专利名称：基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种伺服机，尤其是一种采用金属中盖的小型伺服机，具体地说 是一种基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机。
背景技术：
众所周知，伺服机是一种位置伺服的驱动器。它接收一定的控制信号，然后输出精 确的控制位移角度，适用于那些需要角度，方向不断变化并能够保持的控制系统。伺服机作 为运动方向的控制部件，最早出现在航空模型领域。伺服机是用来控制舵面的伺服电机。伺 服机本质上是可定位的电机，当接受到一个位置指令，就会运动并定位于该指定位置。之后，随着科学技术的不断发展，伺服的应用越来越广泛。伺服机已经不仅仅运用 于遥控电子模型中，并在工业自动化、机器人、网络摄象机和精密医疗器材中得到了完美的 应用，即凡是需要操作性动作时都可以考虑使用伺服机来实现功能。由于伺服机是电机和减速机构及控制机构的结合体，因此现有的伺服机存在的精 度低、使用寿命短、抗干扰性差，不能适应长时间高温、强磁场条件下工作的需要。
发明内容本实用新型的目的是针对现有的电位器式伺服机存在的精度低、寿命短的问题， 设计一种非接触、长寿命，可适应于高温、强磁场条件下的一种基于电磁传感技术的金属中 盖的小型数字伺服机。本实用新型的技术方案是一种基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，包括上盖10、中盖20、下 盖30、电路板304和无核心电机303，电机303和电路板304固定在下盖30和中盖20组成 的空间中，电机303固定在铝合金金属中盖20上，作为动力源的电机303的输出端伸入由 上盖10和中盖20组成的空间中并安装有电机齿轮105，其特征是所述的中盖20为金属中 盖，所述的电机303为无核心电机，电路板304上安装有磁感应电路302，该磁感应电路302 与电路板304及电机303相互之间电气相连，在磁感应电路302的上方安装有磁柱300，磁 柱300与驱动轴301相连，驱动轴301上安装有作为齿轮减速装置1输出的输出齿轮101， 齿轮减速装置1的输入齿轮与电机齿轮105相啮合，该齿轮减速装置1位于上盖10和铝合 金金属中盖20组成的空间中。所述的输出齿轮101为双联齿轮，其上部的小齿轮伸入上盖10上的通孔中。所述的驱动轴301的上端伸入上盖10上的通孔中。所述的齿轮减速装置1由第一双联变速齿轮102、第二双联变速齿轮103、第三双 联变速齿轮104和输出齿轮101组成，第一双联变速齿轮102中的大齿轮与电机齿轮105相 啮合，第一双联变速齿轮102中的小齿轮与第二双联变速齿轮103中的大齿轮相啮合，第二 双联变速齿轮103中的小齿轮与第三双联变速齿轮104中的大齿轮相啮合，第三双联变速 齿轮104中的小齿轮与输出齿轮101相啮合，输出齿轮101固定在驱动轴301位于上盖10和铝合金金属中盖20的一端上，第三双联变速齿轮104和第一双联变速齿轮102间隔套装 在一端固定在铝合金金属中盖20上的一级齿轮轴上，第三双联变速齿轮104在上，第一双 联变速齿轮102在下，第二双联变速齿轮103则套装在一端固定在铝合金金属中盖20上的 二级齿轮轴上。所述的金属中盖20优先铝合金中盖。本实用新型的有益效果本实用新型的伺服机与传统的电位器式伺服机相比具有1、线性度好；2、不存在阻值变化的；3、由于采用非接触式结构，不存在磨损问题， 因此使用寿命可大大延长；4、装配后可能通过软件设置进行回中偏差修正；5、它可以对 360°范围内的角度进行精确的测量，并且能够通过外部电路和特有的程序控制，来满足不 同的要求。此产品十分适合于从几度至一整圈360°角度范围的应用。6、使用范围广，本 实用新型可用于遥控电子模型、机器人技术、阀门控制装置、无接触式旋转位置检测、汽车 工业中的节流阀位置传感器、油门/刹车踏板位置检测及头灯位置控制等等。7、该伺服机 可在高温条件下正常工作，传统伺服机的工作环境温度为-10°C至+40°C，当温度超过40°C 时，由于材料和结构特性，中盖会很快变形软化，采用了铝合金金属中盖，由于熔点高，材料 在150°C内不容易变形，因此可将工作环境提高到-40°C至+125°C，大大拓展了其应用范 围。8、该伺服机由于采用了铝合金金属中盖，因此能快速将无核心电机工作时产生的热量 散发，因此极大的提高了伺服机的心脏部件一无核心电机的使用寿命，降低了能源损耗，起 到节能减排的功效。9、该伺服机由于采用了铝合金金属中盖，起到了屏蔽罩的作用，可以有 效的抵抗外界的各类电磁干扰，提高了产品的稳定性，因此该伺服机可用在电磁场较强的 地方，如高空的无人侦察机，拓展了伺服机的应用领域。
图1是本实用新型的立体分解结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示。一种基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，包括上盖10(可采用塑 料制造)、金属中盖20 (优先铝合金中盖，也可为其它金属或合金材料制造的中盖)、下盖 30 (可采用塑料制造)、电路板304和无核心电机303 (型号可为1215RN01A)，上盖10、铝 合金金属中盖20和下盖30通过连接螺钉或螺栓连接成一个整体，无核心电机303和电路 板304固定在下盖30和铝合金金属中盖20组成的空间中，电路板304可采用与常见的伺 服机相同的电路板通过修改相应的电容电阻等电子元器件加以实现，无核心电机303固定 在铝合金金属中盖20上，作为动力源的无核心电机303的输出端伸入由上盖10和铝合金 金属中盖20组成的空间中并安装有电机齿轮105，所述的电路板304上安装有磁感应电路 302，该磁感应电路302与电路板304及无核心电机303相互之间电气相连，在磁感应电路 302的上方安装有磁柱300 ( 一般采用永久磁铁)，磁柱300与驱动轴301相连，驱动轴301 上穿过铝合金金属中盖20后伸入铝合金金属中盖20和上盖10组成的空间中，其上端安装有作为齿轮减速装置1输出的输出齿轮101 (可采用双联齿轮)，输出齿轮101带动驱动轴 301转动的同时带动磁柱300转动，从而使感应电路302中磁场的方向发生变化，其具体的 工作原理如下所述，具体实施时为了使驱动轴301同时起到动力作用，可直接将驱动轴301 的上端伸入上盖10上的通孔中，也可将与输出齿轮101双联的小齿轮106伸入上盖10上 通孔中，摇臂可直接与驱动轴301的上端或输出齿轮101上的双联小齿轮相连，通过驱动轴 301或小齿轮106带动摇臂转动。所述的齿轮减速装置1可根据电机转速和所述的驱动轴 301的速度利用齿轮减速原理，通过合理的降速比配置进行设计。本实施的齿轮减速装置1 由第一双联变速齿轮102、第二双联变速齿轮103、和第三双联变速齿轮104和输出齿轮101 组成，第一双联变速齿轮102中的大齿轮与电机齿轮105相啮合，第一双联变速齿轮102中 的小齿轮与第二双联变速齿轮103中的大齿轮相啮合，第二双联变速齿轮103中的小齿轮 与第三双联变速齿轮104中的大齿轮相啮合，第三双联变速齿轮104中的小齿轮与输出齿 轮101相啮合，输出齿轮101固定在驱动轴301位于上盖10和铝合金金属中盖20的一端 上，第三双联变速齿轮104和第一双联变速齿轮102间隔套装在一端固定在铝合金金属中 盖20上的一级齿轮轴上，第三双联变速齿轮104在上，第一双联变速齿轮102在下，第二双 联变速齿轮103则套装在一端固定在铝合金金属中盖20上的二级齿轮轴上。具体实施时，上盖和下盖还可采用ABS、POM、PAB等材料制造，中盖采用铝合金金 属材料制造，各级齿轮可选用铜铝合金或POM等材料制成。详述如下如图1，本实用新型的伺服机主体自上而下包括上盖10，铝合金金属中盖20，下盖 30，中盖呈矩形箱体状，上盖10和下盖30的两相对端略有削尖，其中上盖10的四角处设有 安装孔(图中没有标示)，中盖20的四角处设有贯通的安装孔(图中也没有标示)，下盖30 同样于的四角处设有安装孔，4颗螺丝(图中仅标注了 2颗螺丝305)自下而上的贯穿下盖， 中盖和下盖，从而将下盖，中盖，上盖组合连接在一起。在上盖10和中盖20的空间内组装 有齿轮减速装置1。在中盖20和下盖30的空间内组装有磁铁300、起到连接作用的圆柱形 驱动轴301、感应电路302、无核心电机303和线路板304。本实用新型的工作过程大致如下当外部信号(既可以是ΙΟΟΟμ s_2000y s的PWM信号也可以是500μ s-ΙΟΟΟμ s 的PWM信号)通过信号线向电路板304传输信号后，电路板304接收到信号后向无核心电 机303输入信号，并启动无核心电机303，无核心电机30通过齿轮减速装置1带动输出齿轮 101运动，输出齿轮101通过驱动轴301带动其下端的磁柱300运动，产生磁场的变化，磁柱 正下方的磁感应电路302通过磁场的变化进行检测，通过磁感应电路302的数字输出可以 准确的测量驱动轴301转动相对增量(进而得到舵板的转动增量)，然后将信号反馈到电 路板302中进入处理后控制整个伺服机的运动，使其能够精确旋转到预定方向(或位置)。 同时配合单片机计时，伺服机可以自己测量自己的角速度，便于自我检验，同时也可对单片 机进行编程，进而满足不同用户的需求。以下是本实用新型的磁传感式伺服机与传统的电位器式伺服机的性能比较实验。1、线性度比较。电位器式伺服机因电位器的生产问题，总阻值个体间不能稳定，而且由于碳膜印 刷的问题，所以电位器的线形度根本达不到伺服机所要求的线性度，而采用本实用新型的电磁传感技术的伺服机不管外界如何，始终都是均勻的将360度或180度或90度分为1024 份或2048份后再与磁场对应，因此能够做到严格的线性，直线是理论上的电位器线性度曲 线图，但实际上的线性都是曲线状的，而且由于生产的工艺问题，实际测量的曲线也不是平滑的。而本实用新型的线性度经实际测量可以是一种较为理想的直线结构。2、耐久度比较。电位器式伺服机的电位器内部是由金属簧片与碳膜接触来进行调节控制的，因此 肯定存在一定的机械磨损，而本实用新型的电磁传感器式伺服机，由于使用磁场做角度判 断，两者间无任何的直接接触。所以磨损可以说基本是0，从而可大幅度地提高伺服机的使 用时间。3、装配后回中偏差修正比较。电位器式伺服机因为电位器的问题，中立时舵盘的位置并不是和外壳侧边线成90 度的关系。这既有装配的问题，也有电位器本身阻值偏差的问题。但使用本实用新型的电 磁传感技术后，由于具有中点设定功能，可以将任意的位置设为中点，通过设置，舵盘的位 置就可以保证是和外壳边线一定是成45度、90度、180度、270度、360度关系的。4、使用环境比较传统伺服机的工作环境温度为-10°C至+40°C，当温度超过40°C时，由于材料和结 构特性，中盖会很快变形软化，碳膜受到高温，颗粒分布不在均勻，变得粗糙不平，采用了铝 合金金属中盖，由于熔点高，材料在150°C内不容易产生明显变形，同时本实用新型的电磁 传感器式伺服机由于采用的是磁铁，磁场强度和方向不会受温度的影响而发生变化，因此 可将工作环境提高到-40°C至+125°C，极大的提高了使用环境，能够适应各种恶劣条件下 的工作。5、可靠性比较。电位器式伺服机由于电位器内部接触不良或电阻碳膜面磨损会造成抖舵现象，因 此一般不能够使用在精密的医疗设备，高精度的工业生产中，而本实用新型的基于电磁感 应的伺服机由于是通过电磁感应来驱动伺服机的工作，因此伺服机受到的干扰仅需要考虑 磁场的干扰。磁感应电路表面处的磁场强度差为士75mT。在这个范围的基础上，还允许存 在由意外的外部杂散磁场导致的士5mT额外偏移量。如果信号的场强超出了推荐范围以 外，感应电路仍能够继续工作，但输出的线性度会下降。磁场过强会使内部前置放大器产生 饱和效应，因此会导致测量误差。而一般的电磁干扰不会对使用有什么影响，除非是强电 磁，不过这个强电磁环境的标准是很高的，生活中很难遇到，因此本伺服机可适用于多种特 殊条件下的工作。综上所述，本实用新型过上述实施例和相关图式说明，以及对比测试，已经详细具 体的揭露了相关技术，完全可以使现有的伺服机的性能有很大程度的提升，并延长使用寿 命。本实用新型的保护利范围由本实用新型的权利要求来界定。至于本文中所述元器 件的改变或等效元器件的代替等仍都应属于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求一种基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，包括上盖(10)、中盖(20)、下盖(30)、电路板(304)和电机(303)，电机(303)和电路板(304)固定在下盖(30)和中盖(20)组成的空间中，电机(303)固定在中盖(20)上，作为动力源的电机(303)的输出端伸入由上盖(10)和中盖(20)组成的空间中并安装有电机齿轮(105)，其特征是所述的中盖(20)为金属中盖，所述的电机(303)为无核心电机；所述的电路板(304)上安装有磁感应电路(302)，该磁感应电路(302)与电路板(304)及电机(303)相互之间电气相连，在磁感应电路(302)的上方安装有磁柱(300)，磁柱(300)与驱动轴(301)相连，驱动轴(301)上安装有作为齿轮减速装置(1)输出的输出齿轮(101)，齿轮减速装置(1)的输入齿轮与电机齿轮(105)相啮合，该齿轮减速装置(1)位于上盖(10)和金属中盖(20)组成的空间中。
2.根据权利要求1所述的基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，其特征是 所述的输出齿轮(101)为双联齿轮，其上部的小齿轮伸入上盖(10)上的通孔中。
3.根据权利要求1所述的基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，其特征是 所述的驱动轴(301)的上端伸入上盖(10)上的通孔中。
4.根据权利要求1所述的基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，其特征是 所述的齿轮减速装置(1)由第一双联变速齿轮(102)、第二双联变速齿轮(103)、第三双联 变速齿轮(104)和输出齿轮(101)组成，第一双联变速齿轮(102)中的大齿轮与电机齿轮 (105)相啮合，第一双联变速齿轮(102)中的小齿轮与第二双联变速齿轮(103)中的大齿轮 相啮合，第二双联变速齿轮(103)中的小齿轮与第三双联变速齿轮(104)中的大齿轮相啮 合，第三双联变速齿轮(104)中的小齿轮与输出齿轮(101)相啮合，输出齿轮(101)固定在 驱动轴(301)位于上盖(10)和铝合金金属中盖(20)的一端上，第三双联变速齿轮(104)和 第一双联变速齿轮(102)间隔套装在一端固定在铝合金金属中盖(20)上的一级齿轮轴上， 第三双联变速齿轮(104)在上，第一双联变速齿轮(102)在下，第二双联变速齿轮(103)则 套装在一端固定在铝合金金属中盖(20)上的二级齿轮轴上。
5.根据权利要求1所述的基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，其特征是 所述的金属中盖(20)为铝合金中盖。
专利摘要一种基于电磁传感技术的金属中盖的小型数字伺服机，包括上盖(10)、中盖(20)、下盖(30)电路板(304)和电机(303)，其特征是所述的中盖(20)为金属中盖，所述的电机(303)为无核心电机，电路板(304)上安装有磁感应电路(302)，该磁感应电路(302)与电路板(304)及电机(303)相互之间电气相连，在磁感应电路(302)的上方安装有磁柱(300)，磁柱(300)与驱动轴(301)相连，驱动轴(301)上安装有作为齿轮减速装置(1)输出的输出齿轮(101)，齿轮减速装置(1)的输入齿轮与电机齿轮(105)相啮合，该齿轮减速装置(1)位于上盖(10)和金属中盖(20)组成的空间中。本实用新型具有线性度好、耐温性高、寿命长的优点。
文档编号H02K7/10GK201690320SQ20102015166
公开日2010年12月29日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者池浚 申请人:南京龙泰航空电子科技有限公司