CN112713719A - 一种伺服减速电机圈数记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服减速电机圈数记录装置，所述电机本体尾端的转子上设有齿轮副组件，所述齿轮副组件包括第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮位于所述第一齿轮的一侧，且所述第一齿轮和第二齿轮啮合连接，所述第一齿轮和第二齿轮内置磁铁，所述外壳内安装有电路板，所述电路板面向所述磁铁相对处的板面上安装有磁感应器，所述磁感应器用于检测齿轮副组件的转动变化；发明的目的在于提供一种在紧凑的电机空间内融入磁性传感器单元，不需要电池记录，可直接计算电机转子的圈数和旋转角度的伺服减速电机圈数记录装置。

Description

一种伺服减速电机圈数记录装置

技术领域

本发明涉及伺服减速电机领域，具体指一种伺服减速电机圈数记录装置。

背景技术

伺服减速电机是由电机、减速机和驱动电路组成。常规的单电机直驱已经无法满足市场对高精度、高智能化的需求。由于单电机输出特性为高转速低扭矩，多数场合是无法直接使用，需要减速机降低转速提高扭矩来使用。常见的减速机有行星减速机、谐波减速机、RV减速机等。配合传感器一起使用，可实时监控电机输出的转速和角度，为电机智能化控制提供支持。电机、减速机、传感器一体化是市场主流趋势。传感器有外置型和内置型，外置传感器即在电机外部安装传感器，一般在电机输出轴的首端，但电机驱动电路在电机尾端，走线不便，往往结构变得复杂，需要客户投入较大开发、调试和材料等成本。内置传感器即在电机内部设置传感器，为市场主流方向。

由于伺服减速电机安装有减速机的缘故，伺服减速电机的输出轴实际为减速机的输出轴而非电机转子，电机转子的转速和角度已经不能直接反映出伺服减速电机输出轴的转速和角度。市场现有的内置传感器方案常在电机尾端设置传感器直接测量电机转子的转速、角度和记录电机转子的圈数，配合算法计算出输出轴的转速和角度。该方案需要持续为传感器供电，实时检测和记录电机转动角度和圈数，由内置电池保持不间断供电，但电池保存时间有限，使用环境也受到限制；若传感器断电，受外力作用输出轴转动、电机转子也跟随转动，而传感器无法记录电机转子的圈数，再次通电后芯片计算出来的输出轴角度与实际不符。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在紧凑的电机空间内融入磁性传感器单元，不需要电池记录，可长期保存电机转子的圈数和旋转角度的伺服减速电机圈数记录装置。

为了解决背景技术中的现有问题，本发明提供如下技术方案：一种伺服减速电机圈数记录装置，包括电机本体，所述电机本体包括外壳、位于外壳内的定子和位于定子内的转子，所述电机本体与减速机相连接，所述减速机包括减速机外壳、减速机齿轮组和减速机输出轴，电机本体尾端的转子上设有齿轮副组件，齿轮副组件包括第一齿轮和第二齿轮，第二齿轮位于第一齿轮的一侧，且第一齿轮和第二齿轮啮合连接，第一齿轮和第二齿轮内置磁铁，外壳内安装有电路板，电路板面向磁铁相对处的板面上安装有磁感应器，磁感应器用于检测齿轮副组件的转动变化。

根据上述技术方案，第一齿轮套设在电机尾端的转子上，第二齿轮位于第一齿轮的右侧并且和第一齿轮啮合连接，第一齿轮和第二齿轮的中心均内嵌磁铁，外壳尾端与电路板固定连接，电路板上对应第一齿轮和第二齿轮中心内的磁铁处均安装有磁感应器，磁感应器通过电子焊接在电路板上；电机开启，转子带动第一齿轮转动，第一齿轮转动从而带动第二齿轮转动；在持续运转中，可通过磁感应器检测出第一齿轮内嵌的磁铁的转动圈数、转速和转动角度计算出输出轴的转速和角度，也可以通过磁感应器检测出的第二齿轮内嵌的磁铁的转动圈数和角度计算出第一齿轮的圈数、角度和输出轴的圈数、角度；在电机断电后再重启，通过磁感应器检测出的第二齿轮内嵌的磁铁的角度计算出第一齿轮的圈数，再计算出电机输出轴当前的角度。由于输出轴、第一齿轮、第二齿轮通过齿轮啮合，始终处于联动状态，当断电时输出轴受外力作用角度发生变化，第一齿轮和第二齿轮的角度也跟随变化，第一齿轮可能发生整圈或数圈的转动，第二齿轮转动后的角度反映了第一齿轮的圈数。第一齿轮与电机转子直连，转速和角度也与电机转子同步，电机输出轴为减速机的输出轴，所以电机输出轴的转速和角度为转子的转速和角度除以速比。第一齿轮与电机转子直连，产生的是高速转动，所转动的角度往往超过360度，角度值是第一齿轮的角度+360*第一齿轮的圈数，传感器只能检测到360度以内的角度，需要第二齿轮的角度数据计算第一齿轮的总角度。

优选的，第二齿轮的齿数为n个，第一齿轮的齿数为n+1个。

根据上述技术方案，第一齿轮比第二齿轮多1个齿，当第一齿轮转动1圈，第二齿轮转动1圈再多转1个齿的角度，当第一齿轮转2圈，第二齿轮转动2圈加2个齿的角度，同理，当第一齿轮转3圈，第二齿轮转动3圈加3个齿的角度。传感器检测到第二齿轮的角度可以计算出第一齿轮的圈数。第二齿轮的齿数与减速机的速比相同，每一个齿的角度等于360/速比，当第一齿轮转动一圈，减速机输出轴转动角度为360/速比。第二齿轮的角度位置与减速机输出轴相同；第二齿轮的齿数为n个，第一齿轮的齿数比第二齿轮的齿数大1个，当第一齿轮转1圈时，第二齿轮转1+1/n圈，第二齿轮的角度位置为1/n，当第一齿轮转m圈时，第二齿轮转m+m/n圈，第二齿轮的角度位置为m/n，由于齿轮旋转时的状态是周而复始的转圈，磁感应器断电后光从第一齿轮的角度位置是判断不出来第一齿轮的精确圈数，需要第二齿轮的位置角度辅助得出第一齿轮的准确圈数，例如，当第一齿轮的齿数为50，则第二齿轮的额齿数为49，当断电后停下来的第一齿轮的旋转角度位置是第5个齿数的角度，当断电后停下来的第二齿轮的旋转角度位置是第4个齿数的角度，则第一齿轮的圈数为4圈，第一齿轮的旋转总角度等于4圈的角度加上第一齿轮停下时第5个齿数的角度；第一齿轮的齿数比第二齿轮的齿数大一个，是为了方便计算第一齿轮的圈数，如果第一齿轮的齿数比第二齿轮的齿数大更多的数字，根据第二齿轮的旋转角度位置换算第一齿轮的圈数变得复杂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在紧凑的电机空间内融入磁性传感器单元，不需要电池记录，可直接计算电机转子的圈数和旋转角度；当磁感应器断电时，磁感应器感应第一齿轮和第二齿轮的转动圈数和转速的数据丢失，可以通过查看机壳尾端的第一齿轮和第二齿轮的角度位置得出第一齿轮的圈数，然后再根据第一齿轮的旋转角度和圈数来计算电机转子的旋转角度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

在附图中：

图1是本发明电机本体剖切面图；

图2是本发明齿轮副组件结构示意图。

图中标号：1、减速机；2、第一齿轮；3、第二齿轮；4、磁铁；5、磁感应器；6、电机本体；7、电机输出轴；8、电路板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示，一种伺服减速电机圈数记录装置，包括电机本体8，所述电机本体6包括外壳、位于外壳内的定子和位于定子内的转子，电机本体6与减速机连接，减速机1包括减速机外壳、减速机齿轮组和减速机输出轴7，第一齿轮2套设在电机尾端的转子上，第二齿轮3位于第一齿轮2的右侧并且和第一齿轮2啮合连接，第一齿轮2和第二齿轮3的中心均内嵌磁铁4，外壳1尾端与电路板6固定连接，电路板8上对应第一齿轮2和第二齿轮3中心内的磁铁4处均安装有磁感应器5，磁感应器5通过电子焊接在电路板8上；电机开启，转子带动第一齿轮2转动，第一齿轮2转动从而带动第二齿轮3转动，磁感应器5通过感应第一齿轮2内嵌的磁铁4检测出第一齿轮2的转动圈数、转速和转动角度，从而得出电机输出轴的转动圈数和转速，磁感应器5通过感应第二齿轮3内嵌的磁铁4检测出第二齿轮3的转动圈数、转速和转动角度；磁感应器为角度传感器，角度传感器可以采用磁编码器或光编码器中的一种。

如图2所示，所以减速机输出轴7的旋转角度是(第一齿轮2的角度+360*第一齿轮2的圈数)/速比计算出来的，第一齿轮2的角度指的是第一齿轮2停下时的角度位置，第一齿轮2的角度位置的区间为0到360度；根据磁感应器5停电重启后，检测第二齿轮3的角度位置得到第一齿轮2的圈数，得知第一齿轮2的角度、第一齿轮2的圈数和速比就可计算出减速机输出轴7的旋转角度，从而得知当时减速机输出轴7所连接的机械停电时的运动位置；第一齿轮是50齿数的齿轮，第二齿轮是49齿轮的齿数，当断电后的第一齿轮2的旋转角度位置是第5个齿数的角度，当断电后第二齿轮3的旋转角度位置是第4个齿数的角度，可以得出第一齿轮2的圈数则为4+1/10圈，第一齿轮2的角度为360度/第一齿轮2的齿数*5等于36度，根据减速机输出轴7的旋转角度是(第一齿轮2的角度+360*第一齿轮2的圈数)/速比，所以减速机输出轴7的旋转角度保留两位小数点约等于30.12度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (2)

1.一种伺服减速电机圈数记录装置，包括电机本体(6)，所述电机本体(6)包括外壳、位于外壳内的定子和位于定子内的转子，所述电机本体(6)与减速机(1)相连接，所述减速机(1)包括减速机外壳、减速机齿轮组和减速机输出轴(7)，其特征在于，所述电机本体(6)尾端的转子上设有齿轮副组件，所述齿轮副组件包括第一齿轮(2)和第二齿轮(3)，所述第二齿轮(3)位于所述第一齿轮(2)的一侧，且所述第一齿轮(2)和第二齿轮(3)啮合连接，所述第一齿轮(2)和第二齿轮(3)内置磁铁(4)，所述外壳内安装有电路板(8)，所述电路板(8)面向所述磁铁(4)相对处的板面上安装有磁感应器(5)，所述磁感应器(5)用于检测齿轮副组件的转动变化。

2.根据权利要求1所述的一种伺服减速电机圈数记录装置，其特征在于，第二齿轮(3)的齿数与减速机速比数相同，第二齿轮(3)的齿数为n个，第一齿轮(2)的齿数为n+1个。

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