一体化电动舵机的制作方法

1.本技术涉及伺服机构技术领域，尤其涉及飞行器的电动舵机。


背景技术：

2.电动舵机被用于无人机及其它无人飞行器控制领域。在无人机飞行时，自动驾驶仪需要控制飞行器的飞行轨迹、飞行姿态如：俯仰、偏转、滚转姿态，必须采用由电动舵机控制空气舵面，进而实现无人飞行器的飞行稳定性和按照预定归档飞行的目的。
3.德国volz公司和日本futaba公司所研发的舵机产品广泛应用于小型无人机。同时，国内科研院所和相关高校也在电动舵机的相关领域进行了大量研究应用，中航工业西安飞行自动控制研究所、中国运载火箭技术研究院、北京航空航天大学、西北工业大学等单位也有相关无人机用电动舵机的专利申请。
4.申请人注意到目前无人机等设备用电动舵机的主要问题如下：首先，控制器与舵机本体为独立分体式设计，该设计安装方式大大增加了舵机系统的空间和重量，从而使无人机整体重量增加，大大降低了无人机电池的续航时间；其次，现有舵机无防深水设计，无法在恶劣的环境条件下使用，例如：无法满足无人机在海水浸泡的环境下使用。


技术实现要素：

5.本技术的目的之一是提供一种改进的电动舵机以至少克服上述现有技术中提出的问题中的一种、两种或者多种。
6.为此，本技术的一些实施例提供了一种一体化电动舵机，包括外壳，其中所述外壳内形成有舵机前舱和舵机后舱，其中，所述舵机前舱容纳伺服电机、与所述伺服电机直接或者间接联接的输出机构，所述舵机后舱容纳所述舵机的控制器部分；所述输出机构包括输出轴，所述输出轴的一端从所述舵机前舱液密封地伸出；所述输出轴的另一端进入所述舵机后舱与所述控制器部分的位置传感器相联接。
7.在一些实施例中，所述外壳包括中壳，上盖和下盖，其中，所述中壳和所述上盖之间通过第一密封结构液密封并通过第一紧固配合形成所述舵机前舱；所述中壳和所述下盖之间通过第二密封结构液密封并通过第二紧固配合形成所述舵机后舱。
8.在一些实施例中，所述输出机构包括轴齿轮，所述轴齿轮包括与所述伺服电机直接或者间接联接的齿轮，以及与所述齿轮一体的轴，所述轴作为所述输出机构的输出轴。
9.在一些实施例中，所述伺服电机通过减速器与所述输出机构相联接；所述减速器位于所述舵机前舱内。
10.在一些实施例中，所述减速器为三级齿轮减速器或者丝杠减速器。
11.在一些实施例中，所述控制器部分包括舵机控制板，电缆自所述舵机控制板从所述中壳的一侧面穿过与中壳密封连接的螺丝线套和与螺丝线套密封连接的防水螺丝盖帽而向外壳的外部延伸。
12.在一些实施例中，所述伺服电机是有刷电机或无刷电机。
13.在一些实施例中，所述位置传感器是旋转式电位器或者编码器。
14.在一些实施例中，所述中壳与所述上盖设有上盖防水胶圈、所述中壳与下盖连接部分设有下盖防水胶圈，所述输出轴伸出部分与舵机上盖连接处设有防水胶圈。
15.在一些实施例中，采用316不锈钢作为所述输出轴的材料，和/或对所述外壳为做过防海水侵蚀表面阳极化处理的外壳。
16.本技术的一些实施例中的电动舵机采用一体化的结构设计，减轻了结构整体重量，使得电池的续航能力得以提升，同时为其他性能的具备提供了可能性；而另一些实施例中的电动舵机的舵机外壳还具有防水功能，在一些实施例中还可浸泡于一定深度的海水中并保持一定时间不进水。
17.将在下面的说明书、权利要求和附图中更详细地描述前述内容以及其他特征和示例。
18.已经使用的术语和表达作为描述性的术语而不是限制性的术语使用，并且在使用这些术语和表达时无意排除所表示和描述的特征或其部分的任何等同物。然而，应当认识到，在要求保护的系统和方法的范围内可以进行各种修改。因此，尽管本系统和方法已通过示例和可选特征具体公开，但本领域技术人员应认识到本文公开的概念的修改和变化，并且认为这些修改和变化在如所附权利要求所定义的系统和方法的范围内。
附图说明
19.上述各个实施例的特征，以及本发明的某些实施例的其他特征和优点将通过以下结合附图的详细描述而更加明显，其中：
20.图1是依据本技术的实施例的电动舵机的系统原理框图；
21.图2是依据本技术的实施例的电动舵机的结构爆炸图。
22.图3是依据本技术的实施例的电动舵机的部件组合后的结构示意图，该图中仅概略的示出了电动舵机的主要部件。
具体实施方式
23.在以下说明中，描述了小型导弹控制舱的各种示例。出于解释的目的，阐述了特定配置和细节以提供对实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不需要每个所公开的细节的情况下实践或实施某些实施例。此外，可以省略或简化众所周知的特征以帮助防止对本文描述的新颖特征的任何混淆。
24.以下高阶总结旨在提供对附图中描绘并在下面提供的相应描述中呈现的一些新颖创新的基本理解。
25.本技术的一些实施例，如图1、图2、图3所示，提供了一种电动舵机100，该电动舵机由靠近输出机构的一端为舵机的机械结构部分，以及远离输出机构的一端为舵机的控制器部分组成。
26.舵机可以为旋转式舵机，其中舵机机械结构部分包括伺服电机8、三级齿轮减速器4、用于检测输出机构的输出轴的角度位置的位置传感器6、以及容纳上述部件的舵机外壳。所述舵机外壳由三个部件构成，即舵机中壳1，上盖2和下盖3。其中，三级齿轮减速器4包括一级齿411、二级齿421、三级齿431、穿设在一级齿411中的第一钢轴41、穿设在二级齿421中
的第二钢轴42、穿设在三级齿431中的第三钢轴43的用于对伺服电机的输出进行减速，每根钢轴由上盖钢套和中壳钢套分别固定在上盖和中壳上，例如图2所示，以第三钢轴为例，其通过上盖钢套23和中壳钢套11分别固定在上盖2和中壳1上。
27.上盖2和中壳1通过六颗螺钉21进行连接固定形成舵机前舱1a，舵机前舱1a用于安置所述减速器4和伺服电机8，舵机的输出机构通过输出齿轮44与三级减速器4啮合，输出齿轮44可以为轴齿轮，其包括与减速机构啮合的齿轮44a以及轴44b，该轴44b通过输出轴中壳轴承441、以及输出轴上盖轴承442配合在舵机前舱内，其在一个方向上从上盖2向外伸出作为输出机构的输出轴与外部的负载9配合并通过套设输出轴防水圈443实现液密封，再另一个方向上延伸进入后舱与位置传感器6联接，例如与位置传感器的6转轴联接，例如联轴器联接。也可在该方向的输出轴上套接输出轴防水圈以加强舵机后舱的液密封。中壳1可以具有一个较大的腔体以容纳上述伺服电机8和减速器4以及输出机构的至少输出齿轮44。可以为在中壳内为伺服电机8设置电机槽以实现伺服电机的定位。
28.中壳2与下盖3通过六颗螺钉31连接紧固形成舵机后舱1b，舵机后舱1b用于容纳上述舵机控制器部分，例如用于放置舵机控制板5。舵机控制板5上的电路包含电源电路、单片机芯片及其外围电路、复位电路、can通信收发电路、时钟电路、采样处理电路和电机驱动电路等。电路部分并非本技术的重点所在，因此不再赘述。自舵机控制板5延伸出的舵机电缆51从中壳2的一侧面，即舵机尾部穿过与中壳密封连接的螺丝线套71和与螺丝线套密封连接的防水螺丝盖帽72而向外壳的外部延伸。
29.出于降低成本、简化控制策略和提高控制精度等角度考虑，伺服电机8可以选用直流有刷电机。
30.由于齿轮减速器的构型与舵机的外壳的匹配性好，并且零件可以批量生产降低成本，更满足小型化、低成本化的设计理念。故减速器4可以选用多级齿轮减速器，例如如图所示的三级齿轮减速器。其与伺服电机8的电机齿轮81配合以将伺服电机的输出减速增距后传递至输出机构。
31.位置传感器6选用旋转式电位器，旋转式电位器具有体积小，控制简单等优点，并且其精度及线性度均可满足控制设计要求，电位器放置于舵机后舱，与舵机的输出轴联接用于检测输出轴的角度。
32.本技术的实施例中的电动舵机100具有防水功能，为保证密封性要求，舵机所有连接处均进行密封设计，例如舵机的中壳1与上盖2设有与上盖形状一致的上盖防水胶圈22、中壳与下盖连接部分设有与下盖形状一致的下盖防水胶圈32，并且在防水胶圈表面涂抹密封脂进一步保证舵机的密封性，输出轴伸出部分与舵机上盖连接处同样设有防水胶圈，舵机与螺钉之间设有螺钉密封垫片；舵机尾部电缆与电机外壳的壳体连接处使用密封胶进行密封；将上盖、中盖、下盖构型为使得三者组合后具有较好的平面度。以上的密封措施可保证舵机具有较强的防水性能。例如，可以浸泡于90cm深度海水中保持90分钟而不舵机前舱和/或舵机后舱不进水。
33.本技术的实施例中的舵机可进一步采用316不锈钢作为输出轴的材料，和/或对外壳做防海水侵蚀表面阳极化处理，以增强其对海水侵蚀的抵抗能力。
34.本技术的实施例中的舵机可以通过加强设计结构强度、刚度；为传感器提供减振设计；以及提高齿轮加工精度高，减小啮合间隙中的一种或者多种而提高舵机的振动抵抗
能力，使得舵机能够在10grm振动条件下生存使用。
35.在本技术的一些实施例中，除了螺钉外，还可以采用螺栓螺母、卡接、铆接、粘合剂粘结、热熔连接等方式实现上盖与中壳、下盖与中壳的紧固配合。
36.在本技术的一些实施例中，可以不设置减速器而直接将伺服电机的电机齿轮联接与输出机构的输出齿轮。
37.在本技术的一些实施例中，可以用丝杠替换上述实施例中的一级齿、二级齿、三级齿，形成丝杠减速器。
38.在本技术的一些实施例中，可以由无刷直流电机替换上述实施例中的有刷直流电机。
39.在本技术的一些实施例中，可以由编码器替换上述实施例中的电位器以检测输出轴的旋转角度。
40.所公开的实施例的先前描述被提供以使本领域的任何技术人员能够制作或使用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域技术人员将是显而易见的，并且本文中所界定的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它实施例。因此，本发明不旨在限于本文所展示的实施例，而是要符合与本文公开的原理和新颖特征一致的最广范围。
41.此外，虽然与技术的某些实施方式相关联的优点已经被描述在那些实施方式的上下文中，其它实施方式也可以展现这样的优点，并且并非所有的实施方式需要必然地展示这样的优点以落入该技术的范围。因此，本公开和相关联的技术可包括未明确示出或在这里描述的其它实施方式。因此，本公开仅由所附权利要求书限定。
42.附图标记：
43.中壳1；
44.前舱1a
45.后舱1b
46.输出轴齿轮44a
47.输出轴44b
48.上盖2；
49.下盖3；
50.输出轴防水圈443；
51.输出轴上盖轴承442；
52.输出齿轮轴44；
53.上盖钢套23；
54.输出轴中壳轴承441；
55.上盖防水圈22；
56.中壳钢套11；
57.电位器6；
58.主控pcb板5；
59.上盖螺丝21；
60.第一钢轴41
61.一级齿411；
62.第二钢轴42；
63.二级齿421；
64.第三钢轴43；
65.三级齿431；
66.防水螺丝线套71；
67.防水螺丝盖帽72；
68.电机齿轮40；
69.电机4；
70.下盖防水圈32；
71.下盖螺丝31
72.负载9。

技术特征：
1.一体化电动舵机，其特征在于：包括外壳，其中所述外壳内形成有舵机前舱和舵机后舱，其中，所述舵机前舱容纳伺服电机以及与所述伺服电机直接或者间接联接的输出机构，所述舵机后舱容纳所述舵机的控制器部分；所述输出机构包括输出轴，所述输出轴的一端从所述舵机前舱液密封地伸出；所述输出轴的另一端进入所述舵机后舱与所述控制器部分的位置传感器相联接。2.根据权利要求1所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述外壳包括中壳，上盖和下盖，其中，所述中壳和所述上盖之间通过第一密封结构液密封并通过第一紧固配合形成所述舵机前舱；所述中壳和所述下盖之间通过第二密封结构液密封并通过第二紧固配合形成所述舵机后舱。3.根据权利要求2所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述输出机构包括轴齿轮，所述轴齿轮包括与所述伺服电机直接或者间接联接的齿轮，以及与所述齿轮一体的轴，所述轴作为所述输出机构的输出轴。4.根据权利要求1所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述伺服电机通过减速器与所述输出机构相联接；所述减速器位于所述舵机前舱内。5.根据权利要求4所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述减速器为三级齿轮减速器或者丝杠减速器。6.根据权利要求2所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述控制器部分包括舵机控制板，电缆自所述舵机控制板从所述中壳的一侧面穿过与中壳密封连接的螺丝线套和与螺丝线套密封连接的防水螺丝盖帽而向外壳的外部延伸。7.根据权利要求1所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述伺服电机是有刷电机或无刷电机。8.根据权利要求1所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述位置传感器是旋转式电位器或者编码器。9.根据权利要求3所述的一体化电动舵机，其特征在于：所述中壳与所述上盖设有上盖防水胶圈、所述中壳与下盖连接部分设有下盖防水胶圈，所述输出轴伸出部分与舵机上盖连接处设有防水胶圈。10.根据权利要求1所述的一体化电动舵机，其特征在于：采用316不锈钢作为所述输出轴的材料，和/或对所述外壳为做过防海水侵蚀表面阳极化处理的外壳。

技术总结
本申请公开了一体化电动舵机，其包括外壳，其中所述外壳内形成有舵机前舱和舵机后舱，其中，所述舵机前舱容纳伺服电机、与所述伺服电机直接或者间接联接的输出机构，所述舵机后舱容纳所述舵机的控制器部分；所述输出机构包括输出轴，所述输出轴的一端从所述舵机前舱液密封地伸出；所述输出轴的另一端进入所述舵机后舱与所述控制器部分的位置传感器相联接。一体化的结构设计，减轻了结构整体重量，使得电池的续航能力得以提升。电池的续航能力得以提升。电池的续航能力得以提升。


技术研发人员：张楠
受保护的技术使用者：华科智控（北京）科技有限公司
技术研发日：2022.09.27
技术公布日：2023/5/18