺线管22随后通入反向电压，提供排斥力以加快条形永磁体4向螺线管24和螺线管21处转动。当永磁体4摆动角度接近+120o时，第二档板63接触到第二外壳3内的弧形导槽下端孔内的第二圆柱弹簧44，由于惯性作用，第二圆柱弹簧44将逐渐被第二档板63压缩，导致传动轴9转速降低。第二圆柱弹簧44被第二档板63压缩过程中，当第二档板63摆动到第二外壳3内的弧形导槽的下边缘时，压缩终止，第二档板63被完全限位。此时，永磁体4刚好转到螺线管24和螺线管21的中央，传动轴9摆动角度为+120o，摆杆80摆动角度也为+120o。 

同理，当螺线管21和螺线管24通电时，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管21和螺线管24吸引永磁体4，导致转子组件绕轴心线顺时针转动，转动过程中，第二档板63沿第二外壳3内的弧形导槽向上滚动。当永磁体4转动到螺线管21和螺线管24的中央时，螺线管22和螺线管25开始通电，永磁体4继续顺时针转动。螺线管21和螺线管24随后通入反向电压，提供排斥力加快永磁体4向螺线管22和螺线管25处转动。当永磁体4摆动角度接近-120o时，第二档板63接触到第二外壳3内的弧形导槽上端孔内的第二圆柱弹簧43，由于惯性作用，第二圆柱弹簧43将逐渐被第二档板63压缩，导致传动轴9转速降低。第二圆柱弹簧43被第二档板63压缩过程中，当第二档板63摆动到第二外壳3内的弧形导槽的上边缘时，压缩终止，第二档板63被完全限位。此时，永磁体4刚好转到螺线管22和螺线管25的中央，传动轴9摆动角度为-120o，摆杆80摆动角度也为-120o。 

另外，如果需要弧形摆动电机快速复位，可先将螺线管25和螺线管22，或者螺线管21和螺线管24通电，再将螺线管26通电，以加快永磁体4复位保持水平状态。 

因此，当螺线管25和螺线管22，同螺线管21与螺线管24交替通电时，永磁体4将以螺线管26为中心精确地作±120o的往复摆动。 

4）         ±180o范围内往复摆动 

此时，第一限位机构和第二限位机构均保持状态二（如图6），即第一档板61和第二档板63均竖直放置。

当螺线管25和螺线管22先通电，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管25和螺线管22吸引永磁体4，导致转子组件绕轴心线逆时针转动。当永磁体4转动到螺线管25和螺线管22的中央时，螺线管24和螺线管21开始通电，永磁体4继续逆时针转动，螺线管25和螺线管22随后通入反向电压，提供排斥力以加快永磁体4向螺线管24和螺线管21处转动。当永磁体4转动到螺线管24和螺线管21的中央时，螺线管23开始通电，永磁体4继续逆时针转动，螺线管24和螺线管21随后通入反向电压，提供排斥力以加快永磁体4向螺线管23处转动。当永磁体4转动到螺线管23中央时，螺线管22和螺线管25也通入反向电压，与螺线管24和螺线管21一起提供排斥力，以帮助永磁体4保持在螺线管23的中央。此时，传动轴9摆动角度为+180o，摆杆80摆动角度也为+180o。 

同理，当螺线管21和螺线管24先通电，由于电磁场作用，根据同极相斥，异极相吸的原理，螺线管21和螺线管24吸引永磁体4，导致转子组件绕轴心线顺时针转动。当永磁体4转动到螺线管21和螺线管24的中央时，螺线管22和螺线管25开始通电，永磁体4继续顺时针转动，螺线管21和螺线管24随后通入反向电压，提供排斥力以加快永磁体4向螺线管22和螺线管25处转动。当永磁体4转动到螺线管22和螺线管25的中央时，螺线管23开始通电，永磁体4继续顺时针转动，螺线管22和螺线管25随后通入反向电压，提供排斥力以加快永磁体4向螺线管23处转动。当永磁体4转动到螺线管23中央时，螺线管24和螺线管21也通入反向电压，与螺线管22和螺线管25一起提供排斥力，以帮助永磁体4保持在螺线管23的中央。此时，传动轴9摆动角度为-180o，摆杆80摆动角度也为-180o。 

因此，通过控制六组螺线管通电的先后次序和电压的正反向，永磁体4将以螺线管26为中心精确地作±180o的往复摆动。 

上述的结构和工作方式，使本实用新型的可变角度弧形摆动电机能够实现直接驱动被控对象在有限的角度范围内进行往复摆动的功能，而不需要采用传统的旋转式电机与机械或电子传动机构结合的方式，因而结构简单，具有较高的可靠性和较高的效率与控制精度。另外，采用无刷结构，不仅避免了有刷电机的致命弱点，又远比电子换向的无刷电机简单。 

以上是对本实用新型的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。 

Claims (7)

1.一种可变角度弧形摆动电机，包括第一外壳、第二外壳、圆柱状的定子外壳以及控制电路，所述定子外壳上缠绕着若干组螺线管，所述第一外壳与第二外壳间安装有转子组，所述转子组包括横架在第一外壳和第二外壳间的传动轴，所述传动轴外安装有永磁体，其特征在于：所述第一外壳与转子组间设置有第一限位机构，所述第二外壳与转子组间设置有第二限位机构，所述螺线管、第一限位机构以及第二限位机构的动作由控制电路控制。

2.根据权利要求1所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述第一限位机构包括第一挡板以及设置在第一外壳上的第一弧形导槽，所述第一挡板铰接在设在传动轴外表面的第一底座上；所述第一弧形导槽的两端均安装有第一圆柱弹簧；所述第二限位机构包括第二挡板以及设置在第二外壳上的第二弧形导槽，所述第二挡板铰接在设在传动轴外表面的第二底座上，所述第二弧形导槽的两端均安装有第二圆柱弹簧。

3.根据权利要求2所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述第一底座与传动轴间还安装有调整套，所述第二底座与传动轴间还安装有调整套。

4.根据权利要求2所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述第一弧形导槽与第一外壳上的轴承孔同心，第一弧形导槽的圆心角为120°。

5.根据权利要求2或4所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述第二弧形导槽与第二外壳上的轴承孔同心，第二弧形导槽的圆心角为240°。

6.根据权利要求2所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述传动轴的外表面均匀设置多道凹槽。

7.根据权利要求2所述的可变角度弧形摆动电机，其特征在于：所述螺线管的数量为6组，相邻的螺线管相隔60°均匀分布在定子外壳上。

Images