一种小型轻量化一体舵机的制作方法
【专利摘要】本实用新型一种小型轻量化一体舵机，涉及无人机控制系统舵机领域；此舵机系统由无刷直流电机、控制电路、减速机构和位置传感器组成。本设计方案采用齿轮减速机构进行传动，通过巧妙的设计实现了在高减速比下减速机构的小型化，通过采用电路板间柔性连接的方式实现了电路板的多层堆叠从而减小了控制电路所占的体积，采用霍尔式位置传感器在保证位置精度的前提下实现传感器的小体积化。通过合理优化的装配设计最终实现了舵机的小型轻量化，并且将舵机控制系统集成到舵机中，实现了舵机的一体化，更加便于安装和使用。
【专利说明】
一种小型轻量化一体舵机
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种应用于无人机控制系统舵机领域，特别是一种小型轻量化一体舵机。
【背景技术】
[0002]舵机作为飞行器、导弹以及机器人系统的执行机构，对整个系统的正常运行起着非常关键的作用。传统的舵机大多采用谐波齿轮进行减速设计，此种减速机构的舵机大多体积较大，舵机的重量也较大，因此采用舵机控制系统和舵机分离的设计方案。随着小型化无人机的发展，此种结构的舵控系统无法满足无人机对重量和体积的要求，而航模级别的舵机又无法满足可靠性和力矩的要求，因此新型轻量化一体舵机具有重要的应用前景。此舵机既要实现体积小，重量轻，集成度高，还要满足无人机飞行过程中对力矩的要求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种小型轻量化一体舵机，实现舵机的小型轻量化，并且将舵机控制系统集成到舵机中，实现了舵机的一体化，更加便于安装和使用。
[0004]本实用新型的上述目的是通过如下技术方案予以实现的:
[0005]—种小型轻量化一体舵机，包括无刷直流电机、齿轮减速机构、位置传感器、控制电路板和舵机壳体;无刷直流电机、齿轮减速机构、位置传感器、控制电路板集成在舵机壳体中；其中无刷直流电机固定在舵机壳体的内壁的中部;齿轮减速机构固定在舵机壳体内部顶端，齿轮减速机构与无刷直流电机的输出轴固定连接;位置传感器固定在舵机壳体中部，位置传感器与舵机的输出轴固定连接;控制电路板固定在舵机壳体内部底端，控制电路板通过插线座与位置传感器和无刷直流电机连接。
[0006]在上述的小型轻量化一体舵机，齿轮减速机构包括第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮、第六齿轮、第七齿轮和第八齿轮八个齿轮;其中第一齿轮与第二齿轮啮合，第二齿轮与第三齿轮同轴固定连接，第三齿轮与第四齿轮啮合，第四齿轮与第五齿轮同轴固定连接，第五齿轮与第六齿轮啮合，第六齿轮与第七齿轮同轴固定连接，第七齿轮与第八齿轮啮合;舵机的输出轴和第八齿轮为一体化设计。
[0007]在上述的小型轻量化一体舵机，所述的无刷直流电机输出轴与齿轮减速机构齿轮采用过盈配合连接。
[0008]在上述的小型轻量化一体舵机，齿轮采用锥形设计，锥度为55-65°。
[0009]在上述的小型轻量化一体舵机，位置传感器采用霍尔式传感器，位置传感器的输出轴与舵机的输出轴采用拨叉与凹槽紧配合的方式连接。
[0010]在上述的小型轻量化一体舵机，控制电路板采用三层水平堆叠设计，相邻层间通过柔性电路板进行连接，相邻层间间隔固定，并固定在舵机壳体内壁上。
[0011 ]本实用新型与现有技术相比具有如下优点:
[0012](i)本实用新型采用了无刷直流电机、齿轮减速机构、位置传感器和控制电路板集成在一个舵机壳体中，提高了舵控系统的集成度，实现了舵机的集成化与一体化；
[0013](2)本实用新型中齿轮减速机构采用了四级减速齿轮，齿轮传动采用变模数设计，在实现大减速比的情况下保证体积最小，在保证减速器的机械强度的前提下，提高了减速器的空间利用率，实现了减速机构的小型化；
[0014](3)本实用新型中位置传感器采用了霍尔式传感器，体积小巧，精度较高，通过三个内六角螺钉固定于舵机壳体上，其旋转轴与舵机输出轴共轴，并通过拨叉与凹槽紧配合的方式与舵机输出轴进行连接，提高了系统精度和抗干扰能力，实现了数字式位置传感器在舵机方面的应用；
[0015](4)本实用新型控制电路板采用了三层堆叠设计，相邻层间通过柔性电路板进行连接，相邻层间通过螺柱定位固定，并通过螺纹固定于舵机壳体，提高了舵机壳体的空间利用率，比传统连接方式的可靠性更高，在保证可靠性的前提下实现了舵机的集成化与一体化。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型小型轻量化一体舵机整体结构示意图；
[0017]图2为本实用新型齿轮减速机构示意图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的描述:
[0019]如图1所示为小型轻量化一体舵机整体结构示意图，由图可知，包括无刷直流电机
1、齿轮减速机构2、位置传感器3、控制电路板4和舵机壳体13;无刷直流电机1、齿轮减速机构2、位置传感器3、控制电路板4集成在舵机壳体13中；其中无刷直流电机i固定在舵机壳体13的内壁的中部;齿轮减速机构2固定在舵机壳体13内部顶端，齿轮减速机构2与无刷直流电机i的输出轴固定连接;位置传感器3固定在舵机壳体13中部，位置传感器3与舵机的输出轴固定连接;控制电路板4固定在舵机壳体13内部底端，控制电路板4通过插线座与位置传感器3和无刷直流电机i连接。
[0020]位置传感器3采用霍尔式传感器，位置传感器3的输出轴与舵机的输出轴采用拨叉与凹槽紧配合的方式连接。
[0021]控制电路板4采用三层水平堆叠设计，相邻层间通过柔性电路板进行连接，相邻层间间隔固定，并固定在舵机壳体13内壁上。
[0022]如图2所示为齿轮减速机构示意图，由图可知，齿轮减速机构2包括第一齿轮5、第二齿轮6、第三齿轮7、第四齿轮8、第五齿轮9、第六齿轮10、第七齿轮11和第八齿轮12八个齿轮;其中第一齿轮5与第二齿轮6啮合，第二齿轮6与第三齿轮7同轴固定连接，第三齿轮7与第四齿轮8啮合，第四齿轮8与第五齿轮9同轴固定连接，第五齿轮9与第六齿轮10啮合，第六齿轮10与第七齿轮11同轴固定连接，第七齿轮11与第八齿轮12啮合。
[0023]第一齿轮5通过过盈配合的方式与无刷直流电机i输出轴连接，并驱动第二齿轮6旋转实现一级减速;第二齿轮6与第三齿轮7为一体设计，由第二齿轮6共同驱动;第三齿轮7驱动第四齿轮8运动实现二级减速，为了减小体积和便于第一齿轮5和无刷直流电机输出轴的安装，第四齿轮8采用锥形设计，锥度为55-65° ；第四齿轮8和第五齿轮9为一体设计，第五齿轮9驱动第六齿轮10运动实现三级减速;第七齿轮11和第六齿轮10为一体设计，第七齿轮11驱动第八齿轮12运动实现四级减速;舵机的输出轴和第八齿轮12为一体化设计，位置传感器3通过螺钉固定于壳体上，其旋转轴通过拨叉与舵机输出齿轮12连接。
[0024]通过对减速机构的设计和对各安装模块的优化，本实用新型最终实现了舵机的小型轻量化和一体化设计，整套机械结构简单，组装配合方便。
[0025]本实用新型的目的是提供一种小型轻量化一体舵机，此舵机系统由无刷直流电机、控制电路、减速机构和位置传感器组成。本设计方案采用齿轮减速机构进行传动，此齿轮减速机构由四级减速八个齿轮构成，齿轮传动采用变模数设计，在实现大减速比的情况下保证体积最小。控制电路板采用三层堆叠设计，相邻层间通过柔性电路板材进行连接，相邻层间通过螺柱定位固定，并通过螺钉固定于舵机壳体。位置传感器采用霍尔式传感器，体积小巧，精度较高，通过三个内六角螺钉固定于舵机壳体上，其旋转轴与舵机输出轴共轴，并通过拨叉与舵机输出轴进行连接。采用无刷直流电机，通过六角螺钉固定于壳体上，电机输出轴通过过盈配合与齿轮减速机构连接。通过上述装配设计最终实现舵机的小型轻量化，并且将舵机控制系统集成到舵机中，实现了舵机的一体化，更加便于安装和使用。
[0026]本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1.一种小型轻量化一体舵机，其特征在于:包括无刷直流电机(i)、齿轮减速机构(2)、位置传感器(3)、控制电路板(4)和舵机壳体(13);无刷直流电机(1)、齿轮减速机构(2)、位置传感器(3)、控制电路板(4)集成在舵机壳体(13)中；其中无刷直流电机(i)固定在舵机壳体(i3)的内壁的中部;齿轮减速机构(2)固定在舵机壳体(i3)内部顶端，齿轮减速机构(2)与无刷直流电机(i)的输出轴固定连接;位置传感器(3)固定在舵机壳体(13)中部，位置传感器(3)与舵机的输出轴固定连接;控制电路板(4)固定在舵机壳体(13)内部底端，控制电路板(4)通过插线座与位置传感器(3)和无刷直流电机(i)连接。2.根据权利要求1所述的小型轻量化一体舵机，其特征在于:齿轮减速机构(2)包括第一齿轮(5)、第二齿轮(6)、第三齿轮(7)、第四齿轮(8)、第五齿轮(9)、第六齿轮(10)、第七齿轮(11)和第八齿轮(12)八个齿轮;其中第一齿轮(5)与第二齿轮(6)啮合，第二齿轮(6)与第三齿轮(7)同轴固定连接，第三齿轮(7)与第四齿轮(8)啮合，第四齿轮(8)与第五齿轮(9)同轴固定连接，第五齿轮(9)与第六齿轮(10)啮合，第六齿轮(10)与第七齿轮(11)同轴固定连接，第七齿轮(11)与第八齿轮(12)啮合;舵机的输出轴和第八齿轮(12)为一体化设计。3.根据权利要求2所述的小型轻量化一体舵机，其特征在于:所述的无刷直流电机(i)输出轴与齿轮减速机构(2)齿轮(5)采用过盈配合连接。4.根据权利要求2所述的小型轻量化一体舵机，其特征在于:齿轮(8)采用锥形设计，锥度为55-65° ο5.根据权利要求1所述的小型轻量化一体舵机，其特征在于:位置传感器(3)采用霍尔式传感器，位置传感器(3)的输出轴与舵机的输出轴采用拨叉与凹槽紧配合的方式连接。6.根据权利要求1所述的小型轻量化一体舵机，其特征在于:控制电路板(4)采用三层水平堆叠设计，相邻层间通过柔性电路板进行连接，相邻层间间隔固定，并固定在舵机壳体(13)内壁上。
【文档编号】b64c13/50gk205469784sq201620087254
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月28日
【发明人】梁东, 于德洋, 杨涛, 杨金鹏
【申请人】中国航天空气动力技术研究院