电机定位停止机构

技术领域

本发明涉及电机位置控制技术领域，尤其涉及一种电机定位停止机构。

背景技术

很多时候我们会需要电机能定位停止在某一位置，例如中国专利文献CN110840612A中的电动双头对滚牙刷就需要电机停机后两个刷头本体能平齐排在一起。若电机停止后两个刷头本体10处在图1所示的位置，会使得刷头中间处刷毛束的间隙过大，下次使用时，容易将牙膏挤入上述间隙中，从而导致用户体验下降。

闭环控制是实现电机位置控制（包含电机停止位置控制）常见的方式。闭环控制根据控制对象输出反馈来进行位置校正，PID算法是闭环控制算法中最简单、最常见的一种，应用广泛。例如很多的伺服电机中就采用了制动器和PID控制来实现电机定位停止。出于成本方面的考虑，通过PID控制来实现电机定位停止的方式在电动牙刷中不太适用。

众所周知，将机械部分电气化是缩小传统机械结构体积所常用的手段，若将现有伺服电机PID控制的电气部分改成纯机械结构，需要采用非常复杂的控制机构，控制机构的体积定然会变大，成本也极有可能会提高，基于上述原因，很少见到依靠纯机械结构来实现电机定位停止的方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、紧凑的纯机械式电机定位停止机构。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种电机定位停止机构，用于将传递扭矩的动力轴定位停止在设定的位置，包括制动组件和惯性部件，所述制动组件包括在电机运行过程中保持静止不动的不动件以及与动力轴连接的活动件，所述不动件与活动件上设有相互配合的止动结构，所述惯性部件和活动件受动力轴驱动而转动，所述惯性部件在动力轴转速变化时会由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动；

电机失电后，动力轴转速逐渐降低，所述惯性部件由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动，继而推抵或拉扯所述活动件，并促使所述活动件的止动结构靠近不动件的止动结构，籍由所述活动件的止动结构抵靠住不动件的止动结构以阻止动力轴转动。

在本发明的一个实施例中，所述惯性部件包括套设在动力轴上的惯性环，所述惯性环上开设有连接通孔，所述连接通孔的孔壁上设有螺旋形的凸起或凹陷结构并通过该螺旋形的凸起或凹陷结构与从连接通孔中穿过的动力轴连接，所述活动件包括连接在动力轴上且被约束为仅能沿动力轴的轴线方向移动的活动环，所述活动环上设有止动结构；

电机失电后，动力轴转速逐渐降低，所述惯性环由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并在螺旋形的凸起或凹陷结构作用下一边绕动力轴转动一边顺着动力轴的轴向移动，所述活动环在惯性环推动下沿动力轴的轴向靠近不动件，使得所述活动环上的止动结构与不动件上的止动结构抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

其中，所述活动环或惯性环带有磁性或设有挂扣，所述活动环与惯性环磁吸连接或通过挂扣活动连接，所述惯性环能够相对于活动环360度转动。

优选地，所述止动结构包括设置在不动件以及活动环上的凸齿或摩擦片，所述不动件上的凸齿或摩擦片与活动环上的凸齿或摩擦片抵靠在一起形成制动力以阻止动力轴转动。

进一步地，所述活动环上设有用于连接动力轴的键，籍由所述键约束活动环以使其仅能沿动力轴的轴线方向移动，所述活动环上的凸齿或摩擦片设置在活动环的顶端面上，所述不动件上的凸齿或摩擦片位于活动环的正上方，所述惯性环推着活动环沿动力轴的轴向往上移动，使得所述活动环顶端的凸齿或摩擦片与不动件上设置的凸齿或摩擦片抵靠在一起。

在本发明的另外两个实施例中，所述惯性部件包括环套在动力轴外部的惯性环，所述活动件包括旋转支架和设有止动结构的制动爪，所述旋转支架固定连接动力轴，所述制动爪可转动连接于惯性环、旋转支架这两个部件中的一个，剩下的一个部件也与制动爪连接且在其与制动爪的连接处留有旷量；

电机失电后，动力轴转速逐渐降低，所述惯性环由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并推抵或拉扯制动爪，促使所述制动爪转动，使得所述制动爪上的止动结构与不动件上的止动结构靠近并抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

在其中一个实施例中，所述惯性环位于旋转支架外侧，所述旋转支架中设有容置腔，所述不动件上的止动结构位于容置腔内，所述制动爪通过销轴可转动连接在惯性环上，所述旋转支架的侧壁上开设有连通容置腔的缺口，所述制动爪的臂爪前段伸入缺口中并与缺口的侧壁之间留有空隙，所述制动爪上的止动结构为其臂爪前端，所述不动件上的止动结构为凸块或凹槽；

电机失电后，动力轴转速逐渐降低，所述惯性环由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并拉扯制动爪，促使所述制动爪转动，使得所述制动爪的臂爪前端从缺口中伸出并与不动件上的凸块或凹槽抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

进一步地，所述不动件包括位于容置腔内的静止环，所述凸块或凹槽设置在静止环的外周面上。

在另一实施例中，所述旋转支架中设有容置腔，所述惯性环被设置在容置腔中，所述不动件上的止动结构位于旋转支架外侧，所述制动爪通过销轴可转动连接在旋转支架上，所述旋转支架的侧壁上开设有连通容置腔的缺口，所述惯性环的侧壁上开设有连接槽，所述制动爪的臂爪前段伸入缺口中并与缺口的侧壁之间留有空隙，所述制动爪的臂爪后段插在连接槽中并与连接槽的侧壁之间留有空隙，所述制动爪上的止动结构为其臂爪前端，所述不动件上的止动结构为凸块或凹槽；

电机失电后，动力轴转速逐渐降低，所述惯性环由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并推抵制动爪，促使所述制动爪转动，使得所述制动爪的臂爪前端从缺口中伸出并与不动件上的凸块或凹槽抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

进一步地，所述不动件包括位于环绕在旋转支架外侧的静止环，所述凸块或凹槽设置在静止环的内周面上。

本发明通过设置由动力轴驱动且在动力轴转速变化时会与动力轴产生相对转动的惯性部件，这样在电机失电后（此时动力轴转速逐渐降低）惯性部件会在自身惯性作用与动力轴产生相对转动并推抵或拉扯活动件，使得活动件上设置的止动结构抵靠住不动件（不动件是指在电机运行过程中不受动力轴驱动并一直保持静止状态的部件）上设置的止动结构，以此产生制动力来阻止动力轴转动。该电机定位停止机构能够让动力轴定位停止在设定的位置（即活动件与不动件上的止动结构抵靠在一起时动力轴所处的位置），其采用的是纯机械结构，无任何电气元件且整体结构非常简单紧凑，成本低，通用性强，适用于内部空间小、转速高且行程开关和伺服电机不便于控制的电器。

附图说明

图1为背景技术文献中电动双头对滚牙刷的两个刷头本体处于交错未平齐位置时的示意图；

图2为实施例1中电机定位停止机构的外部结构示意图；

图3为图2所示电机定位停止机构的内部结构示意图；

图4-6为图3所示电机定位停止机构中，惯性环和活动环与动力轴的连接方式示意图；

图7为图3中A部位的局部放大图；

图8为实施例2中电机定位停止机构的外部结构示意图；

图9为图8所示电机定位停止机构的内部结构示意图；

图10-12分别为图8所示电机定位停止机构中旋转支架、惯性环和制动爪的立体结构示意图；

图13为实施例3中电机定位停止机构的外部结构示意图；

图14为图13所示电机定位停止机构的内部结构示意图；

图15-18分别为图14所示电机定位停止机构中旋转支架、静止环、惯性环和制动爪的立体结构示意图；

图中：

1——惯性部件 2——不动件 3——活动件

4——凸齿 5——凸块 1a——惯性环

2a——静止环 3a——活动环 3b——旋转支架

3c——制动爪 1a1——连接槽 3b1——容置腔

3b2——缺口 10——刷头本体。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、 “顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了便于本领域技术人员更好地理解本发明的改进之处，下面结合附图和3个实施例来对本发明作更进一步的说明。

需要提前说明的是，下面3个实施例都是基于以下的技术思路：见图3、9、14所示，图中的电机定位停止机构都是用于将传递扭矩的动力轴定位停止在设定的位置，且都包括制动组件和惯性部件1，具体来说，制动组件包括在电机运行过程中保持静止不动的不动件2以及与动力轴连接的活动件3，在不动件2与活动件3上设有相互配合的止动结构，惯性部件1和活动件3均受动力轴驱动而转动，惯性部件1在动力轴转速变化时都会由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动。其工作原理是：当电机失电后，动力轴转速逐渐降低，惯性部件1由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动，继而推抵或拉扯活动件3，并促使活动件3的止动结构靠近不动件2的止动结构，籍由活动件3的止动结构抵靠住不动件2的止动结构以阻止动力轴转动。

实施例1：

如图1-6所示，在本实施的电机定位停止机构中，前述惯性部件1包括套设在动力轴上的惯性环1a，惯性环1a上开设有连接通孔，连接通孔的孔壁上设有螺旋形的凸起或凹陷结构并通过该螺旋形的凸起或凹陷结构与从连接通孔中穿过的动力轴连接，活动件3包括连接在动力轴上且被约束为仅能沿动力轴的轴线方向移动的活动环3a，活动环3a上设有止动结构。在电机失电后，动力轴转速逐渐降低，惯性环1a由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并在螺旋形的凸起或凹陷结构作用下一边绕动力轴转动一边顺着动力轴的轴向移动靠向活动环3a，活动环3a在惯性环1a推动下沿动力轴的轴向靠近不动件2的止动结构，活动环3a上的止动结构与不动件2上的止动结构抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

实际应用时，为避免活动环3a沿动力轴的轴线方向晃动，最好让活动环3a或惯性环1a带有磁性或者设置挂扣，这样活动环3a与惯性环1a就能够通过磁吸连接或者通过挂扣活动连接，同时惯性环1a又能够相对于活动环3a 360度转动。

另外，前述止动结构可以是图7所示设置在不动件2以及活动环3a上的凸齿4或摩擦片，不动件2上的凸齿4或摩擦片与活动环3a上的凸齿4或摩擦片抵靠在一起就能形成制动力以阻止动力轴转动。

在本实施例中，可以在活动环3a上设置用于连接动力轴的键（例如可以是平键或者花键），籍由该键约束活动环3a以使其仅能沿动力轴的轴线方向移动，活动环3a上的凸齿4或摩擦片最好设置在活动环3a的顶端面上，不动件上的凸齿4或摩擦片位于活动环3a的正上方，这样惯性环1a推着活动环3a沿动力轴的轴向往上移动，就能使得活动环3a顶端的凸齿4或摩擦片与不动件2上设置的凸齿4或摩擦片抵靠在一起。

与下面将要提及的实施例2、3相比，本实施例中电机定位停止机构的结构更加简单，结构更为紧凑。

实施例2：

与实施例1不同，见图8-12所示，在本实施例中，惯性部件1包括环套在动力轴外部的惯性环1a，活动件3包括旋转支架3b和设有止动结构的制动爪3c，旋转支架3b固定连接动力轴，制动爪3c可转动连接于惯性环1a、旋转支架3b这两个部件中的一个，剩下的一个部件也与制动爪3c连接且在其与制动爪3c的连接处留有旷量。当电机失电后，动力轴转速逐渐降低，前述惯性环1a由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并拉扯制动爪3c，促使制动爪3c转动，使得制动爪3c上的止动结构与不动件2上的止动结构靠近并抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

具体来说，本实施例中的惯性环1a被设置在位于旋转支架3b外侧的位置，并旋转支架3b中设有容置腔3b1，不动件2上的止动结构位于容置腔3b1内，制动爪3c是通过销轴可转动连接在惯性环1a上，在旋转支架3b的侧壁上开设有连通容置腔3b1的缺口3b2，制动爪3c的臂爪前段伸入缺口3b2中并与缺口3b2的侧壁之间留有空隙，制动爪3c上的止动结构为其臂爪前端，不动件2上的止动结构为凸块5（也可以是凹槽）。电机失电后，通过惯性环1a对制动爪3c的拉扯作用促使制动爪3c转动，使得制动爪3c的臂爪前端从缺口3b2中伸出并与不动件2上的凸块5或凹槽抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。另外，见图9所示，不动件2包括位于容置腔3b1内的静止环2a，凸块5或凹槽设置在静止环2a的外周面上。应当指出的是，上述静止环2a在电机运行的过程中不受动力轴驱动并一直保持静止状态，在实际应用时，可以将其固定连接在电机的外壳上。

实施例3：

与实施例2类似，本实施例中的惯性部件1也包括环套在动力轴外部的惯性环1a，活动件3也包括旋转支架3b和设有止动结构的制动爪3c，旋转支架3b同样固定连接动力轴，并且在旋转支架3b中也设有容置腔3b1，旋转支架3b的侧壁上也开设有连通容置腔3b1的缺口3b2，制动爪3c上的止动结构同样为其臂爪前端，另外，不动件2也可以包括静止环2a，不动件2上的止动结构也为设置在静止环2a上的凸块5（当然也可以是凹槽）。本实施例与实施例2的不同之处主要在于：惯性环1a被设置在容置腔3b1中，静止环2a被设置在了旋转支架3b的外侧，相应地，凸块5被设置在静止环2a的内周面上，制动爪3c通过销轴可转动连接在旋转支架3b上，惯性环1a的侧壁上开设有连接槽1a1，制动爪3c的臂爪前段伸入缺口3b2中并与缺口3b2的侧壁之间留有空隙，制动爪3c的臂爪后段插在连接槽1a1中并与连接槽1a1的侧壁之间留有空隙。本实施例中电机定位停止机构的工作原理是：电机失电后，动力轴转速逐渐降低，惯性环1a由于自身惯性作用与动力轴产生相对转动并推抵制动爪3c，促使制动爪3c转动，使得制动爪3c的臂爪前端从缺口3b2中伸出并与静止环2a内周面上的凸块5抵靠在一起，从而阻止动力轴转动。

上述实施例1-3通过设置由动力轴驱动且在动力轴转速变化时会与动力轴产生相对转动的惯性部件1，这样在电机失电后（此时动力轴转速逐渐降低）惯性部件1会在自身惯性作用与动力轴产生相对转动，从而推抵或拉扯活动件3，使得活动件3上设置的止动结构抵靠住不动件2上设置的止动结构，以此产生制动力来阻止动力轴转动。上述实施例中的电机定位停止机构度能够让动力轴定位停止在设定的位置（即活动件3与不动件2上的止动结构抵靠在一起时动力轴所处的位置），且都是采用纯机械结构，无任何电气元件，结构简单紧凑，成本低，通用性强，适用于内部空间小、转速高且行程开关和伺服电机不便于控制的电器。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。