CN207603395U - 致动器模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种致动器模块，其包含马达、减速机及角度感测组件。马达包含定子、转子、输入轴及编码器，转子利用与定子间的磁场交互作用而带动输入轴同步旋转，编码器用以检测输入轴在单圈内的旋转角度；减速机设置于马达的第一侧上并与输入轴组接，且包含可旋转的输出部，减速机依据减速比使输出部对应于输入轴的旋转速度而减速旋转；角度感测组件包含由齿轮组件及角度感测器，齿轮组件啮合于输出部的啮合部上而被输出部带动进行转动，且齿轮组件与啮合部之间具有齿数比，角度感测器设置于齿轮上，用以检测齿轮组件的总旋转角度。

Description

致动器模块

技术领域

本实用新型涉及一种致动器模块，尤其涉及一种具有减速机及马达，且可断电纪录减速机的输出部的总旋转角度.进而得到马达的输入轴的总旋转角度，由此搭配马达的编码器来获得输出部的多圈绝对位置的致动器模块。

背景技术

一般而言，马达包含高转速而扭力小的特性，因此不易驱动大型的负载，故当马达欲使用于推动重物时，便须利用减速机来进行减速，由此提高扭力，故目前有部分业者是考虑将马达与减速机组合成致动器模块来使用。

为了监控马达及减速机的运作，以进行对应的控制，便须对马达用来提供动力的输入轴进行旋转角的检测，同时对减速机的可旋转的输出部的多圈绝对位置进行检测。然而在现有技术中，皆仅公开用编码器来对为单一结构的马达的输入轴进行旋转角的检测进行监控，并未对减速机的输出部的多圈绝对位置进行检测的相关技术。即便可尝试于致动器模块中再额外设置另一编码器来直接对减速机的输出部的多圈绝对位置进行检测，却又面临到许多问题。首先，为了直接检测减速机的输出部的多圈绝对位置，所额外设置的编码器的解析度需要较高，然该编码器的成本亦相对较高，导致致动器模块的生产成本提高。再者，具直接检测多圈绝对位置功能的编码器通常不具有断电纪录功能，换言之，即这种编码器在使用上必须再额外挂载电池，因此若利用这种编码器来直接检测减速机的输出部的多圈绝对位置，将使得致动器模块在使用上便利性甚为不佳，生产成本又相对提高。

因此，如何发展一种可改善上述现有技术缺陷的致动器模块，实为相关技术领域者目前所迫切需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种致动器模块，其通过包含齿轮组件及角度感测器的角度感测组件来检测减速机的输出部的总旋转角度，并利用马达的编码器来检马达的输入轴在单圈内的旋转角度，进而便可依据角度感测组件及编码器的感测结果来获得减速机的输出部的多圈绝对位置，使得本实用新型的致动器模块可达到断电纪录功能、生产成本减少及便利性佳的功效。

为达上述目的，本实用新型的一较广义实施方式为提供一种致动器模块，其包含马达、减速机及角度感测组件。马达包含定子、转子、输入轴及编码器，转子是利用与定子间的磁场交互作用而带动输入轴同步旋转，编码器与输入轴相邻设，用以检测输入轴在单圈内的旋转角度；减速机设置于马达的第一侧上并与输入轴组接，且包含可旋转的输出部，减速机依据减速比使输出部对应于输入轴的旋转速度而减速旋转；角度感测组件包含由至少一齿轮所构成的齿轮组件及至少一角度感测器，齿轮组件啮合于输出部的啮合部上而被输出部带动进行转动，且齿轮组件与啮合部之间具有齿数比，使齿轮组件的转速依据齿数比而相对于输出部的转速进行减速，角度感测器设置于齿轮上，用以检测齿轮组件的总旋转角度。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该编码器由一单圈绝对编码器或一单圈增量型编码器所构成。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该定子位于该马达的相对外侧，该转子位于该马达的相对内侧，且与该输入轴相组接。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该角度感测器由一光学编码器、一磁式编码器或一韦根感测器所构成。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该输出部包含一输出轴，由该输出部延伸而出，且与该输出部同步转动，该输入轴包含一中空结构，与该输出轴的位置相对应，用以于该减速机设置于该第一侧上时，供该输出轴穿设，其中该输出轴穿设并容置该中空结构时，该输出轴的一第一端部突出于该第一侧，该输出轴的一第二端部突出于与该第一侧相对的该马达的一第二侧。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该角度感测组件与该第二侧相邻设，而该啮合部形成于该输出轴的该第二端部上。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该角度感测组件与该第一侧相邻设，而该啮合部形成于该输出部上。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该齿轮的个数为多个，且多个该齿轮中至少一个该齿轮啮合于该输出部上，而其余每一该齿轮啮合于其它对应的该齿轮上，且该齿数比对应于多个该齿轮的齿数关系。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该角度感测器具有多个，且每一该角度感测器设置于对应的该齿轮上。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该角度感测器具有多个，且每一该角度感测器设置于对应的该齿轮上。

根据本实用新型的一种示例性实施例，该齿轮的个数为一个，且该齿轮啮合于该输出部上，而该齿数比是对应于该齿轮的齿数。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型提供的致动器模块，该致动器模块包含马达及减速机，且减速机的输出部设置有角度感测组件，由此利用角度感测组件来获得马达的输入轴的总旋转圈数，并利用马达的编码器所获得的单圈内的旋转角度，来得到输入轴的多圈绝对位置，进而可推得减速机的输出部的多圈绝对位置，故本实用新型的致动器模块可达到断电纪录输出部的多圈绝对位置及实用度较佳及生产成本亦较低的功效。

附图说明

图1为本实用新型第一较佳实施例的致动器模块的结构概念示意图。

图2为图1所示的致动器模块的实际结构剖面示意图。

图3为图2所示的致动器模块的立体结构侧视示意图。

图4为图3所示的致动器模块的另一变化例的立体结构侧视示意图。

图5为图1所示的致动器模块的再一变化例的结构概念示意图。

附图标记如下：

1：致动器模块

2：马达

20：定子

21：转子

22：输入轴

23：编码器

3：减速机

30：输出部

300：啮合部

301：输出轴

4：角度感测组件

40：齿轮组件

400：齿轮

41：角度感测器

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上当作说明之用，而非架构于限制本实用新型。

请参阅图1、图2以及图3，其中图1为本实用新型第一较佳实施例的致动器模块的结构概念示意图，图2为图1所示的致动器模块的实际结构剖面示意图，图3为图2所示的致动器模块的实际结构侧视示意图。如图1-图3所示，本实施例的致动器模块1可应用于各种机械装置中，较佳为应用在机器人装置中，例如设置于机器人装置的机器手臂的关节处。致动器模块1包含马达2、减速机3及角度感测组件4。

马达2是属于致动器模块1的入力侧，且包含定子20、转子21、输入轴22及编码器23。定子20位于马达2的相对外侧，且可包含线圈(未图示)。转子21位于马达2的相对内侧，亦即位于定子20内，且转子21与输入轴22相组接，并可包含磁铁(未图示)，转子21利用与定子20间的磁场交互作用而进行旋转，进而带动输入轴22同步旋转。编码器23与输入轴22相邻设，用以检测输入轴22在单圈内的旋转角度。

于一些实施例中，编码器23可为但不限于由单圈绝对编码器或单圈增量型编码器等所构成。此外，编码器23可组接于输入轴22上，或是与输入轴22相间隔设置。

减速机3是属于致动器模块1的出力侧，且设置于马达2的第一侧上，并与输入轴22相组接，此外，减速机3还包含可旋转的输出部30，减速机3是依据一减速比使输出部30对应于输入轴22的旋转速度而减速旋转。另外，输出部30还包含具有齿部的啮合部300(如图3所示)。

于一些实施例中，如图1及图2所示，输出部30还包含输出轴301，由输出部30延伸而出，故输出轴301与输出部30同步转动。此外，输入轴22包含中空结构，是与输出轴301的位置相对应，用以于减速机3设置于马达的第一侧上时，供输出轴301穿设，其中当输出轴301穿设并容置于输入轴22的中空结构时，输出轴301的第一端部突出于马达的第一侧，输出轴301的第二端部突出于与第一侧相对的马达2的第二侧。再者，啮合部300实际上可形成于输出轴301的第二端部上，但不以此为限。

角度感测组件4包含由至少一齿轮400(如图3所示)所构成的齿轮组件40及至少一角度感测器41。齿轮组件40啮合于输出部30的啮合部300上而被输出部30带动进行转动，且齿轮组件40与啮合部300之间具有齿数比，使齿轮组件40的转速依据齿数比而相对于输出部30的转速进行减速。角度感测器41设置于齿轮400上，用以检测齿轮组件40的齿轮400的总旋转角度，由此可得到与输出部30的总旋转圈数有对应关系的输入轴22的总旋转圈数。

于上述实施例中，角度感测器41可为但不限于由光学编码器、磁式编码器或韦根感测器所构成。此外，如图1所示，角度感测组件4可与马达2的第二侧相邻设，故齿轮组件40的齿轮400实际上啮合于输出轴301的第二端部的啮合部300上。

以下示范性将说明本实用新型的致动器模块1如何获得输出部30的多圈绝对位置。首先，通过编码器23的检测结果，可得到输入轴22在单圈内的旋转角度，于此假设为θ1。此外，角度感测组件4的角度感测器41亦可感测到齿轮组件40的总旋转角度，于此假设为θ2，故齿轮组件40的总旋转圈数等于θ2÷360°，又因齿轮组件40与输出部30的啮合部300之间具有齿数比，于此假设齿数比的比值为t，故可由齿轮组件40的总旋转圈数推得输出部30(或输出轴301)的总旋转圈数，即等于(θ2÷360°)÷t，另因减速机3是依据减速比使输出部30(或输出轴301)对应于输入轴22的旋转速度而减速旋转，故若假设减速机3的减速比为r，则可推得输入轴22的总旋转圈数n＝(θ2÷360°)÷t÷r，其中n为输入轴22的总旋转圈数，如此一来，即可获得输入轴22的多圈绝对位置为360°×n+θ1，至于输出部30的多圈绝对位置亦可由输入轴22的多圈绝对位置除以减速比而得，即θ＝(360°×n+θ1)÷r，其中θ为输入轴22的多圈绝对位置。

举例而言，当齿轮组件40与输出部30的啮合部300的齿数比为16:1，则代表角度感测器41可以感测输出部30正向旋转8圈或反向旋转8圈范围内的总旋转角度，而若减速机的减速比为100:1，则角度感测器41仅需要16×100＝1600以上的解析度，即可分析输入轴22的多圈绝对位置，进而得知输出部30(或输出轴301)的多圈绝对位置。于上述实施例中，当齿轮组件40与输出部30的啮合部300的齿数比越低，则角度感测器41所需的解析度越高，反之，当齿轮组件40与输出部30的啮合部300的齿数比越高，则角度感测器41所需的解析度越低。

由上可知，由于本实用新型的致动器模块1是在减速机3的输出部30设置包含齿轮组件40及角度感测器41的角度感测组件4，如此一来，本实用新型的致动器模块1不但可利用角度感测器41的感测的结果，并配合马达1的编码器23的感测的结果，来获得输入轴22的多圈绝对位置，进而得知输出部30(或输出轴301)的多圈绝对位置，且由于本实用新型的致动器模块1是利用齿轮组件40及角度感测器41来进行角度的检测，故无需额外挂载电池即可达到断电纪录的功效，使得实用度较佳，生产成本亦较低，再者，由于角度感测组件4设置在减速机3的输出部30上，并配合马达1的编码器23的感测的结果来获得输出部30(或输出轴301)的多圈绝对位置，角度感测组件4并非直接检测减速机3的输出部30的多圈绝对位置，因此本实用新型的致动器模块1可在使用解析度较差，但成本较为便宜的角度感测器41的情况下，通过配合马达1的编码器23而仍精确地获得输出部30(或输出轴301)的多圈绝对位置，故本实用新型的致动器模块1的生产成本可相对减少。

于一些实施例中，如图3所示，齿轮400的个数可为多个，且多个齿轮400中至少一个齿轮400啮合于输出部30的输出轴301上，而其余每一齿轮400啮合于其它对应的齿轮400上，且齿轮组件40与输出部30的啮合部300之间的齿数比对应于多个齿轮400间的齿数关系。另外，角度感测器41亦可具有多个，且每一角度感测器41可设置于对应的齿轮400上。

当然，如图4所示，齿轮400的个数亦可为一个，且齿轮400啮合于输出部30的输出轴301上，而齿轮组件40与输出部30的啮合部300之间的齿数比对应于齿轮400的齿数。

另外，角度感测组件4并不局限于与马达2的第二侧相邻设，于其它实施例中，如图5所示，角度感测组件4亦可与马达2的第一侧相邻设，此时输出部30可无须包含输出轴301，并直接包含啮合部300，故齿轮组件40便啮合于输出部30的啮合部300上。

综上所述，本实用新型提供一种致动器模块，该致动器模块包含马达及减速机，且减速机的输出部设置有角度感测组件，由此利用角度感测组件来获得马达的输入轴的总旋转圈数，并利用马达的编码器所获得的单圈内的旋转角度，来得到输入轴的多圈绝对位置，进而可推得减速机的输出部的多圈绝对位置，故本实用新型的致动器模块可达到断电纪录输出部的多圈绝对位置及实用度较佳及生产成本亦较低的功效。

Claims (10)

1.一种致动器模块，其特征在于，所述致动器包含：

一马达，包含一定子、一转子、一输入轴及一编码器，该转子利用与定子间的磁场交互作用而带动该输入轴同步旋转，该编码器与该输入轴相邻设，用以检测该输入轴在单圈内的旋转角度；

一减速机，设置于该马达的一第一侧上并与该输入轴组接，且包含可旋转的一输出部，该减速机依据一减速比使该输出部对应于该输入轴的旋转速度而减速旋转；以及

一角度感测组件，包含由至少一齿轮所构成的一齿轮组件及至少一角度感测器，该齿轮组件啮合于该输出部的一啮合部上而被该输出部带动进行转动，且该齿轮组件与该啮合部之间具有一齿数比，使该齿轮组件的转速依据该齿数比而相对于该输出部的转速进行减速，该角度感测器设置于该齿轮上，用以检测该齿轮组件的总旋转角度。

2.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该编码器由一单圈绝对编码器或一单圈增量型编码器所构成。

3.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该定子位于该马达的相对外侧，该转子位于该马达的相对内侧，且与该输入轴相组接。

4.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该角度感测器由一光学编码器、一磁式编码器或一韦根感测器所构成。

5.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该输出部包含一输出轴，由该输出部延伸而出，且与该输出部同步转动，该输入轴包含一中空结构，与该输出轴的位置相对应，用以于该减速机设置于该第一侧上时，供该输出轴穿设，其中该输出轴穿设并容置该中空结构时，该输出轴的一第一端部突出于该第一侧，该输出轴的一第二端部突出于与该第一侧相对的该马达的一第二侧。

6.如权利要求5所述的致动器模块，其特征在于，该角度感测组件与该第二侧相邻设，而该啮合部形成于该输出轴的该第二端部上。

7.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该角度感测组件与该第一侧相邻设，而该啮合部形成于该输出部上。

8.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该齿轮的个数为多个，且多个该齿轮中至少一个该齿轮啮合于该输出部上，而其余每一该齿轮啮合于其它对应的该齿轮上，且该齿数比对应于多个该齿轮的齿数关系。

9.如权利要求8所述的致动器模块，其特征在于，该角度感测器具有多个，且每一该角度感测器设置于对应的该齿轮上。

10.如权利要求1所述的致动器模块，其特征在于，该齿轮的个数为一个，且该齿轮啮合于该输出部上，而该齿数比是对应于该齿轮的齿数。