CN203301298U - 一种模块化动力结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化动力结构，把一路动力分为多路独立控制的动力输出，该模块化动力结构包括控制器、动力模块、传动装置和分动模块，由一个动力模块，两个或两个以上包含一个端齿结构的电磁或手动离合器的分动模块，动力模块和各分动模块之间通过传动装置联接，控制器控制动力模块和各分动模块停止或工作，该模块化动力结构可替换机器人、汽车、按摩装置等需要集中使用多个动力装置的结构中。

Description

一种模块化动力结构

技术领域

本实用新型涉及一种动力结构，具体涉及一种模块化动力结构。

背景技术

现有的部分机器人、汽车和按摩装置等需要集中使用多个动力装置的结构中，如电动车窗升降、外后视镜电动调节、多向调节电动座椅、大灯和外后视镜雨刮器、自动门锁、电动天窗、多功能按摩装置和工业机器人等装置，每个运动机构或关节都需要一个作为动力模块的电机和配套的减速机构，成本高，重量大，作为动力模块的电机使用效率低。

发明内容

本实用新型提供一种结构简单、重量轻、可靠性高、功能扩展方便和成本低的一种模块化动力结构，把一路动力分为多路独立控制的动力输出，包括控制器、动力模块、传动装置和多个分动模块。

本实用新型的技术方案是：该模块化动力结构包括控制器、动力模块、传动装置和分动模块，由一个动力模块，两个或两个以上包含一个端齿结构的电磁或手动离合器的分动模块，动力模块和各分动模块之间通过传动装置联接，控制器控制动力模块和各分动模块停止或工作，控制器使用手动控制器或自动控制器，分动模块的离合器的端齿结构采用锯齿或梯形形状，可以用单向电机或双向电机或调速电机作为动力模块，还可以在传动装置或分动模块中安装扭矩过载保护装置，控制器的操作方法为：a）在一个或多个分动模块同时工作后动力模块才延时工作，无分动模块工作时动力模块停止工作，动力模块控制信号延时范围为0.2至2秒；b）在动力模块停止工作前，其它分动模块启动工作指令无效。

本实用新型的有益效果是：该模块化动力结构可替换机器人、汽车、按摩装置等需要集中使用多个动力装置的结构中，模块化分动结构使功能扩展更方便，控制简单，可靠性高，节约了制造成本，减轻了重量，动力装置使用效率高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型第一种优选实施例的结构示意图。

图2是本实用新型第二种优选实施例的结构示意图。

图3是本实用新型第三种优选实施例的结构示意图。

图4是本实用新型一种分动模块结构示意图。

图5是本实用新型另一种分动模块剖面结构示意图。

图6是本实用新型一种带扭矩过载保护装置的分动模块结构示意图。

图7是本实用新型图1的控制器电路原理图。

图8是本实用新型图2控制器电路原理图。

图9是本实用新型图3控制器电路原理图。

附图标记说明：1. 电机，2. 联轴器，3. 分动模块，4. 主轴，5. 输出轴，6. 直齿轮，7. 直齿轮，8. 传动轴，9. 伞形齿轮，10. 伞形齿轮，11. 传动轴，12. 分动模块，13. 输出轴，14. 伞形齿轮，15. 伞形齿轮，16. 联轴器，17. 分动模块，18. 输出轴，19. 开关，20. 开关，21. 开关，22. 离合拉线，23. 离合拉线，24. 杠杆，25. 杠杆，26. 控制器，27. 弹簧，28. 弹簧，29. 分离叉，30. 分离叉，35. 双向电机，36. 皮带轮，37. 皮带轮，38. 传动轴，39. 联轴器，43. 分动模块，44. 伞形齿轮，45. 伞形齿轮，46. 分动模块，47. 联轴器，48. 双十字轴万向联轴器，51. 皮带轮，52. 皮带轮，53. 分动模块，54. 皮带轮，55. 皮带轮，56. 分动模块，57. 伞形齿轮，58. 伞形齿轮，59. 分动模块，60. 皮带轮，61. 皮带轮，62. 传动轴，63. 皮带轮，64. 皮带轮，65. 皮带轮，66. 分动模块，67. 分动模块，68. 皮带轮，69. 雨刮器，70. 传动轴，71. 联轴器，75. 导轨，76. 齿条，77. 支架，78. 电机，79. 皮带轮，80. 皮带轮，81. 分动模块，82. 蜗杆，83. 蜗轮，84. 伞形齿轮，85. 活动轴，86. 伞形齿轮，87. 伞形齿轮，88. 直齿轮，89. 直齿轮，90. 传动轴，91. 蜗杆，92. 蜗轮，93. 分动模块，94. 分动模块，95. 联轴器，96. 输出轴，97. 控制器，101. 外壳，102. 主轴，103. 电磁线圈，104. 从动盘，105. 主动盘，106. 弹簧，107. 键，108. 输出轴，109A. 支架，109B. 支架， 111. 外壳，112.轴，113. 轴，114. 衔铁，115. 弹簧片，116. 衔铁，117. 弹簧片，118. 磁芯，119. 电磁线圈，120. 电极，121. 电刷，125. 外壳，126. 输入轴，127. 输出轴，128. 从动盘，129. 主动盘，130. 弹簧，131. 键，132. 分离轴承，133. 分离叉，134. 支架，135. 拉杆，136. 衔铁，137. 电磁铁，138A. 支架，138B. 支架，140. 摩擦片，141. 弹簧，142. 螺母，145. 保险丝，146. 继电器，147. 放大器，148. 电磁线圈，149. 延时器，150. 延时器，151. 延时器，155. 保险丝，156. 车载电脑，157. 放大器，158. 继电器，159. 继电器，160. 电磁线圈，161. 电磁线圈，162. 电磁线圈，163. 电磁线圈，164. 电磁线圈，165. 电磁线圈，166. 电磁线圈，170. 保险丝，171. 单片机，172. 放大器，173. 双向直流电机驱动电路，174. 电磁线圈，175. 电磁线圈，176. 电磁线圈。

具体实施方式   

在图1中，分动模块12和分动模块17把图6所示的取消拉杆135、衔铁136和电磁铁137，在分离叉133下部联接手动操作的拉索22和23组成的手动离合器，取消了扭矩过载保护装置，联接动力输入端的轴为输入轴，另一端为输出轴；作为动力模块的单向输出电机1与如图4所示的分动模块3的主轴4通过联轴器2联接，直齿轮6固定在主轴4的左端，直齿轮7、伞形齿轮9和伞形齿轮14固定在传动轴8上，传动轴8可以用软轴代替，伞形齿轮10固定在分动模块12的输入轴上，伞形齿轮15固定在传动轴11上，联轴器16联接分动模块17的输入轴和传动轴11，传动装置由联轴器2、直齿轮6、直齿轮7、传动轴8、传动轴11和联轴器16，以及伞形齿轮9和10、伞形齿轮14和15组成的两个换向装置构成；安装在控制器26上的开关19、开关20和开关21为三联琴键开关，按下其中一个开关其余开关自回位，弹簧27两端分别联接分动模块12的分离叉30下端和离合拉线22一端，杠杆24前端固定在离合拉线22另一端，后端联接开关19侧部；弹簧28两端分别联接分动模块17的分离叉29下端和离合拉线23一端，杠杆25前端固定离合拉线23另一端，后端联接开关20侧部。

结合图7所示的手动控制器26的电路原理图说明本实施例工作过程：按下开关19，通过侧部推动杠杆24、离合拉线22和弹簧27带动分离叉向下运动，分动模块12的离合器啮合或在电机1工作后转动一定角度啮合，同时延时器149工作，经设定延时后控制继电器146工作给电机1供电，动力经联轴器2、分动模块3的主轴4、直齿轮6、直齿轮7、传动轴8伞形齿轮9、伞形齿轮10和分动模块12传递至输出轴13，开关20和分动模块17工作过程同上；按下开关21，放大电路147工作驱动分动模块3内离合器的电磁线圈148工作使离合器啮合，同时延时器149工作，经设定延时后控制继电器146工作给电机1供电，动力传递至分动模块3输出轴5。

在图2中，所有分动模块内部结构均如图5所示，联接动力输入端的轴为输入轴，另一端为输出轴，传动装置与各分动模块联接如下：皮带轮36固定在作为动力模块的双向电机35的主轴上，皮带轮37、伞形齿轮44固定在传动轴38上，皮带轮36和皮带轮37用皮带联接，联轴器39联接传动轴38和分动模块43输入轴；分动模块46起隔离作用，可减小后级分动模块不工作时的动力损失，也可取消或放在传动装置的其它部分，伞形齿轮45固定在分动模块46输入轴上，联轴器47联接分动模块46输出轴和双十字轴万向联轴器48下端，皮带轮51、皮带轮54、伞形齿轮58和皮带轮60固定在双十字轴万向联轴器48上端，通过皮带与皮带轮51联接的皮带轮52固定在分动模块53输入轴上，通过皮带与皮带轮54联接的皮带轮55固定在分动模块56输入轴上，伞形齿轮57固定在传动轴70左端，联轴器71联接传动轴70和分动模块59输入轴，传动轴62与电动外后视镜的折叠轴心相同，通过皮带与皮带轮60联接的皮带轮61固定在传动轴62上，皮带轮64和皮带轮65固定在分动模块66输入轴上，通过皮带与皮带轮64联接的皮带轮63固定在传动轴62上，通过皮带与皮带轮65联接的皮带轮68固定在分动模块67输入轴上，传动装置的各传动轴安装在固定在外壳上支架的轴承内，各分动模块也可取消外壳，直接用带轴承的支架固定在外壳上，皮带轮传动装置也可作为扭矩过载保护装置使用；分动模块43、分动模块53、分动模块56和分动模块59分别为左前门的车窗升降装置、电动后视镜折叠装置、侧窗雨刮装置和电控锁提供动力，分动模块66和分动模块67为左侧电动外后视镜提供动力，即代替各装置的电机和部分减速机构，各装置对应的控制开关和位置检测装置使用公知技术结构并连接到控制器；图8所示的电磁线圈（160、161、162、163、164、165和166）分别为分动模块（43、46、53、56、59、66和67）内电磁离合器线圈。

结合图8所示的控制器电路原理图说明本实施例工作过程：车载电脑156收到车窗升或降指令后，输出一路控制信号经放大器157驱动分动模块43内电磁线圈160通电工作，再延时输出另一路控制信号经放大器157驱动继电器158或继电器159，使电机35正向或反向旋转为车窗升或降提供动力；车载电脑156收到电动后视镜折叠或展开指令后，输出两路控制信号经放大器157驱动分动模块46和分动模块53内电磁线圈161和电磁线圈162通电工作，再延时输出另一路控制信号经放大器157驱动继电器158或继电器159，使电机35正向或反向旋转为电动后视镜折叠或展开提供动力；侧窗雨刮装置、电控锁、电动外后视镜左右和上下倾斜调节过程与电动后视镜折叠或展开相同。

在图3中，本实施例为一可以平移的机器人控制臂结构，分动模块81和94内部结构均如图6所示，联接动力输入端的轴为输入轴，另一端为输出轴，分动模块93内部结构如图4所示，导轨75和齿条76穿过支架77，两端可固定在使用本动力结构装置上，电机78和支架77固定在分动模块81外壳上，固定在电机78主轴的皮带轮79与固定在分动模块81输入轴上的皮带轮80通过皮带联接，蜗杆82固定在分动模块81输出轴上，通过轴承联接蜗轮83的支架固定在分动模块81的外壳和支架上，活动轴85固定在分动模块93的支架上端，其两端通过轴承与分动模块81下端联接，伞形齿轮84固定在分动模块81输入轴上，伞形齿轮86通过轴承安装在活动轴85上，伞形齿轮87和直齿轮88固定在分动模块93的主轴上，直齿轮89和蜗杆91固定在传动轴90上，传动轴90两端通过轴承安装在分动模块93的支架上，蜗轮92固定在活动轴85上，伞形齿轮84、伞形齿轮86、活动轴85和伞形齿轮87组成关节传动装置，分动模块94和分动模块93的外壳固定在一起，联轴器95联接分动模块94的输入轴和分动模块93的主轴，输出轴96可联接下级分动模块或操作装置；本实施例的位置检测装置使用公知技术结构并连接到控制器，控制器97的电路原理图如图9所示，图9中的电磁线圈（174、175、和176）分别为分动模块（81、93和94）内电磁离合器线圈。

结合图9说明本实施例工作过程：单片机171收到控制臂向左或右移动指令后，输出一路控制信号经放大器172驱动分动模块81内电磁线圈174通电使分动模块81工作，再延时输出另一路PWM调速脉冲控制信号经双向直流电机驱动电路173控制双向调速电机78按设定转速正向或反向旋转，动力经皮带轮79、皮带轮80、分动模块81、蜗杆82和蜗轮83至齿条76，使控制臂向左或右移动；单片机171收到控制臂正向或反向回转指令后，输出一路控制信号经放大器172驱动分动模块93内电磁线圈175通电使分动模块93工作，再延时输出另一路PWM调速脉冲控制信号经双向直流电机驱动电路173控制双向调速电机78按设定转速正向或反向旋转，动力经皮带轮79、皮带轮80、伞形齿轮84、伞形齿轮86、伞形齿轮87、分动模块93、直齿轮88、直齿轮89、传动轴90、蜗杆91和蜗轮92至活动轴85，使分动模块93及下方的分动模块94一起做正向或反向回转运动；单片机171收到分动模块94联接的装置运动指令后，输出一路控制信号经放大器172驱动分动模块94内电磁线圈176通电工作，再延时输出另一路PWM调速脉冲控制信号经双向直流电机驱动电路173控制双向调速电机78按设定转速正向或反向旋转，动力经皮带轮79、皮带轮80、伞形齿轮84、伞形齿轮86、伞形齿轮87、分动模块93的主轴、联轴器95和分动模块94至输出轴96，使分动模块94联接的装置运动。

图2和图3的自动控制器操作步骤如下：电机控制信号延时范围为0.2至2秒，允许一至三个分动模块同时工作，在分动模块工作时，其它分动模块工作指令无效，等上述结束后才工作或电机停止工作后该分动模块工作后电机重新延时0.2至2秒启动，停止某一分动模块只需控制器停止该模块的控制信号输出。

在图4中，支架109A和支架109B固定在外壳101上，主轴102穿过固定在一起的从动盘104和输出轴108后通过轴承安装在支架109B上，在与其它分动模块串联时主轴102兼具传动轴功能，主轴102的外圈和从动盘104的内圈用轴承联接，输出轴108通过轴承安装在支架109A上，圆环体的电磁线圈103固定在支架109A上并与从动盘104和输出轴108不接触，主动盘105套在主轴102上并通过键107与主轴102联接，弹簧106两端分别固定在主轴102和主动盘105上，从动盘104和主动盘105相对的端齿为锯齿形状，也可使用图6所示的梯形形状端齿结构；当电磁线圈103通电后，作为磁芯的从动盘104和输出轴108吸引作为衔铁的主动盘105克服弹簧106的阻力向右运动，使从动盘104和主动盘105相互啮合，动力从主轴102经键107、主动盘105和从动盘104至输出轴108；电磁线圈103不工作时，弹簧106的阻力使从动盘104和主动盘105分离，无动力传递。

在图5中，轴112和轴113通过轴承安装在外壳111上，轴112右端内圈和轴113左端外圈安装滚珠，电磁线圈119绕在固定在轴112上的磁芯118上，弹簧片115和117套在轴112上，衔铁114左端的内花键套在磁芯118的外花键上，使衔铁114与磁芯118同步转动并能左右移动，衔铁116的内花键套在轴113左端的外花键上，使衔铁116与轴113同步转动并能左右移动，衔铁114和衔铁116相对的端齿为锯齿形状，也可使用图6所示的梯形形状端齿结构；电磁线圈119正极用导线连接电极120，电刷121连接供电电路，电极120和电刷121通过绝缘体分别与衔铁114和外壳111隔离并固定在其上，电磁线圈119负极搭铁接地，也可如正极引线方式接出；当电磁线圈119通电后，磁芯118吸引衔铁114和116分别克服弹簧115和117的阻力运动至衔铁114和116相对面的端齿相互啮合，动力从轴112经磁芯118、衔铁114和衔铁116至轴113，如果动力从轴113输入则动力传递过程相反；电磁线圈119不工作时，弹簧115和117的阻力使衔铁114和衔铁116分离，无动力传递。 

在图6中，输入轴126和输出轴127轴通过轴承分别安装在支架138A和支架138B上，输入轴126右端内圈和输出轴127左端外圈如图5所示结构安装滚珠，支架138A、支架138B、支架134和电磁铁137固定在外壳125上，从动盘128套在输出轴127上并通过键131与输出轴127联接，分离轴承132内圈固定在从动盘128上，分离叉133中下部安装在支架134的轴上，拉杆135左端安装在分离叉133下部的轴上，右端穿过支架138B的孔固定在衔铁136上，弹簧130两端分别固定在从动盘128和输出轴127上，主动盘129通过轴承安装在输入轴126右端，弹簧141套在输入轴126上，螺母142的内丝套在输入轴126的外丝上，摩擦片140的内花键套在输入轴126的外花键上，从动盘128和主动盘129相对的端齿为梯形形状结构，也可使用如图4所示的锯齿形状端齿结构；扭矩过载保护装置由输入轴126、主动盘129、摩擦片140、螺母142和弹簧141组成，转动螺母142调节弹簧141可控制主动盘129与摩擦片140之间的摩擦力大小，当输入扭矩或负载扭矩大于设定的摩擦力时，主动盘129与摩擦片140产生相对运动保护机械装置；分动模块可以取消扭矩过载保护装置，把主动盘129直接固定在输入轴126上，该扭矩过载保护装置可根据需要安装在传动装置上；当电磁铁137通电后，吸引衔铁136克服弹簧130的阻力运动，通过拉杆135、分离叉133和分离轴承132使从动盘128向左运动至与主动盘129相对的端齿相互啮合或者在动力作用下转动一定角度后啮合，动力从输入轴126经摩擦片140、主动盘129、从动盘128和键131至输出轴127，也可以把输出轴127作为动力输入轴，动力经相反过程从输入轴126输出；电磁铁137不工作时，弹簧130的阻力使从动盘128与主动盘129分离，无动力传递；取消拉杆135、衔铁136和电磁铁137，在分离叉133下部联接手动操作的拉索或拉线组成手动离合器。

在图7中，保险丝145串联在电路中，继电器146为单刀单掷继电器，延时器149、延时器150和延时器151可调节延时输出时间。 

在图8中，保险丝155串联在电路中，继电器158和继电器159为双刀单掷继电器。

在图9中，保险丝170串联在电路中，单片机171可用具有无线联接的智能芯片，可以通过网络进行控制。

图7、图8和图9中的电源均使用12V直流供电，也可在图中增加抗干扰的二极管和电容。

以上图示中，把固定轴承的支架直接固定在使用本动力结构的装置的外壳上，分动模块根据要求均可增加，也可取消部分不需要输出动力的分动模块，分动模块包含的端齿结构的电磁或手动离合器也可使用公知技术小型或微型化的端齿或牙嵌结构离合器，传动装置和分动模块的活动轴均使用公知技术的轴承和支架安装在使用本动力结构的装置外壳上，分动模块的外壳也可使用支架或图5所示的圆柱体封闭结构代替，动力模块可以使用气动马达和液压马达。

以上所述为本实用新型的较佳实施例，并非用于限定保护范围。

Claims (5)

1.一种模块化动力结构，包括控制器、动力模块、传动装置和分动模块，其特征是：具有一个动力模块，具有两个或两个以上分动模块，分动模块包含一个端齿结构的电磁或手动离合器，动力模块和各分动模块之间通过传动装置联接，控制器控制动力模块和各分动模块停止或工作。

2.根据权利要求1所述的模块化动力结构，其特征是：所述的控制器为手动控制器或自动控制器。

3.根据权利要求1所述的模块化动力结构，其特征是：所述的分动模块的离合器的端齿结构为锯齿或梯形形状。

4.根据权利要求1所述的模块化动力结构，其特征是：所述的动力模块为单向电机或双向电机或调速电机。

5.根据权利要求1所述的模块化动力结构，其特征是：所述的传动装置或分动模块包含扭矩过载保护装置。

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