专利名称：超微小型锁定式数字伺服机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种小型数字伺服机，尤其是一种从航模领域发展起来的结构紧凑、转动灵敏的小型数字伺服机，具体地说是一种超微小型锁定式数字伺服机。
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航空航海模型中，并在工业自动化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控制精度差，体积较大，重量大，不能适应小型化和轻型化的需要。
发明内容本实用新型的目的是针对现有的伺服机体积大、重量重，不能适应小型化需要的问题，设计一种重量可控制在3克以下的超微小型锁定式数字伺服机。本实用新型的技术方案是一种超微小型锁定式数字伺服机，它包括上盖10、中盖20、下盖30、电路板304、电机301和电位器302，上盖10、中盖20、下盖30通过连接螺钉相连，其特征是所述的电路板 304上设有四个MOSFET集成电路，该电路板304安装在下盖30中并与空心的无核心自锁定电机301及电位器302电气相连，所述的空心的无核心自锁定电机301和电位器302安装在中盖20的下底面上并位于中盖20和下盖30围成的空间中，空心的无核心自锁定电机 301的穿过中盖20的输出轴端上安装有电机齿轮101，在上盖10和中盖20所围成的空间中安装有减速齿轮组1，减速齿轮组1的一级双联减速齿轮102与电机齿轮101相啮合，减速齿轮组1的未级双联输出齿轮106安装在电位器驱动轴303的上端上，双联输出齿轮106 的小齿轮伸出上盖10，电位器驱动轴303的下端穿过中盖20后插入电位器302中。所述的减速齿轮组1由一级POM双联减速齿轮102、二级POM双联减速齿轮103、三级POM双联减速齿轮105、四级POM双联减速齿轮104和POM双联输出齿轮106组成，一级 POM双联减整齿轮102套装在一级齿轮轴107上，二级POM双联减速齿轮103和四级POM双联减速齿轮104间隔套装在二级齿轮轴108上，三级POM双联减速齿轮105套装在电位器驱动轴303上并位于POM双联输出齿轮106的下部，一级齿轮轴107和二级齿轮轴108固定在上盖10和中盖20之间，一级POM双联减速齿轮102中的大齿轮与电机齿轮101相啮合，一级POM双联减速齿轮102中的POM小齿轮与二级POM双联减速齿轮103中的POM大齿轮相啮合，二级POM双联减速齿轮103中的POM小齿轮与三级POM双联减速齿轮105中的POM大齿轮相啮合，三级POM双联减速齿轮105中的POM小齿轮与四级POM双联减速齿轮104中的POM大齿轮相啮合，四级POM双联减速齿轮104中的POM小齿轮与POM双联输出齿轮106中的POM大齿轮相啮合，POM双联输出齿轮106中的POM小齿轮作为整个减速齿轮组1的输出与电位器驱动轴303相连。本实用新型的有益效果本实用新型具有结构简单，重量轻，由于壳体(上、中、下盖)采用透明ABS材料注塑成型，齿轮采用POM齿轮，伺服电机采用空心的无核心电机，因此整机重量可控制在3克以下，大大扩大了其应用范围，为航模及工业控制提供了一种重量轻、体积小的工业控制产品。本实用新型的齿轮减速机构设计合理，降速比大，无噪音，通过电位器控制转动角度准确可靠。本实用新型的伺服机采用了由4个MOSFET集成的驱动电路，使得此款数字伺服机电路能够在很小的体积下依然具有优秀的电机驱动能力，与同等规格的模拟伺服机相比， 伺服机能够通过MOSFET获得比以往更大的电流和电压，提升伺服机的速度和扭矩；而与同等规格的数字伺服机相比，则具备了更好的电机驱动特性和更紧凑的电路布局，使得定位更准确、体积更小巧。本实用新型的数字伺服机都具有一个十分有用的功能。它们都能够实现将伺服机电机置于锁定式状态，这使得伺服机在定位后，摆臂的锁定力矩更大，几乎不会随便移位， 自然也不会出现其他数字伺服机特有的定位后依然“吱吱”响的现象。当然如果位置偏离了，还是需要电机通电复位的，锁定式功能仅限于保持位置，而不是用来进行位置定位。值得一提的是，伺服机的锁定式功能即使在伺服机无通电的情况下也能保持。这就是说，当此系列伺服机断电后，伺服机机的摆臂不再是可以随意扭动的，而是会保持在断电时的位置上。自然的，没有电，伺服机电机不会自己转动，摆臂虽然具有保持力，但受外力转动后，还是会偏移位置的。如果用手去扭，会明显的感觉到有很大的阻力，这就是锁定式功能的表现。但是此时用手去扭摆臂，会对齿轮的结构造成无法估量的损伤。锁定式功能是十分有用的。它为伺服机提供了一个在有电或无电情况下依然保持位置的可能。对于伺服机本身，省去了为保持摆臂位置而不停通电的需要，这样即保护了驱动电路，又节省了一定的电能消耗；对于航模，它可以保证舵面在任何时候都保持在需要的位置，不受外力的干扰；对于机器人，它可以使机器人在断电后依然保持原本的姿态，不再变的像“面条” 一样软弱无力。
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。一种超微小型锁定式数字伺服机，包括上盖10、中盖20、下盖30、电路板304、电机301和电位器302，其中电路板304可采用现有教科书中类似的电路加以实现，其主要作用是接收控制信号，同时将电位器电阻的变化转换成电位器转轴的转动角度，并给伺服电机发出相应的控制信号，本实施例的电路板304上共设计有四个MOSFET集成电路，这种电路结构能够在很小的体积下依然具有优秀的电机驱动能力，与同等规格的模拟伺服机相比， 伺服机能够通过MOSFET获得比以往更大的电流和电压，提升伺服机的速度和扭矩；而与同等规格的数字伺服机相比，则具备了更好的电机驱动特性和更紧凑的电路布局，使得定位更准确、体积更小巧。所述的上盖10、中盖20和下盖30均可采用透明ABS塑料注塑成形， 通过连接螺钉(设置在上盖和下盖的安装柱和设置在中盖的安装孔)相连。所述的电机301 可无核心自锁定电机(以下简称电机301)，电路板304安装在下盖30中并与电机301和电位器302电气相连，电机301和电位器302安装在中盖20的下底面上并位于中盖20和下盖 30围成的空间中，电机301的穿过中盖20的输出轴端上安装有电机齿轮101，在上盖10和中盖20所围成的空间中安装有减速齿轮组1。减速齿轮组1的一级POM (即聚丙烯注塑齿轮)双联减速齿轮102与电机齿轮101相啮合，减速齿轮组1的未级POM双联输出齿轮106 安装在电位器驱动轴303的上端上，POM双联输出齿轮106的POM小齿轮与电位器驱动轴 303固定相连并伸出上盖10，电位器驱动轴303的下端穿过中盖20后插入电位器302中。 所述的减速齿轮组1由一级POM双联减速齿轮102、二级POM双联减速齿轮103、三级POM 双联减速齿轮105、四级POM双联减速齿轮104和POM双联输出齿轮106组成，一级POM双联减整齿轮102套装在一级齿轮轴107上，二级POM双联减速齿轮103和四级POM双联减速齿轮104间隔套装在二级齿轮轴108上，三级POM双联减速齿轮105套装在电位器驱动轴303上并位于POM双联输出齿轮106的下部，一级齿轮轴107和二级齿轮轴108固定在上盖10和中盖20之间，一级POM双联减速齿轮102中的POM大齿轮与电机齿轮101相啮合，一级POM双联减速齿轮102中的POM小齿轮与二级POM双联减速齿轮103中的POM大齿轮相啮合，二级POM双联减速齿轮103中的POM小齿轮与三级POM双联减速齿轮105中的POM大齿轮相啮合，三级POM双联减速齿轮105中的POM小齿轮与四级POM双联减速齿轮104中的POM大齿轮相啮合，四级POM双联减速齿轮104中的POM小齿轮与POM双联输出齿轮106中的POM大齿轮相啮合，POM双联输出齿轮106中的POM小齿轮作为整个减速齿轮组1的输出与电位器驱动轴303相连。本实用新型在组装时，应先将电机301的电机轴向上穿过中盖20，电机齿轮101安装在电机轴的上端，电机齿轮101与一级POM双联减速齿轮102啮合，二级POM双联减速齿轮103与四级POM双联减速齿轮104通过一根不锈钢圆柱连接固定在中盖20上，四级POM 双联变速齿轮104位于二级POM双联减速齿轮103的上方，三级POM双联减速齿轮105和 POM双联输出齿轮106通过下端为十字柱的电位器驱动轴303与电位器302连接在一起， POM双联输出齿轮106位于三级POM双联减速齿轮105的上方，上述POM齿轮通过互相之间的啮合，使得整个变速组齿轮紧密结合在一起。本实用新型的工作原理是由外部信号发出讯号给本实用新型的伺服机，经由电路板304上的IC判断转动方向，再驱动无核心伺服301开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由电位器302 送回讯号，判断是否已经到达定位。电位器其实就是可变电阻，当伺服机转动时电阻值也会随之改变，藉由电位器电阻值便可知转动的角度。无核心电机301是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体， 所需的作用力也愈大。伺服机为求转速快、耗电小，於是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的五极中空转子，并将磁铁置於圆柱体内，这就是空心杯伺服电机。 同时为了使伺服机转动时更精确，在双联输出齿轮106上可增加轴承(图中没有标识)，它能够更有效的减小伺服机转动时的摩擦阻力，使伺服机转动更灵活精确。由于本实用新型涉及的是一种微小型锁定式数字伺服机，微小型伺服机主要解决轻小问题。因此相关材料的选择就尤为关键。首先外壳(由上盖、中盖、下盖三部分组成)材质应选用超轻量的透明半透明ABS材料，以有效的降低外壳的重量，减速组齿轮可选用POM 齿轮，同时选用轻量的三绕组空心杯电机，电路板选取超薄型的单片机电路板，它能够将所有元器件集中在一块电路板上，避免增加额外的元器件，增加伺服机的重量。通过上述的材料的选择，可使整个伺服机的重量控制在3g以内。综上所述，本实用新型通过上述实施例和相关图式说明，已经详细具体的揭露了相关技术，使本领域的从业技术人员可以据以实施。而上述的实施例只是用来说明本实用新型，而不是用来限制本实用新型专利的，本实用新型专利的权利范围应由本实用新型专利的权利要求来界定。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权利范围内。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1.一种超微小型锁定式数字伺服机，它包括上盖(10)、中盖(20)、下盖(30)、电路板 (304),电机(301)和电位器(302)，上盖(10)、中盖(20)、下盖(30)通过连接螺钉相连，其特征是所述的电路板(304)上设有四个MOSFET集成电路，该电路板(304)安装在下盖(30 )中并与空心的无核心自锁定电机(301)及电位器(302)电气相连，所述的空心的无核心自锁定电机(301)和电位器(302)安装在中盖(20)的下底面上并位于中盖(20)和下盖(30)围成的空间中，空心的无核心自锁定电机(301)的穿过中盖(20)的输出轴端上安装有电机齿轮(101)，在上盖(10)和中盖(20)所围成的空间中安装有减速齿轮组(1)，减速齿轮组(1) 的一级双联减速齿轮(102)与电机齿轮(101)相啮合，减速齿轮组(1)的未级双联输出齿轮 (106)安装在电位器驱动轴(303)的上端上，双联输出齿轮(106)的小齿轮伸出上盖(10)， 电位器驱动轴(303)的下端穿过中盖(20)后插入电位器(302)中。
2.根据权利要求1所述的超微小型锁定式数字伺服机，其特征是所述的减速齿轮组 (1)由一级POM双联减速齿轮(102 )、二级POM双联减速齿轮(103 )、三级POM双联减速齿轮 (105)、四级POM双联减速齿轮(104)和POM双联输出齿轮(106)组成，一级POM双联减整齿轮(102 )套装在一级齿轮轴(107 )上，二级POM双联减速齿轮(103 )和四级POM双联减速齿轮(104)间隔套装在二级齿轮轴(108)上，三级POM双联减速齿轮(105)套装在电位器驱动轴(303)上并位于POM双联输出齿轮(106)的下部，一级齿轮轴(107)和二级齿轮轴 (108)固定在上盖(10)和中盖(20)之间，一级POM双联减速齿轮(102)中的大齿轮与电机齿轮(101)相啮合，一级POM双联减速齿轮(102)中的POM小齿轮与二级POM双联减速齿轮(103)中的POM大齿轮相啮合，二级POM双联减速齿轮(103)中的POM小齿轮与三级POM 双联减速齿轮(105)中的POM大齿轮相啮合，三级POM双联减速齿轮(105)中的POM小齿轮与四级POM双联减速齿轮(104 )中的POM大齿轮相啮合，四级POM双联减速齿轮(104 )中的 POM小齿轮与POM双联输出齿轮(106 )中的POM大齿轮相啮合，POM双联输出齿轮(106 )中的POM小齿轮作为整个减速齿轮组(1)的输出与电位器驱动轴(303)相连。
专利摘要一种超微小型锁定式数字伺服机，它包括上盖(10)、中盖(20)、下盖(30)、电路板(304)、电机(301)和电位器(302)，其特征是所述的电路板(304)上设有四个MOSFET集成电路，该电路板(304)安装在下盖(30)中并与空心的无核心自锁定电机(301)及电位器(302)电气相连，所述的空心的无核心自锁定电机(301)和电位器(302)安装在中盖(20)的下底面上，空心的无核心自锁定电机(301)的穿过中盖(20)的输出轴端上安装有电机齿轮(101)，在上盖(10)和中盖(20)所围成的空间中安装有减速齿轮组(1)。本实用新型体积小，定位准确可靠。
文档编号H02K7/116GK202009301SQ20112005747
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3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