專利名稱：基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種伺服機(jī)，尤其是一種不采用電位器阻值變化作為計(jì)算轉(zhuǎn) 角的小型或超小型數(shù)字伺服機(jī)，具體地說是一種基于電磁傳感技術(shù)的小型(微 小型或超微形)數(shù)字伺服機(jī)。
背景技術(shù)：
眾所周知，伺服機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器。它接收一定的控制信號， 然后輸出精確的控制位移角度，適用于那些需要角度，方向不斷變化并能夠 保持的控制系統(tǒng)。伺服機(jī)作為運(yùn)動方向的控制部件，最早出現(xiàn)在航空模型領(lǐng) 域。伺服機(jī)是用來控制舵面的伺服電機(jī)。伺服機(jī)本質(zhì)上是可定位的電機(jī)，當(dāng) 接受到一個位置指令，就會運(yùn)動并定位于該指定位置。傳統(tǒng)的伺服機(jī)轉(zhuǎn)動角 度和位置的測量是依靠電位器阻值的變化來加以確定的，而電位器又可分為 直滑式和旋轉(zhuǎn)式兩種，機(jī)構(gòu)組成大體有電阻片、折動子、軸心、外殼和端 子組成。電位器在使用上來說主要在電路中起分壓和分流的作用。傳統(tǒng)的伺 服機(jī)中均是采用電位器的作用是在伺服機(jī)驅(qū)動電機(jī)的帶動下起著校準(zhǔn)脈沖的 作用，但是由于電位器生產(chǎn)工藝流程的限制， 一般使用電位器會出現(xiàn)如下的 問題1、線性度不夠良好；2、阻值變化不均勻；3、磨損壽命不長；4、裝 配后不能修改回中偏差；此外，由于電阻值受溫度影響較大，因此，電位器 式伺服機(jī)的適合使用的環(huán)境溫度較低，一般不超過4(T C正是由于這些原因，
導(dǎo)致現(xiàn)有的伺服機(jī)的精度和壽命，尤其是重復(fù)定位精度及對中度較差，致使 伺服機(jī)的應(yīng)用受到較大的限制。而采用電磁傳感技術(shù)利用非接觸式信號采集 來替換傳統(tǒng)電位器是一種較好的解決方法，據(jù)申請人所知，目前尚沒有一種 此類伺服機(jī)可供使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的電位器式伺服機(jī)存在的精度低、壽命短的問
題，設(shè)計(jì)一種非接觸、長壽命的基于龜磁傳感技術(shù)的小型(包括微小型或超 微形)數(shù)字伺服機(jī)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是-
一種基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，包括上蓋IO、中蓋20、下蓋
30、電路板304和電機(jī)303，電機(jī)303和電路板304固定在下蓋30和中蓋20 組成的空間中，電機(jī)303固定在中蓋20上，作為動力源的電機(jī)303的輸出端 伸入由上蓋10和中蓋20組成的空間中并安裝有電機(jī)齒輪105，其特征是所 述的電路板304上安裝有磁感應(yīng)電路302，該磁感應(yīng)電路302與電路板304 及電機(jī)303相互之間電氣相連，在磁感應(yīng)電路302的上方安裝有磁柱300， 磁柱300與驅(qū)動軸301相連，驅(qū)動軸301上安裝有作為齒輪減速裝置1輸出 的輸出齒輪101，齒輪減速裝置1的輸入齒輪與電機(jī)齒輪105相嚙合，該齒 輪減速裝置1位于上蓋10和中蓋20組成的空間中。
所述的輸出齒輪101為雙聯(lián)齒輪，其上部的小齒輪伸入上蓋IO上的通孔中。
所述的驅(qū)動軸301的上端伸入上蓋10上的通孔中。
所述的齒輪減速裝置1由第一雙聯(lián)變速齒輪102、第二雙聯(lián)變速齒輪103、 和第三雙聯(lián)變速齒輪104和輸出齒輪101組成，第一雙聯(lián)變速齒輪102中的 大齒輪與電機(jī)齒輪105相嚙合，第一雙聯(lián)變速齒輪102中的小齒輪與第二雙 聯(lián)變速齒輪103中的大齒輪相嚙合，第二雙聯(lián)變速齒輪103中的小齒輪與第 三雙聯(lián)變速齒輪104中的大齒輪相嚙合，第三雙聯(lián)變速齒輪104中的小齒輪 與輸出齒輪101相嚙合，輸出齒輪101固定在驅(qū)動軸301位于上蓋IO和中蓋 20的一端上，第三雙聯(lián)變速齒輪104和第一雙聯(lián)變速齒輪102間隔套裝在一 端固定在中蓋20上的一級齒輪軸上，第三雙聯(lián)變速齒輪104在上，第一雙聯(lián) 變速齒輪102在下，第二雙聯(lián)變速齒輪103則套裝在一端固定在中蓋20上的 二級齒輪軸上。
本發(fā)明的有益效果
本發(fā)明的伺服機(jī)與傳統(tǒng)的電位器式伺服機(jī)相比具有1、線性度好；2、不存在阻值變化的；3、由于采用非接觸式結(jié)構(gòu)，不存 在磨損問題，因此使用壽命可大大延長；4、裝配后可能通過軟件設(shè)置進(jìn)行回 中偏差修正；5、它可以對360。范圍內(nèi)的角度進(jìn)行精確的測量，并且能夠通 過外部電路和特有的程序控制，來滿足不同的要求。此產(chǎn)品十分適合于從幾 度至一整圈360。角度范圍的應(yīng)用。6、使用范圍廣，本發(fā)明可用于機(jī)器人技 術(shù)、閥門控制裝置、無接觸式旋轉(zhuǎn)位置檢測、汽車工業(yè)中的節(jié)流閥位置傳感 器、油門/剎車踏板位置檢測及頭燈位置控制等等。7、本發(fā)明的伺服機(jī)可在 高溫條件下正常工作，使得伺服機(jī)的工作環(huán)境溫度從-10° C至+ 40° C提高 到- 40° C至+ 125° C，大大拓展了其應(yīng)用范圍。


圖1是本發(fā)明的立體分解結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 如圖l所示。
一種基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，包括上蓋IO、中蓋20、下蓋 30、電路板304和電機(jī)303，上蓋IO、中蓋20和下蓋30通過連接螺釘或螺 栓連接成一個整體，電機(jī)303和電路板304固定在下蓋30和中蓋20組成的 空間中，電路板304可采用與常見的伺服機(jī)相同的電路板通過修改相應(yīng)的電 容電阻等電子元器件加以實(shí)現(xiàn)，電機(jī)303固定在中蓋20上，作為動力源的電 機(jī)303的輸出端伸入由上蓋10和中蓋20組成的空間中并安裝有電機(jī)齒輪 105，所述的電路板304上安裝有磁感應(yīng)電路302 (可采用型號為AS5043的 集成芯片，輔以外圍電路或教科書上常見的磁感應(yīng)電路加以實(shí)現(xiàn))，該磁感應(yīng) 電路302與電路板304及電機(jī)303相互之間電氣相連，在磁感應(yīng)電路302的 上方安裝有磁柱300 (—般采用永久磁鐵)，磁柱300與驅(qū)動軸301相連，驅(qū) 動軸301上穿過中蓋20后伸入中蓋20和上蓋10組成的空間中，其上端安裝 有作為齒輪減速裝置1輸出的輸出齒輪IOK可采用雙聯(lián)齒輪)，輸出齒輪101
帶動驅(qū)動軸301轉(zhuǎn)動的同時(shí)帶動磁柱300轉(zhuǎn)動，從而使感應(yīng)電路302中磁場 的方向發(fā)生變化，其具體的工作原理如下所述，具體實(shí)施時(shí)為了使驅(qū)動軸301 同時(shí)起到動力作用，可直接將驅(qū)動軸301的上端伸入上蓋IO上的通孔中，也 可將與輸出齒輪101雙聯(lián)的小齒輪106伸入上蓋10上通孔中，搖臂可直接與 驅(qū)動軸301的上端或輸出齒輪101上的雙聯(lián)小齒輪相連，通過驅(qū)動軸301或 小齒輪106帶動搖臂轉(zhuǎn)動。所述的齒輪減速裝置1可根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速和所述的 驅(qū)動軸301的速度利用齒輪減速原理，通過合理的降速比配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。本 實(shí)施的齒輪減速裝置1由第一雙聯(lián)變速齒輪102、第二雙聯(lián)變速齒輪103、和 第三雙聯(lián)變速齒輪104和輸出齒輪101組成，第一雙聯(lián)變速齒輪102中的大 齒輪與電機(jī)齒輪105相嚙合，第一雙聯(lián)變速齒輪102中的小齒輪與第二雙聯(lián) 變速齒輪103中的大齒輪相嚙合，第二雙聯(lián)變速齒輪103中的小齒輪與第三 雙聯(lián)變速齒輪104中的大齒輪相嚙合，第三雙聯(lián)變速齒輪104中的小齒輪與 輸出齒輪101相嚙合，輸出齒輪101固定在驅(qū)動軸301位于上蓋10和中蓋 20的一端上，第三雙聯(lián)變速齒輪104和第一雙聯(lián)變速齒輪102間隔套裝在一 端固定在中蓋20上的一級齒輪軸上，第三雙聯(lián)變速齒輪104在上，第一雙聯(lián) 變速齒輪102在下，第二雙聯(lián)變速齒輪103則套裝在一端固定在中蓋20上的 二級齒輪軸上。
具體實(shí)施時(shí)，上蓋、中蓋和下蓋可采用透明的ABS材料制造，各齒輪可 采用POM材料注塑成型。 詳述如下
如圖l，本發(fā)明的伺服機(jī)主體自上而下包括上蓋IO，中蓋20，下蓋30，中 蓋呈矩形箱體狀，上蓋10和下蓋30的兩相對端略有削尖，其中上蓋10的四角 處設(shè)有安裝孔(圖中沒有標(biāo)示)，中蓋20的四角處設(shè)有貫通的安裝孔(圖中也 沒有標(biāo)示)，下蓋30同樣于的四角處設(shè)有安裝孔，4顆螺絲(圖中僅標(biāo)注了2顆 螺絲305)自下而上的貫穿下蓋，中蓋和下蓋，從而將下蓋，中蓋，上蓋組合 連接在一起。在上蓋10和中蓋20的空間內(nèi)組裝有齒輪減速裝置1。在中蓋20和
下蓋30的空間內(nèi)組裝有磁鐵300、起到連接作用的圓柱形驅(qū)動軸301、感應(yīng)電 路302、電機(jī)303和線路板304。
本發(fā)明的工作過程大致如下
當(dāng)外部信號通過信號線向電路板304傳輸信號后，電路板304接收到信 號后向電機(jī)303輸入信號，并啟動電機(jī)303，電機(jī)30通過齒輪減速裝置1帶 動輸出齒輪101運(yùn)動，輸出齒輪101通過驅(qū)動軸301帶動其下端的磁柱300 運(yùn)動，產(chǎn)生磁場的變化，磁柱正下方的磁感應(yīng)電路302通過磁場的變化進(jìn)行 檢測，通過磁感應(yīng)電路302的數(shù)字輸出可以準(zhǔn)確的測量驅(qū)動軸301轉(zhuǎn)動相對 增量(進(jìn)而得到舵板的轉(zhuǎn)動增量)，然后將信號反饋到電路板302中進(jìn)入處理 后控制整個伺服機(jī)的運(yùn)動，使其能夠精確旋轉(zhuǎn)到預(yù)定方向(或位置)。同時(shí)配 合單片機(jī)計(jì)時(shí)，伺服機(jī)可以自己測量自己的角速度，方便自我檢驗(yàn)，同時(shí)也 可對單片機(jī)進(jìn)行編程，進(jìn)而滿足不同用戶的需求。
以下是本發(fā)明的磁傳感式伺服機(jī)與傳統(tǒng)的電位器式伺服機(jī)的性能比較實(shí)驗(yàn)。
1、 線性度比較。
電位器式伺服機(jī)因電位器的生產(chǎn)問題，總阻值個體間不能穩(wěn)定，而且由于 碳膜印刷的問題，所以電位器的線形度根本達(dá)不到伺服機(jī)所要求的線性度， 而采用本發(fā)明的電磁傳感技術(shù)的伺服機(jī)不管外界如何，始終都是均勻的將360 度或180度或90度分為1024份后再與磁場對應(yīng)，因此能夠做到嚴(yán)格的線性。
2、 耐久度比較。
電位器式伺服機(jī)的電位器內(nèi)部是由金屬簧片與碳膜接觸來進(jìn)行調(diào)節(jié)控 制的，因此肯定存在一定的機(jī)械磨損，而本發(fā)明的電磁傳感器式伺服機(jī)，由 于使用磁場做角度判斷，兩者間無任何的直接接觸。所以磨損可以說基本是 0，從而可大幅度地提高伺服機(jī)的使用時(shí)間。
3、 裝配后回中偏差修正比較。
電位器式伺服機(jī)因?yàn)殡娢黄鞯膯栴}，中立時(shí)舵盤的位置并不是和外殼側(cè) 邊線成90度的關(guān)系。這既有裝配的問題，也有電位器本身阻值偏差的問題。 但使用本發(fā)明的電磁傳感技術(shù)后，由于具有中點(diǎn)設(shè)定功能，可以將任意的位 置設(shè)為中點(diǎn)，通過設(shè)置，舵盤的位置就可以保證是和外殼邊線一定是成90 度關(guān)系的。
4、使用環(huán)境比較
傳統(tǒng)的電位器式伺服機(jī)考慮到電位器的碳膜結(jié)構(gòu)，只能在-10° C至+ 40° C左右的環(huán)境下工作，本發(fā)明的電磁傳感器式伺服機(jī)由于采用的是磁鐵， 磁場強(qiáng)度和方向不會受溫度的影響而發(fā)生變化，因此它能在-40° C至+ 125° C的環(huán)境溫度下工作，極大的提高了使用環(huán)境，能夠適應(yīng)各種惡劣條件 下的工作。
5、可靠性比較。
電位器式伺服機(jī)由于電位器內(nèi)部接觸不良或電阻碳膜面磨損會造成抖 舵現(xiàn)象，因此一般不能夠使用在精密的醫(yī)療設(shè)備，高精度的工業(yè)生產(chǎn)中，而 本發(fā)明的基于電磁感應(yīng)的伺服機(jī)由于是通過電磁感應(yīng)來驅(qū)動伺服機(jī)的工作， 因此伺服機(jī)受到的干擾僅需要考慮磁場的干擾。磁感應(yīng)電路表面處的磁場強(qiáng) 度差為土75mT。在這個范圍的基礎(chǔ)上，還允許存在由意外的外部雜散磁場導(dǎo) 致的士5mT額外偏移量。如果信號的場強(qiáng)超出了推薦范圍以外，感應(yīng)電路仍 能夠繼續(xù)工作，但輸出的線性度會下降。磁場過強(qiáng)會使內(nèi)部前置放大器產(chǎn)生 飽和效應(yīng)，因此會導(dǎo)致測量誤差。而一般的電磁干擾不會對使用有什么影響， 除非是強(qiáng)電磁，不過這個強(qiáng)電磁環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)是很高的，生活中很難遇到，因 此本伺服機(jī)可適用于多種特殊條件下的工作。
綜上所述，本發(fā)明過上述實(shí)施例和相關(guān)圖式說明，以及對比測試，已經(jīng) 詳細(xì)具體的揭露了相關(guān)技術(shù)，完全可以使現(xiàn)有的伺服機(jī)的性能有很大程度的 提升，并延長使用壽命。
本發(fā)明的保護(hù)利范圍由本發(fā)明的權(quán)利要求來界定。至于本文中所述元器 件的改變或等效元器件的代替等仍都應(yīng)屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，包括上蓋(10)、中蓋(20)、下蓋(30)、電路板(304)和電機(jī)(303)，電機(jī)(303)和電路板(304)固定在下蓋(30)和中蓋(20)組成的空間中，電機(jī)(303)固定在中蓋(20)上，作為動力源的電機(jī)(303)的輸出端伸入由上蓋(10)和中蓋(20)組成的空間中并安裝有電機(jī)齒輪(105)，其特征是所述的電路板(304)上安裝有磁感應(yīng)電路(302)，該磁感應(yīng)電路(302)與電路板(304)及電機(jī)(303)相互之間電氣相連，在磁感應(yīng)電路(302)的上方安裝有磁柱(300)，磁柱(300)與驅(qū)動軸(301)相連，驅(qū)動軸(301)上安裝有作為齒輪減速裝置(1)輸出的輸出齒輪(101)，齒輪減速裝置(1)的輸入齒輪與電機(jī)齒輪(105)相嚙合，該齒輪減速裝置(1)位于上蓋(10)和中蓋(20)組成的空間中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，其特征是所 述的輸出齒輪(101)為雙聯(lián)齒輪，其上部的小齒輪伸入上蓋(10)上的通孔 中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，其特征是所 述的驅(qū)動軸(301)的上端伸入上蓋(10)上的通孔中。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，其特征是所 述的齒輪減速裝置(1)由第一雙聯(lián)變速齒輪(102)、第二雙聯(lián)變速齒輪(103 )、 和第三雙聯(lián)變速齒輪(104)和輸出齒輪(101)組成，第一雙聯(lián)變速齒輪(102) 中的大齒輪與電機(jī)齒輪(105)相嚙合，第一雙聯(lián)變速齒輪(102)中的小齒 輪與第二雙聯(lián)變速齒輪(103)中的大齒輪相嚙合，第二雙聯(lián)變速齒輪(103) 中的小齒輪與第三雙聯(lián)變速齒輪(104)中的大齒輪相嚙合，第三雙聯(lián)變速齒 輪(104)中的小齒輪與輸出齒輪(101)相嚙合，輸出齒輪(101)固定在驅(qū) 動軸(301)位于上蓋(10)和中蓋(20)的一端上，第三雙聯(lián)變速齒輪(104) 和第一雙聯(lián)變速齒輪(102)間隔套裝在一端固定在中蓋(20)上的一級齒輪 軸上，第三雙聯(lián)變速齒輪(104)在上，第一雙聯(lián)變速齒輪(102)在下，第 二雙聯(lián)變速齒輪(103)則套裝在一端固定在中蓋(20)上的二級齒輪軸上。
全文摘要
一種基于電磁傳感技術(shù)的小型數(shù)字伺服機(jī)，包括上蓋(10)、中蓋(20)、下蓋(30)、電路板(304)和電機(jī)(303)，其特征是所述的電路板(304)上安裝有磁感應(yīng)電路(302)，該磁感應(yīng)電路(302)與電路板(304)及電機(jī)(303)相互之間電氣相連，在磁感應(yīng)電路(302)的上方安裝有磁柱(300)，磁柱(300)與驅(qū)動軸(301)相連，驅(qū)動軸(301)上安裝有作為齒輪減速裝置(1)輸出的輸出齒輪(101)，齒輪減速裝置(1)的輸入齒輪與電機(jī)齒輪(105)相嚙合，該齒輪減速裝置(1)位于上蓋(10)和中蓋(20)組成的空間中。本發(fā)明具有線性度好、耐溫性高、壽命長的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G01B7/30GK101377400SQ200810124690
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者浚 池 申請人:南京龍?zhí)┖娇针娮涌萍加邢薰?br>