一种无刷外转子舵机以及机器人的制作方法

本发明涉及舵机，具体涉及一种无刷外转子舵机以及机器人。

背景技术：

目前舵机中普遍存在的问题是，减速齿轮机构的齿轮传动级数大，需要通过数量较多的齿轮进行动力传递。在用于动力传递的齿轮数较多的场合下，舵机动力的传递精度会受到很大的限制，力反馈特性较差；并且由于内转子电机的转速较高，对轴承和齿轮的磨损也较为严重，严重影响舵机寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于，至少提供一种无刷外转子舵机以及机器人，能够大幅提升舵机的动力传递精度、力反馈特性以及舵机使用寿命。

本发明的无刷外转子舵机通过如下技术方案实现：

本发明的第一方面

第一方面提供了一种无刷外转子舵机，包括：

本体；

减速齿轮机构；以及

与所述减速齿轮机构动力连接的电机；

其中，所述电机为无刷外转子电机，所述减速齿轮机构的齿轮传动级数小于或等于三。

所述的舵机，进一步地，所述本体包括舵机输出轴，所述减速齿轮机构包括：

与所述电机输出轴动力连接的输入齿轮；

与所述输入齿轮啮合连接的第一双联齿轮；

与所述第一双联齿轮啮合连接的第二双联齿轮；

与所述第二双联齿轮啮合连接的输出齿轮，所述输出齿轮与所述舵机输出轴动力连接。

在一些实施例中，所述本体还包括：

设于所述本体内的第一电路板与第一位置检测机构；

其中，所述第一位置检测机构与所述舵机输出轴动力连接。

在一些实施例中，所述第一位置检测机构为磁编码器件或者电位器。

在一些实施例中，所述本体包括：

设于所述本体内的第二电路板与第二位置检测机构，所述第二电路板与所述第二位置检测机构电性连接；其中，所述第二位置检测机构与所述电机的输出轴动力连接。

在一些实施例中，所述第二位置检测机构为编码器。

在一些实施例中，所述本体还包括壳体，所述减速齿轮机构以及所述电机设置于所述壳体内部；其中，所述电机的定子与所述壳体连接。

在一些实施例中，所述电机的定子靠近所述壳体的内部侧壁。

在一些实施例中，所述壳体上开设有出线槽。

本发明的第二方面

第二面提供了一种机器人，包含上述的无刷外转子舵机。

本发明的实施例至少具备以下有益效果：

在一些实施例中，通过齿轮传动级数的降低，使得舵机中减速齿轮机构使用的齿轮数量大幅减少，从而大幅提升舵机的动力传递精度以及力反馈特性。再者，由于减速齿轮机构使用的齿轮数量的减少，以及使用外转子电机带来的电机转速下降等作用，使得齿轮以及轴承的磨损减小，延长了舵机的使用寿命。

在一些实施例中，电机的定子靠近舵机壳体的内部侧壁设置并与壳体连接，大幅提升了舵机的散热性能。

在一些实施例中，舵机壳体上开设有出线槽。用于排布舵机内部的电路板、电机或者其他器件的出线。简化了舵机中的线路排布结构，便于生产作业，提升了舵机的美观，也在一定程度上提升了舵机的散热能力。

附图说明

图1为本发明的无刷外转子舵机的一些实施例中的结构示意图；

图2为本发明的无刷外转子舵机的一些实施例中的爆炸示意图；

图3为本发明的无刷外转子舵机的一些实施例中的局部剖视示意图；

图4传统舵机减速齿轮机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的说明。

本发明至少包括两个方面，以下首先对本发明的第一方面进行说明。

需要说明的是，本文中的术语“减速比”指的是输入转速与输出转速的比值。即电机的输出轴转速与舵机输出轴转速之间的比值。

需要说明的是，对于舵机来说，舵机带动外部负载，当负载与其他物体接触的时候会有力的作用，这个力反向通过齿轮传动机构作用到电机上面，会对电机的电流、转速产生作用，而电路板检测电机的电流，电动势，转速等，就可以知道接触的力的大小，这个就是力反馈。

本发明的第一方面

请参照图1至图3，第一方面提供了一种无刷外转子舵机100，包括：

本体40；

减速齿轮机构50；以及

与所述减速齿轮机构50动力连接的电机26；

其中，所述电机26为无刷外转子电机，所述减速齿轮机构50的齿轮传动级数小于或等于三。

通常，电机体积一定时，内转子电机的扭矩要比外转子电机的小，但内转子电机的转速高于外转子电机。因此传统使用内转子电机的舵机中设置齿轮级数为4级以上的减速齿轮机构来增加减速比。例如图4所示，该传统舵机包括与电机输出齿啮合连接的一级双联齿轮31，与一级双联齿轮31啮合连接的二级双联齿轮32，与二级双联齿轮32啮合连接的三级双联齿轮33，以及与所述三级双联齿轮33啮合连接的动力输出齿轮34，一共具有4级齿轮。

需要说明的是，对于同样体积的电机，内转子电机比外转子电机的转速高，对齿轮以及轴承的磨损比较严重。正是由于前述原因，使得内转子舵机的寿命受到了严重的限制，远远不及外转子舵机的使用期限。

故而，本发明的第一方面的无刷外转子舵机采用无刷外转子电机作为动力源，以大幅降低舵机的减速比以及减速齿轮机构的齿轮传动级数。因此在一些实施例中，所述无刷外转子舵机的齿轮传动级数可以设置为小于或者等于三级。

如前所述，在齿轮传动级数限制到三级以下时，舵机中减速齿轮机构使用的齿轮数量大幅减少，使得舵机的动力传递精度以及力反馈特性大幅提高。此外，由于减速齿轮机构使用的齿轮数量的减少，以及使用外转子电机带来的电机转速下降等作用，使得齿轮以及轴承的磨损减小，延长了舵机的使用寿命。

在一些实施例中，当所述齿轮传动级数为三时，所述减速齿轮机构50包括：

与所述电机26输出轴动力连接的输入齿轮3；

与所述输入齿轮3啮合连接的第一双联齿轮24；

与所述第一双联齿轮24啮合连接的第二双联齿轮25；

与所述第二双联齿轮25啮合连接的输出齿轮10，所述输出齿轮10与所述舵机输出轴27动力连接。

具体地，所述第一双联齿轮24包括第一主动齿轮4以及与所述第一主动齿轮4同轴设置的第一从动齿轮5，所述第二双联齿轮25包括第二主动齿轮7以及与所述第二主动齿轮7同轴设置的第二从动齿轮8。

更具体地，所述输入齿轮3、所述第一主动齿轮4、所述第一从动齿轮5、所述第二主动齿轮7、所述第二从动齿轮8、所述输出齿轮10依次动力连接。其中每个双联齿轮中的主动齿轮的直径大于从动齿轮的直径。

在一些实施例中，减速齿轮机构50的减速比设置为小于60，更优选地，减速齿轮机构50的减速比设置小于50。这种设计使得舵机的动力传递精度更高，力反馈性更好。

可以理解的是，在某些实施例中，上述第一双联齿轮24或者第二双联齿轮25也可以用直径大小不同的两个齿轮以及连接在之间的传动轴的结构实现。

进一步地，所述本体40还包括：

设于所述本体40内且位于所述减速齿轮机构50一侧的第一电路板15与第一位置检测机构16；

所述第一位置检测机构16用于检测所述舵机输出轴27的转速；

所述第一电路板15与所述第一位置检测机构16电性连接；

其中，所述第一位置检测机构16与所述舵机输出轴27连接，用于检测舵机输出轴27的速度并且通过第一电路板15传递检测信号。

本实施例中，所述第一位置检测机构16可以是电位器、磁编码器件等检测器件，优选地设置为磁编码器件，因为磁编码器件具有非常高的精确度。

在一些实施例中，所述本体40包括：

设于所述本体40内且位于所述电机26一侧的第二电路板17与第二位置检测机构18，所述第二位置检测机构18用于检测所述电机26输出轴的转速，所述第二电路板17与所述第二位置检测机构18电性连接；

其中，所述第二位置检测机构18与所述电机26的输出轴动力连接。

本实施例中，所述第二位置检测机构18可以是编码器，例如磁编码器件、光电编码器件、以及基于霍尔检测元件的传感器等等。优选地设置为磁编码器件，因为磁编码器件具有非常高的精确度。

在某些实施例中，由于电机26的外转子14与电机输出轴11同轴连接，转速相等，所以第一位置检测机构16也可以与外转子14连接。

在一些实施例中，所述电机26的定子13靠近所述壳体的内部侧壁设置。能够提升舵机的散热性能。

在一些实施例中，所述本体40还包括壳体28，所述减速齿轮机构50以及所述电机26设置于所述壳体28内部；所述电机26包括固定连接于所述壳体28的定子13以及绕所述定子13转动的外转子14。

本实施例中，电机26工作时产生的热量通过壳体28导向舵机外部。此外，外转子14绕定子13旋转，有利于加速壳体28内的空气流动，增加舵机散热能力。

由于电机26的定子13上的绕设线圈的电阻缘故，该绕设线圈在通电时无法将电能全部转化为机械能，会产生一部分热量，此外，定子13的铁芯在电机26工作时形成的涡流损耗也会产生一部分热量，这两部分热量叠加在一起使定子13出现较为严重的发热现象。

在某些实施例中，所述壳体28包括依次连接的上壳2、中壳12和下壳19，其中上壳2主要指壳体28的顶部侧面，下壳19主要指壳体28的底部侧面，而中壳12主要指壳体28的周向侧面，因此，中壳12的表面积最大。本实施例中，将电机26的定子13直接固定在所述中壳12上，由于中壳12与定子13接触面积较大，电机定子13上产生的热量可以通过中壳散至壳体外部，大幅提升了舵机的散热性能。

在一些实施例中，所述壳体上开设有出线槽23。用于排布舵机内部的电路板、电机或者其他器件的出线。由于舵机大多是设置在一些封装外壳里面，在该外壳上直接排布线路会增加壳体厚度，加工也比较繁琐，此外，线路留在外壳上也会丧失一定的美观性，而直接在舵机上设置出线槽，不仅可以减少封装空间，增加美观性，还可以在一定程度上提升舵机的散热能力。

在一些实施例中，所述本体还包括第一舵盘1与第二舵盘21，在所述舵机的输出轴方向上，所述第一舵盘1、所述第二舵盘21分别设置在所述壳体28外部的两端。具体地，第一舵盘1位于所述上壳2端，第二舵盘21位于所述下壳19端。所述第一舵盘1、所述第二舵盘21分别所述舵机的输出轴27动力连接。第二舵盘21内还设有第二舵盘轴承22。

此外，所述本体还包括连接第二舵盘21和下壳19的螺钉、用于固定所述第一双联齿轮24且设置在壳体28内的第一齿轮轴6、以及用于固定所述第二双联齿轮25且设置在壳体28内的第二齿轮轴9。

本发明的第二方面

本发明的第二方面提供了一种机器人，包含上述的无刷外转子电机。

得益于减速齿轮机构的动力传递精度与力反馈性优良的特点，本发明第一方面各实施例中的舵机应用在机器人(不限于机器人，例如还包括汽车模型以及航空模型等装置)上时，能够大幅提升该装置动作的精确性和灵活性。

以上具体实施方式对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。