小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機械領(lǐng)域，具體涉及一種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器。
【背景技術(shù)】
[0002]在小型攝影器材、電子玩具的微型機電系統(tǒng)(MEMS)中經(jīng)常要用到相應(yīng)的小型或微型直流電動機(以下簡稱小微直流電動機)，小微直流電動機具有體積小、重量輕、供電電源能量弱及電動機輸出機械功率小的特點，容易受到電源電壓變化及電動機本身性能的影響，輸出功率并不能始終保持穩(wěn)定。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的技術(shù)目的是提供一種用于微型機電系統(tǒng)動力輸出的轉(zhuǎn)換器，將多軸輸入轉(zhuǎn)換為單軸輸出，提高微型機電系統(tǒng)動力輸出功率的穩(wěn)定性。
[0004]本實用新型公開的技術(shù)方案為:
[0005]—種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，包括多個傳動齒輪、一動力輸出齒輪、電子控制器、齒輪軸測速傳感器和與傳動齒輪數(shù)量匹配的多套電機系統(tǒng)，每個電動機傳動齒輪由一套電機系統(tǒng)單獨控制，各電機系統(tǒng)分別設(shè)有單獨的小型或微型直流電動機、電動機驅(qū)動裝置和電源模塊，所述動力輸出齒輪通過輪軸與負載連接，所述傳動齒輪安裝在直流電動機的輪軸上，與動力輸出齒輪相嚙合；所述電動機驅(qū)動裝置、齒輪軸測速傳感器分別與電子控制器連接。
[0006]在上述方案的基礎(chǔ)上，進一步優(yōu)選或改進的技術(shù)方案還包括:
[0007]所述電子控制器設(shè)有電信號采樣電路，所述電源模塊通過電信號采樣電路與電子控制器連接。
[0008]所述直流電動機的電源模塊優(yōu)選采用紐扣電池，如CR2032電池等。
[0009]所述測速傳感器優(yōu)選采用紅外線測速傳感器，用于監(jiān)測動力輸出齒輪及輪軸的轉(zhuǎn)速。
[0010]所述動力輸出齒輪與呈等腰三角形排列的三個傳動齒輪相嚙合。
[0011]所述電子控制器采用MSP430H69芯片，所述電動機驅(qū)動裝置采用DRV8837芯片。
[0012]有益效果:
[0013]本實用新型變換器是一種用于電子控制的機械能變換裝置，采用分散獨立的小功率電源為小功率電動機供電，將多臺小微直流電動機的機械能輸出疊加起來轉(zhuǎn)換為單軸的機械能力輸出，實現(xiàn)了機械能力的倍增，降低個體電動機不穩(wěn)定性對整體動力輸出的影響。同時，分散獨立的供電方式也減小了電源的容量、體積和重量，便于優(yōu)化驅(qū)動系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)和形狀。本實用新型中的電動機可以高度一致的轉(zhuǎn)速同向轉(zhuǎn)動，也可通過不同轉(zhuǎn)向的組合，實現(xiàn)靈活制動和調(diào)速的性能，有效提高攝影器材等電子產(chǎn)品動力系統(tǒng)對運動控制的精準度。
【附圖說明】
[0014]圖1為動力輸出齒輪與傳動齒輪的配合示意圖；
[0015]圖2為電樞、電源和電動機驅(qū)動裝置的電路原理圖；
[0016]圖3為本實用新型變換器的整體工作原理圖。
【具體實施方式】
[0017]為了闡明本實用新型的技術(shù)方案及技術(shù)目的，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步的介紹。
[0018]—種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，包括多個傳動齒輪、一動力輸出齒輪4、電子控制器以及分別與電子控制器連接的齒輪軸測速傳感器和多套電機系統(tǒng)。
[0019]各電機系統(tǒng)設(shè)有單獨的小型或微型直流電動機、電動機驅(qū)動裝置和電源模塊，所述傳動齒輪安裝在直流電動機的輪軸6上，一個直流電動機帶動一個傳動齒輪。各電機系統(tǒng)中，電動機驅(qū)動裝置、電源模塊與電動機電樞串聯(lián)成回路，如圖2所述。所述電源模塊通過電信號采樣電路與電子控制器連接，電信號采樣電路對電源模塊電壓信號進行采樣，并將采樣信號傳輸至電子控制器，使電子控制器能夠?qū)崟r監(jiān)控到電源模塊電壓的變化情況。所述電動機驅(qū)動裝置與電子控制器連接，接收電子控制器輸出的指令，調(diào)節(jié)施加在電動機電樞兩端的電壓，達到控制電樞電流和轉(zhuǎn)矩的作用。所述電源模塊可采用紐扣電池。
[0020]各傳動齒輪分別與動力輸出齒輪4嚙合，所述動力輸出齒輪4通過輪軸5與負載連接，將多臺直流電機的輸出能量疊加后傳輸至負載。
[0021]所述齒輪軸測速傳感器與電子控制器連接，用于監(jiān)測動力輸出齒輪及輪軸的轉(zhuǎn)速。
[0022]所述電子控制器是由微控制器為核心組成的控制裝置，它根據(jù)負載對轉(zhuǎn)速的要求，對齒輪軸測速傳感器的反饋信號和各電動機電源模塊電壓的采樣信號進行綜合處理，分別控制各電動機驅(qū)動裝置，使得動力輸出輪軸產(chǎn)生預(yù)期轉(zhuǎn)速，使每個電動機在相同轉(zhuǎn)速下具有合理的轉(zhuǎn)矩輸出。
[0023]如圖1、圖3所示的一具體實施例:
[0024]本實施例變換器采用3V直流電動機，MPU電子控制器選用MSP430H69芯片，電動機驅(qū)動裝置選用DRV8837芯片，電源模塊選用3V電池CR2032，電動機傳動齒輪軸與動力輸出齒輪軸的傳動比為k，檢測動力輸出齒輪及輪軸轉(zhuǎn)速的測速傳感器選用紅外線測速傳感器。三個電動機傳動齒輪1、2、3呈等腰三角形排列在動力輸出齒輪4的周側(cè)。
[0025]啟動后，在電動機正常工作范圍內(nèi)，電子控制器對電動機電源模塊的電壓和齒輪軸測速傳感器的輸出信號采樣并與設(shè)定值進行比較、處理。由于電動機傳動齒輪和動力輸出齒輪通過機械方式嚙合在一起，因此它們的轉(zhuǎn)速具有固定比例關(guān)系，且三臺電動機具有相同的轉(zhuǎn)速。如圖3所示，對應(yīng)電動機及傳動齒輪I的電機系統(tǒng)的電源電壓為U1，輸出轉(zhuǎn)矩為Tl ;對應(yīng)電動機及傳動齒輪2的電機系統(tǒng)的電源電壓為U2，輸出轉(zhuǎn)矩為T2 ;對應(yīng)電動機及傳動齒輪3的電機系統(tǒng)的電源電壓為U3，輸出轉(zhuǎn)矩為T3 ;由直流電動機的機械特性方程式可以得到:
[0026]nl = kll*Ull-kl2*Tl
[0027]n2 = k21*U22-k22*T2
[0028]n3 = k31*U33-k32*T3
[0029]其中，kil、ki2分別為由各個電動機結(jié)構(gòu)決定的大于零的常數(shù)。ni分別為電動機傳動齒輪軸i的轉(zhuǎn)速。這里i = 1，2，3。上述三個直流電動機的機械特性方程式具有如下的約束條件:
[0030]nl = n2 = n3 = k*n
[0031]上式中，k是傳動比，η是動力輸出齒輪軸的轉(zhuǎn)速。
[0032]因此當指定η時，MPU電子控制器就能夠基于Ul、U2、U3和η，通過電動機驅(qū)動裝置動態(tài)調(diào)節(jié)上式中的Ull、U22、U33使得動力輸出齒輪軸在以指定轉(zhuǎn)速η運行時，如果不考慮傳輸時的機械損耗，則機械轉(zhuǎn)矩輸出滿足下式:
[0033]T ^ Τ1+Τ2+Τ3
[0034]從而實現(xiàn)了三臺小微直流電動機三個軸的機械能輸出疊加起來轉(zhuǎn)換為單軸的機械能量輸出。
[0035]上述的三臺直流電動機可以同時運行，也可以有選擇的運行；可以保持高度一致性的相同方向轉(zhuǎn)速，也可以通過電動機不同轉(zhuǎn)向的組合，實現(xiàn)靈活制動或調(diào)速的性能。
[0036]在上述實施例的基礎(chǔ)上，隨根據(jù)物理空間條件的變化，增加或較少電動機的數(shù)目都是可行的，本實用新型經(jīng)改進也可推廣到更大電動機驅(qū)動的機電系統(tǒng)。
[0037]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書、說明書及其等效物界定。
【主權(quán)項】
1.一種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，包括多個傳動齒輪、一動力輸出齒輪、電子控制器、測速傳感器以及和傳動齒輪數(shù)量匹配的多套電機系統(tǒng)，每個電動機傳動齒輪由一套電機系統(tǒng)單獨控制，各電機系統(tǒng)分別設(shè)有單獨的小型或微型直流電動機、電動機驅(qū)動裝置和電源模塊，所述動力輸出齒輪通過輪軸與負載連接，所述傳動齒輪安裝在直流電動機的動力輸出轉(zhuǎn)軸上，與動力輸出齒輪相嚙合；所述電動機驅(qū)動裝置、測速傳感器分別與電子控制器連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述電子控制器設(shè)有電信號采樣電路，所述電源模塊通過電信號采樣電路與電子控制器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述直流電動機的電源模塊為紐扣電池。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述電源模塊為3V電池CR2032。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述測速傳感器為紅外線測速傳感器，用于監(jiān)測動力輸出齒輪及輪軸的轉(zhuǎn)速。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述動力輸出齒輪與呈等腰三角形排列的三個傳動齒輪相嚙合。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項所述的種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，所述電子控制器采用MSP430H69芯片，所述電動機驅(qū)動裝置采用DRV8837芯片。
【專利摘要】一種小微直流電動機多軸轉(zhuǎn)單軸輸出變換器，其特征在于，包括多個傳動齒輪、一動力輸出齒輪、電子控制器、測速傳感器以及和傳動齒輪數(shù)量匹配的多套電機系統(tǒng)，每個傳動齒輪由一套電機系統(tǒng)單獨控制，各電機系統(tǒng)分別設(shè)有單獨的小型或微型直流電動機、電動機驅(qū)動裝置和電源模塊，所述動力輸出齒輪通過輪軸與負載連接，所述傳動齒輪安裝在直流電動機的動力輸出轉(zhuǎn)軸上，與動力輸出齒輪相嚙合；所述電動機驅(qū)動裝置、測速傳感器分別與電子控制器連接。本實用新型采用分散獨立的小功率電源為小功率電動機供電，將多臺小微直流電動機的機械能輸出疊加起來轉(zhuǎn)換為單軸的機械能力輸出，可降低個體電動機不穩(wěn)定性對整體動力輸出的影響。
【IPC分類】H02K51/00, H02K7/20, H02K7/116
【公開號】CN204858871
【申請?zhí)枴緾N201520701581
【發(fā)明人】王欣
【申請人】南京鐵道職業(yè)技術(shù)學院
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月10日