专利名称：状态反馈开关以及应用该开关的有限转角力矩电动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机设备技术领域，具体为一种状态反馈开关以及应用该开关的有限转角力矩电动机。
背景技术：
有限转角力矩电动机是一种 可以直接驱动负载、能自动复位、并且具有一定自锁力矩的电动机。有限转角力矩电动机通过调节直流信号大小和方向，以此控制电动机转角的大小和方向。对于在一定角度内做往返运动的机构来说，例如隔离机构，往往需要采用有限转角力矩电动机对其进行驱动。这种有限转角力矩电动机要求体积小、重量轻以及便于控制。目前，有限转角力矩电动机的典型结构包括三种类型，分别是如图I所示的圆环式、如图2所示的端面式以及如图3所示的电动式。现有圆环式的不足之处在于，定子与转子之间的间隙较大，这样就会使得驱动力矩偏小；现有端面式的不足之处在于，制造工艺比较复杂，工作状态得到稳定性差；现有电动式虽然拥有较大的驱动力矩，但是仍然存在结构复杂等方面的问题。从图3中可以看出，电动式的定子以及转子上均设有线圈绕组。由于线圈绕组越多其匹配参数的要求也就越多，所以对于生产电动式有限转角力矩电动机的企业来说，不得不在繁多的线圈绕组加工问题上投入较多的生产资源。这也就意味着，由于电动式的线圈绕组加工难度大，使得企业的劳动资源不仅得不到有效地配置，在很大程度上还限制着企业的生产效率，无形中增加了企业的投入成本。随着生产安全越来越受到人们的重视，针对有限转角力矩电动机的工作状态工作人员需要得到可靠有效的反馈信息。因为电动机能否正常、安全的进行工作，直接影响到被驱动装置的工作状态。目前，用于有限转角力矩电动机上的状态反馈开关包括以下三种类型霍尔式开关、干簧管接近开关以及如图4所示的微动开关。其中，霍尔式开关采用霍尔开关信号作为反馈信号，虽然拥有无触电、低功耗、长使用寿命以及高响应频率等优点，但其缺点在于需要有供电电源；干簧管接近开关，虽然属于无源开关信号，但是小规格的工作电流偏小、使用寿命有限；微动开关虽然也属于无源开关信号，并且结构简单以及安装方便，但是其使用寿命偏低、导通范围较小、对规定范围内导通表现的可靠性差。这是因为微动开关仅靠一个范围很小的接触点完成导通。对于做往复运动的有限转角力矩电动机来说，最重要的工作状态在两个变向回转处进行体现。有限转角力矩电动机在每一次变向回转过程中，对产生状态反馈的微动开关均有一个挤压和放松的动作。当电动机挤压微动开关时，微动开关导通连接，同时产生状态反馈信号；当电动机远离微动开关时，微动开关导通断开，同时状态反馈信号消失。如果有限转角力矩电动机状态反馈所规定的导通范围夹角为5°，微动开关所能进行有效反馈的范围夹角可能仅仅只有2°。由此可知，微动开关并不能给予有限转角力矩电动机在规定范围内的可靠状态反馈。增加了电动机工作安全的隐患。为了扩大有限转角力矩电动机的适用范围，其有限转角大小需要有较高的可调性。在有限转角力矩电动机上确定有限转角大小的部件为定位构件，该定位构件通常与状态反馈开关共同设置。从图4中可以看出，微动开关由于其部件较多、结构复杂，为定位构件留有的可调整空间不大，所以采用微动开关的有限转角力矩电动机的适用范围相对较小。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种状态反馈开关以及应用该开关的有限转角力矩电动机，状态反馈开关通过增加导通范围，进而使得设置该状态反馈开关的有限转角力矩电动机保证工作状态反馈的可靠性。 为解决以上技术问题，本发明的技术方案是，一种状态反馈开关，包括绝缘电路板、限位构件以及电刷组件，所述绝缘电路板上设有两个导通带，所述两个导通带位于以绝缘电路板中心为圆点的一个圆环上，两个导通带之间对应的圆心角为90° ±10°，导通带各自导通范围对应的圆心角为10° ±5° ;所述两个导通带的外侧设有限位构件；所述电刷组件包括电刷和电刷臂，电刷臂的前端设置有电刷，电刷的刷头与导通带接触，电刷臂的末端设置有连接件，该连接件与所述绝缘电路板中心的位置相对应，连接件用于连接外部转轴，电刷臂通过外部转轴的带动以及限位构件的限位，使电刷在两个导通带之间运动实现开关导通。进一步，所述限位构件包括两个定位块，所述两个导通带外侧的绝缘电路板上设置有导轨，该导轨与导通带位于同一个圆环上，导轨的圆心夹角为270° ±10°，所述两个定位块分别通过滑块与导轨连接，所述定位块上设有锁紧件，锁紧件用于限制定位块在绝缘电路板上的位置。进一步，所述绝缘电路板为陶瓷电路板，该陶瓷电路板与电刷的接触面上镀有耐磨材料层。进一步，所述电刷臂上设置有挡块，所述电刷设置在挡块上。一种有限转角力矩电动机，包括机罩以及安装在机罩内部的机芯组件，所述机罩包括前壳体、后壳体以及后盖，前壳体与后壳体之间形成第一空腔，后壳体与后盖之间形成第二空腔；所述机芯组件包括转轴组件、电磁感应组件以及状态反馈开关；所述转轴组件位于机罩的中心轴线上并贯穿前壳体与后壳体；所述电磁感应组件对应设置在第一空腔内转轴组件的位置上，用于动力生成；所述状态反馈开关设置在第二空腔内的转轴组件上，用于反馈工作状态；所述状态反馈开关中的绝缘电路板固定在第二空腔内的一个截面上，该截面与转轴组件垂直，转轴组件通过设置在电刷臂末端的连接件与电刷臂连接，转轴组件通过电刷臂带动电刷在绝缘电路板上的两个导通带之间运动；所述两个导通带分别通过导线外接有状态指示装置。进一步，所述机罩与电刷组件之间连接有回弹部件，回弹部件的一端与机罩固定连接，另一端与电刷臂固定连接；电刷与绝缘电路板上的一个导通带接触时，回弹部件的复位力最小；电刷与绝缘电路板上的另一个导通带接触时，回弹部件的复位力最大。进一步，所述弹性复位部件为扭簧，扭簧套接于转轴组件上，扭簧的一端与所述后壳体固定连接，另一端与电刷臂固定连接。进一步，所述转轴组件上设置有花盘，该花盘位于转轴组件的末端，花盘的盘面与后盖相对并留有间隙，所述花盘的盘面上间隔设置有两种状态标识，一种状态标识对应一个导通带与电刷接触时的状态，所述后盖上设有视窗，该视窗用于展示电刷接触导通带时花盘上对应的状态标识。进一步，所述状态指示装置为声/光/电发生器，所述电刷与两个导通带分别接触导通时，状态指示装置展示两种状态指示。进一步，所述电磁感应组件包括转子和静子，所述转子为附在转轴组件上的稀土永磁铁，所述静子为固定在前、后壳体之间并围绕在稀土永磁铁外圆周相互重叠的钢硅片。与现有技术相比，状态反馈开关中绝缘电路板上设置了带有一定导通范围的导通带，通过导通带外侧限位构件的限制，能够使电刷在预设的有限转角范围内转动，当电刷变向回转但仍然处于原有工作状态时，电刷的刷头能够与导通带在预设的导通范围内保持有效接触，这样不仅增加了导通范围，同时还通过状态指示装置为设置该状态反馈开关的转角力矩电动机提供了可靠的状态反馈信号，进而确保了电动机的工作安全。
图I为圆环式有限转角力矩电动机的结构示意图；图2为端面式有限转角力矩电动机的结构示意图；图3为电动式有限转角力矩电动机的结构示意图；图4为微动开关的结构示意图；图5为本发明中状态反馈开关的立体结构示意图；图6为图5的主视图；图7为图6的左视图；图8为状态反馈开关中绝缘电路板的结构示意图；图9为本发明中有限转角力矩电动机的剖面结构示意图。图中1、陶瓷电路板，2、导通带，3、导轨，4、定位块，5、电刷，6、挡块，7、电刷臂，8、通孔，9、锁紧螺栓，10、转轴组件，11、前壳体，12、线圈组件，13、后壳体，14、后盖，15、花盘，16、扭簧，17，调节垫片，18、稀土永磁铁，19、钢硅片。
具体实施例方式本发明的核心思路是，在状态反馈开关中包括带有导通带的绝缘电路板，使电刷组件在规定的导通范围上能够始终保持与导通带的接触，以此增加了导通带的有效导通范围，进而为设置该状态反馈开关的有限转角力矩电动机提供可靠的反馈状态。为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。参见图5至图8，一种状态反馈开关，包括绝缘电路板、限位构件以及电刷组件。其中，绝缘电路板为陶瓷电路板1，该陶瓷电路板I上设置有两个导通带2以及导轨3 ;限位构件包括两个定位块4 ;电刷组件包括电刷5和电刷臂7。上述部件的连接关系具体如下如图8所示，陶瓷电路板I的形状为一个圆盘，两个导通带2以及导轨3设置在陶瓷电路板的一个圆环上。导轨3位于两个导通带2的外侧。其中，两个导通带2之间对应的圆心角为90° ±10°，每一个导通带2各自的导通范围对应的圆心角为10° ±5°，而导轨3所对应的圆心角为270° ±10°。为了方便与有限转角力矩电动机的转轴组件紧凑安装，作为一个实施例，陶瓷电路板I的中心位置设有一个通孔8，该通孔8的半径小于上述圆环的半径。如图5至图7中所示，两个定位块4设置在导轨3上。定位块4与导轨3之间可通过滑块形成滑动连接。定位块4上还设置有锁紧件，锁紧件用于限制定位块在绝缘电路板上的位置。在本实施例中，滑块与锁紧件为同一个部件，即锁紧螺栓9。定位块4与导轨3之间形成滑动连接的设置，是为了方便用户通过自己的需要来调整定位块4之间的夹角，进而扩大有限转角力矩电动机的适用范围。而将锁紧螺栓9即作为滑块又作为锁紧件的设置，是为了能够减少状态反馈开关上的部件数量，以此简化状态反馈开关的结构，进而降低 生产难度和生产成本。从图中可以看出定位块4本身设置有与导轨3形状一致的通槽，该通槽的设置是为了方便定位块4在导轨3上的调整。定位块4在陶瓷电路板I上调节位置的具体过程是用户根据需要对两个定位块4之间的夹角进行确定，定位块4能够移动的范围与导轨3所对应的圆心角相一致；在预定定位块4的位置后，放松锁紧螺栓9，通过锁紧螺栓9使定位块4沿导轨3的轨迹滑动至预定位置；定位块4到达预定位置后，旋紧锁紧螺栓9，使定位块4锁紧在导轨3上，锁紧程度以满足定位块4在陶瓷电路板I上的定位功能为准。由于在工作过程中为了实现定位，定位块4会受到来自外部的直接冲击，所以在定位块4调整到预定位置后，定位块4上的通槽中会填充上密封胶之类的物质，以此缓冲定位块4受到的冲击力，进而使得定位块4充分起到定位的效果。如图5至图8所示，电刷臂7的前端设置有电刷5，电刷5的刷头与导通带2接触；电刷臂7的末端设置有连接件，该连接件与陶瓷电路板I的中心位置相对应，连接件的设置是为了能够方便与外部转轴进行连接，该外部转轴即为有限转角力矩电动机的转轴组件。因为两个导通带2的外侧分别设置有一个定位块4，又因为电刷臂7尾端通过连接件与转轴组件相连，所以电刷5只能以陶瓷电路板I的中点为圆心，在两个定位块4之间(即两个导通带2之间)运动。为了更好地对电刷5以及有限转角力矩电动机进行限位，以确保有限转角的大小。同时，也是为了保护电刷臂7不会因为与定位块4快速撞击而受到损坏。作为一个实施例，电刷臂7的前端设置有挡块6，电刷5则设置在该挡块6上，电刷5的刷头仍然与导通带2相接触。由于电刷5在陶瓷电路板上两个导通带2之间运动时，陶瓷电路板I与电刷5的接触面会承受一定的摩擦损耗。为了能够减少陶瓷电路板I的磨损，进而延长状态反馈开关的使用寿命，所以在陶瓷电路板I的接触面上镀有耐磨材料层，该耐磨材料层为釉质层。通过对状态反馈开关进行了详细描述，现对设置该状态反馈开关的有限转角力矩电动机的结构做进一步的说明，具体如下参见图9，一种有限转角力矩电动机，包括机罩以及安装在机罩内部的机芯组件。机罩包括前壳体11、后壳体13以及后盖14。从图中可以看出，机罩包括两个空腔，即第一空腔和第二空腔，前壳体11与后壳体13之间形成第一空腔,后壳体13与后盖14之间形成第二空腔。机芯组件则包括转轴组件10、电磁感应组件以及状态反馈开关。转轴组件10包括转轴以及轴承。从图中可以看出，转轴组件10位于机罩的中心轴线上，并且贯穿前壳体11与后壳体13。转轴组件10与前壳体11、后壳体13之间分别设置有调节垫片17。调节垫片17的作用在于消除间隙以确保转轴组件10在机罩内的稳定性。转轴组件10的前段伸出前壳体11，用于连接被驱动装置实现动力的输出；转轴组件10的中段位于第一空腔内，电磁感应组件对应设置在该段转轴组件10所处的位置用于动力生成；转轴组件10的后段位于第二空腔内，用于设置状态反馈开关，状态反馈开关则是用于状态反馈的通断展示 ’转轴组件10的末端与后盖14之间留有一定间隔。转轴组件10穿过状态反馈开关中的陶瓷电路板I上的通孔8后，与电刷组件中电刷臂7末端的连接件连接。其中，陶瓷电路板10固定在后盖5的一个截面上，该截面垂直于转轴组件10。通孔8与转轴组件10之间留有间隙，也就是说转轴组件10在转动的过程 中，陶瓷电路板I并不与转轴组件10同步转动，而电刷臂7则通过转轴组件10带动电刷5进行转动，电刷5转动的轨迹为陶瓷电路板I上两个导通带2之间的圆环。有限转角力矩电动机的特点之一是能够自锁，对比现有技术中存在的自锁能力差等缺点，本发明在有限转角力矩电动机的上设置有回弹部件，以增强有限转角力矩电动机的自锁能力，同时为其增加自动复位能力。回弹部件的一端与机罩固定连接，另一端与电刷组件中的电刷臂7固定连接。回弹部件的设置只要能够满足以下条件即可电刷5与陶瓷电路板I上其中一个导通带2接触时，复位力最小；电刷5与陶瓷电路板I上另一个导通带接触时，复位力最大。同时，通过回弹部件自身的物理性能，能够为有限转角力矩电动机提供一定的自锁力矩。为了能够更好地提供自动复位能力，故复位部件采用以下的优选实施方案将扭簧16作为连接机罩与电刷组件的回弹部件。扭簧16套接于转轴组件10的后段，扭簧16的一端与后壳体13固定连接，另一端穿过陶瓷电路板I上的通孔8与电刷臂7固定连接。扭簧16带动电刷组件以及转轴自动复位的过程为(I)当有限转角力矩电动机断电时，设置在电刷臂7上的电刷5与陶瓷电路板I上的一个导通带2接触，定为初始位置，也就是图7中所标示的0°位置，此时扭簧16在整个工作过程中的复位力最小。(2)当有限转角力矩电动机通电时，通过转轴组件10的带动以及定位块4的定位，电刷臂7带动电刷5与另一个导通带2接触，定为工作位置，也就是图7中所标示的90°位置，此时扭簧16在整个工作过程中的复位力最大。(3)当有限转角力矩电动机再次断电时，转轴组件10撤力，扭簧16通过复位力的作用带动电刷臂7从工作位置复位到初始位置。由于电刷臂7与扭簧16连接，电刷臂7又与转轴组件10连接，所以当扭簧16带动电刷臂7回转时，转轴组件10也同样因为扭簧16的复位力得到自动复位。扭簧16是实现自动复位功能的关键零件。故采用圆柱螺旋旋转弹簧，材料则选用铬镍弹簧钢丝，高温时强度性能稳定，具有较高的疲劳极限、屈服点和足够的冲击韧度，进而使得电动机的自动复位稳定可靠。为了能够方便工作人员实时监控工作状态，所以在有限转角力矩电动机上设置了状态展示装置，该状态展示装置包括与状态反馈开关导线连接的声/光/电发生器，以及设置在转轴组件10末端位于第二空腔内的花盘15。其中，声/光/电发生器分别包括两种指示状态，这两种指示状态分别对应两个导通带2的工作状态。例如，如果采用红绿指示灯，当电刷5与初始位置的导通带2接触时，绿灯亮；当电刷5与工作位置的导通带2接触时，则红灯亮。而花盘的设置则是通过简单的机械转动，向工作人员明确的展示有限转角力矩电动机所处的工作状态。其具体结构设置如下花盘15的盘面与后盖14间隔相对，花盘15的盘面上间隔设置有两种状态标识，该状态标识分别为初始标识以及工作标识。后盖14上设有视窗，用于展示花盘15上所设置的状态标识。当电刷5与初始位置的导通带2接触时，初始标识转动到视窗处向工作人员展示电动机的初始状态；当电刷5与工作位置的导通带2接触时，工作标识转动到视窗处向工作人员展示电动机的工作状态。 通过对现有有限转角力矩电动机类型的分析可知，电动式的结构拥有驱动力矩大这一优点，但是仍然存在结构复杂，不利于生产企业制作加工的问题。主要是因为转子与静子上均设有线圈绕组，故相应的匹配参数繁多。本发明中对于这一问题也做了相应改进。具体方案为将电磁感应组件中的转子设置为附在转轴组件10上的稀土永磁铁18，而静子则设置为围绕在稀土永磁铁18外圆周的重叠的钢硅片19。在钢硅片19对应的机罩上固定线圈组件12以增加磁导率。这种设置不仅简化了有限转角力矩电动机的结构，方便生产企业的制作加工，同时还满足了用户对驱动力矩的需求，即在相同体积下通过稀土永磁铁18作为转子、叠加的钢硅片19作为静子的设置，能够显著增加本发明的驱动力。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种状态反馈开关，其特征在于，包括绝缘电路板、限位构件以及电刷组件，所述绝缘电路板上设有两个导通带，所述两个导通带位于以绝缘电路板中心为圆点的一个圆环上，两个导通带之间对应的圆心角为90° ±10°，导通带各自导通范围对应的圆心角为10° ±5° ;所述两个导通带的外侧设有限位构件；所述电刷组件包括电刷和电刷臂，电刷臂的前端设置有电刷，电刷的刷头与导通带接触，电刷臂的末端设置有连接件，该连接件与所述绝缘电路板中心的位置相对应，连接件用于连接外部转轴，电刷臂通过外部转轴的带动以及限位构件的限位，使电刷在两个导通带之间运动实现开关导通。
2.如权利要求I所述的状态反馈开关，其特征在于，所述限位构件包括两个定位块，所述两个导通带外侧的绝缘电路板上设置有导轨，该导轨与导通带位于同一个圆环上，导轨的圆心夹角为270° ±10°，所述两个定位块分别通过滑块与导轨连接，所述定位块上设有锁紧件，锁紧件用于限制定位块在绝缘电路板上的位置。
3.如权利要求I所述的状态反馈开关，其特征在于，所述绝缘电路板为陶瓷电路板，该陶瓷电路板与电刷的接触面上镀有耐磨材料层。
4.如权利要求I所述的状态反馈开关，其特征在于，所述电刷臂上设置有挡块，所述电刷设置在挡块上。
5.一种有限转角力矩电动机，包括机罩以及安装在机罩内部的机芯组件，所述机罩包括前壳体、后壳体以及后盖，前壳体与后壳体之间形成第一空腔，后壳体与后盖之间形成第二空腔，其特征在于，所述机芯组件包括转轴组件、电磁感应组件以及如权利要求1-4中任一项所述的状态反馈开关；所述转轴组件位于机罩的中心轴线上并贯穿前壳体与后壳体；所述电磁感应组件对应设置在第一空腔内转轴组件的位置上，用于动力生成；所述状态反馈开关设置在第二空腔内的转轴组件上，用于反馈工作状态；所述状态反馈开关中的绝缘电路板固定在第二空腔内的一个截面上，该截面与转轴组件垂直，转轴组件通过设置在电刷臂末端的连接件与电刷臂连接，转轴组件通过电刷臂带动电刷在绝缘电路板上的两个导通带之间运动；所述两个导通带分别通过导线外接有状态指示装置。
6.如权利要求5所述的有限转角力矩电动机，其特征在于，所述机罩与电刷组件之间连接有回弹部件，回弹部件的一端与机罩固定连接，另一端与电刷臂固定连接；电刷与绝缘电路板上的一个导通带接触时，回弹部件的复位力最小；电刷与绝缘电路板上的另一个导通带接触时，回弹部件的复位力最大。
7.如权利要求6所述的有限转角力矩电动机，其特征在于，所述弹性复位部件为扭簧，扭簧套接于转轴组件上，扭簧的一端与所述后壳体固定连接，另一端与电刷臂固定连接。
8.如权利要求5所述的有限转角力矩电动机，其特征在于，所述转轴组件上设置有花盘，该花盘位于转轴组件的末端，花盘的盘面与后盖相对并留有间隙，所述花盘的盘面上间隔设置有两种状态标识，一种状态标识对应一个导通带与电刷接触时的状态，所述后盖上设有视窗，该视窗用于展示电刷接触导通带时花盘上对应的状态标识。
9.如权利要求5所述的有限转角力矩电动机，其特征在于，所述状态指示装置为声/光/电发生器，所述电刷与两个导通带分别接触导通时，状态指示装置展示两种状态指示。
10.如权利要求5所述的有限转角力矩电动机，其特征在于，所述电磁感应组件包括转子和静子，所述转子为附在转轴组件上的稀土永磁铁，所述静子为固定在前、后壳体之间并围绕在稀土永磁铁外圆周相互重叠的钢硅片。
全文摘要
本发明公开一种状态反馈开关，包括绝缘电路板、限位构件以及电刷组件，绝缘电路板上设有两个具有一定导通范围的导通带，两个导通带的外侧设有限位构件，电刷组件中的电刷臂前端设有电刷，电刷位于限位构件之间，并与导通带接触，电刷臂的尾端对应绝缘电路板的中心位置用于与外部转轴连接；一种有限转角力矩电动机的机芯组件中包括有设置在转轴组件后段的状态反馈开关，状态反馈开关中的两个导通带外接有状态指示装置。与现有技术相比，状态反馈开关中设置的导通带以及限位构件，能够使电刷在预设的有限转角范围内转动，不仅增加了导通范围，同时还通过状态指示装置为有限转角力矩电动机提供了可靠的状态反馈信号，进而确保了电动机的工作安全。
文档编号H02K13/00GK102723816SQ201210196600
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者彭在雄, 易坤明, 邹辉 申请人:四川新川航空仪器有限责任公司