CN2135082Y - 步进式转动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种以步进式转动的机械装置，由 高倍变速比减速器，步进转换机构及手动操作机构组 成，齿轮(3)与(4)相啮合，同轴齿轮(3)-(5)、(4)- (6)与齿轮(9)啮合，电机(1)通过蜗杆(2)驱动齿轮 (3)构成步进转换机构，其特点是步距角可以设计成 任意大小，且有输出力矩大，工作时不需复杂的驱动 电路，结构简单，本装置特别适用于太阳能应用领域 的跟踪系统，以及诸如需要输出力矩大，步距角任意 的工业自动化控制系统中。

Description

本实用新型涉及一种步进式转动装置，特别适用于工业自动化控制系统及太阳能应用领域中对太阳跟踪的转动系统。

目前，国内外的步进转动，大都用步进电机或电磁铁作动力器件，但价格昂贵，且存在着输出力矩小，步距角不能任意选择以及工作时需要一个复杂的驱动电路等。

本实用新型的目的是避免上述现有技术中的不足，提供一种采用普通直流非步进微型电机就能达到高输出力矩，步距角可任意选择的高精度步进转动装置，而且结构简单，使用时不需复杂的驱动电路，自耗电小。

本实用新型是由高变速比减速器、步进转换机构及手动操作机构等三部分组成。高变速比减速器使输出有足够大的力矩，步进转换机构使输出端有高精度步矩角的步距转动，手动操作机构可对输出轴的起始位置作迅速的手动进退调节，末级蜗轮蜗杆传动使输出端具有抗风自锁性能。

本实用新型的高变速比减速器由三级变速而成，第一级为蜗轮蜗杆传动，然后通过齿轮组进一步减速，同时完成步进转换过程。步进转换机构是由齿轮和弹簧构成的弹簧离合器等构成，末级为蜗轮蜗杆变速，总变速比按实际需要而设计。

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

附图说明：

图1本实用新型的结构示意图

图2间歇齿轮步进转换机构示意图

图3弹簧离合器结构示意图

图4拨簧式离合器结构示意图

图5手动操作机构示意图

1.微型电机，2.小蜗杆，3、4斜齿轮，5、6.直齿轮，7、8.弹簧，9.全齿齿轮，10.大蜗杆，11.大蜗轮，12.输出轴，13.大弹簧，14.突起物，15、16.簧片，17.拨簧，18.间歇齿齿轮，19.手动盖。

本实用新型的高变速比减速器第一级为蜗杆（2）蜗轮（3）传动，然后通过齿轮组（3）－（5）－（4）－（6）－（9）步 进减速，且完成步进转换过程，末级为蜗轮（11）蜗杆（10）变速。步进转换机构是由弹簧离合器和齿轮（9）等组成。弹簧离合器是由齿轮（3）与齿轮（5）或齿轮（4）与齿轮（6）分别通过弹簧（7）和（8）同轴连接而成。齿轮（3）与（4）相啮合，同轴齿轮（3）－（5）、（4）－（6）与齿轮（9）啮合，电机（1）通过蜗杆（2）驱动齿轮（3）构成步进转换机构。弹簧离合器具有单向传动特性，当齿轮（3）或（4）相对齿轮（5）或（6）作正向转动时，因摩擦力作用而使弹簧越抱越紧，使齿轮（3）与（5）或（4）与（6）连成一体，能有效传递力矩。反之，当斜齿轮（3）或（4）相对齿轮（5）或（6）作反方向转动时，也因摩擦力作用而使弹簧松弛，从而使齿轮（3）与（5）或（4）与（6）脱离联系而无法传递力矩。用拨簧离合器也可代替弹簧离合器，拨簧离合器是由齿轮（3）与（5）或齿轮（4）与（6）同轴连接，且在齿轮（3）（4）平面上固定一弹簧片，也能起到正向转动有效传递力矩，反向旋转松脱，所不同的是拨簧离合器是通过簧片（17）来推动齿轮（5）转动，不再是簧片（15）推动弹簧（7）等。在全齿齿轮（9）的平面（靠齿轮3或4）一端设有若干个突起物（14），突起物（14）可用螺丝杆拧入代替，用来推动簧片（15）（16），突起物的个数，分布以及相互间间隔决定了每次转动的步距大小。按实际需要可设计成任意大小的步距角。簧片（15）（16）固定在一个不随齿轮转动的底架上，其可动端分别靠近弹簧（7）（8）的右端，正常情况下簧片与弹簧不相接触，一旦簧片在转动齿轮（9）上的突起物（14）推动下压向弹簧（7）或（8）的右端时，靠摩擦力作用可阻止弹簧的跟随转动，从而使弹簧松弛。

当正极性时钟电脉冲到来时，电机（1）作正向转动，它一方面通过蜗杆（2）使齿轮（3）相对齿轮（5）作正向转动，起着主动轮作用，在弹簧（7）帮助下有效传递力矩，使齿轮（5）推动齿轮（9）正向旋转一个角度，直到齿轮（9）上突起物（14）推动簧片（15）压迫并使弹簧（7）停止转动为止。而弹簧（7）的停转，实际就是强行使弹簧（7）松弛，此时尽管齿轮（3）仍在继续转动，但因弹簧（7）松脱而无法传递力矩，从而齿轮（5）与（9）也就停转，至此上述过程完成了一次步进转动。另一方面由于齿轮（3）与（4）相啮合，而电机（1）通过蜗杆（2）只驱动（3），因此齿轮（3）与（4）的转动方向总是相反。由于弹簧（8）的特性，使齿轮（6）处于脱离状态，所以齿轮（6）作为被动齿轮随齿轮（9）的驱动而转动或停止。

当反极性时钟电脉冲到来时，电机（1）作反向转动，此时齿轮（3）也作反向转动，而齿轮（4）变为正向转动，所有的过程与上述情况类似，仅交换了一下齿轮（3）（5）与（4）（6）的主被动关系。齿轮（3）由主动变为被动齿轮，为齿轮（9）所左右。而齿轮（6）由被动变为主动齿轮并推动齿轮（9）作第二个步进转动，直到齿轮（9）上突起物推动簧片（16）迫使弹簧（8）右端停转为止。

通过上述可知，在交替变换输入电脉冲极性下，上述两步进过程交替重复出现，使齿轮（9）按同一方向完成每一次的步进转动。

本实用新型中的全齿齿轮（9）也可用开有若干槽的间歇齿轮（18）代替（图2），假设开始时直齿轮（5）与间歇齿轮的齿部啮合而直齿轮（6）正处于间歇齿轮的空槽中。当正极性时钟脉冲到来时，电机（1）作正向转动，它一方面使齿轮（3）相对齿轮（5）作正向转动，在弹簧（7）作用下有效传递力矩，起着主动轮作用，通过齿轮（5）驱动齿轮（18）正向转过一个角度，直到齿轮（5）进入齿轮（18）的空槽而齿轮（6）同时进入齿轮（18）另一齿轮段的始端时为止。这就完成了一次步进转动，如空槽数为n，且槽与槽间等距离则步距角＝180°／n。另一方面斜齿轮（3）又与齿轮（4）啮合，使齿轮（4）相对齿轮（6）作反向转动，所以弹簧（8）的作用松弛，齿轮（6）不能受齿轮（4）驱动，起着被动轮作用，反随齿轮（18）驱动或停止。当反极性时钟电脉冲到来时，电机（1）作反向转动，它一方面由于齿轮（3）相对齿轮（5）是反向转动，因而不能有效传递力矩，此时齿轮（5）变为被动齿轮为齿轮（18）所左右。另一方面齿轮（3）却使齿轮（4）相对齿轮（6）作正向转动，因此通过弹簧（8）有效传递力矩，驱动齿轮（6）并推动齿轮（18）作又一次正向步进转动，直到齿轮（6）进入空槽中为止。通过上述可知，在交替极性的时钟脉冲作用下，齿轮（5）和（6）也交替作为主动齿轮推动齿轮（18），每次前进一个角起到步进转动的作用。

本实用新型的手动操作部分是在大蜗杆（10）装有弹簧（13）的一端端面上开有销槽，一个里面带有销钉的手动盖（19）正好销入槽内，以便于转动蜗杆（10），同时在手动盖一端设有凸爪，以便于旋转手动盖时拨动弹簧（13）。手动操作部分是这样工作的：由于弹簧（13）的作用，当人工将手动盖（19）向前转动时，正是大蜗杆（10）相对齿轮（9）作反向转动，因此弹簧（13）松开使大蜗杆与齿轮（9）脱离联系可任意向前转动。当人工将手动盖（19）向后转动时，按理弹簧（13）越抱越紧，大蜗杆（10）受齿轮（9）牵连而无法倒转，但由于手动盖一端的凸爪强迫拨动弹簧（13）末端的弯钩，使弹簧反向松开，从而也能使蜗杆（10）脱离齿轮（9）约束而任意作反向转动。

本实用新型的实施例用在太阳能电源的跟踪系统，所用的电机电源为直流12伏，步进转动装置每5分钟步进一次，每次电机转动3秒钟，耗电流150毫安，作24小时全天候跟踪，折合到全天平均功率为18毫瓦，时钟信号控制系统采用CMOS集成电路所耗电流1毫安，耗电功率12毫瓦，因此两部分总功率为30毫瓦，全天总耗电为0.06安培小时，本实施例带动30公斤聚光太阳电池方阵对日跟踪，日发电量平均为14安培小时，因此跟踪部分自耗电仅占太阳能电池日发电量的0.428％，因此是一种低耗电的太阳能跟踪装置。

本实施例中时钟脉冲间隔为5分钟，齿轮（9）的步距角为90，末级蜗轮，蜗杆变速比为72：1，所以最后输出轴的步距角为1°15″，此值恰好与太阳周日运动的角速度相同。

本实用新型的优点是：结构简单，能将普通直流微型电机的非步进转动变为高精度的步进转动，步距角可以根据需要设计成任意大小，且有输出力矩大，工作时不需复杂的驱动电路，自耗电极小。

Claims (3)

1、一种步进式转动装置，含有高变速比减速器，其特征在于由步进转换机构及手动调节机构等组成；

a.齿轮(3)与(4)相啮合，同轴齿轮(3)-(5)、(4)-(6)与齿轮(9)啮合，电机(1)通过蜗杆(2)驱动齿轮(3)构成步进转换机构；

b.齿轮(3)与齿轮(5)通过弹簧(7)同轴连接而组成弹簧离合器；

c.齿轮(9)的平面一端设有若干个突起物，簧片(15)(16)固定在一个不随齿轮转动的底架上；

d.大蜗杆(10)装有弹簧(13)的一端的端面上开有槽，一个里面带有销钉的手动盖(19)正好销入槽内，同时在手动盖的一端设有凸爪。

2、根据权利要求1所述的步进式转动装置，其特征在于全齿齿轮（9）也可以是开有若干槽的间歇齿轮（18）。

3、根据权利要求1所述的步进式转动装置，其特征在于齿轮（3）与齿轮（5）通过拨簧（17）组成拨簧离合器。

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