CN100588090C - 电磁式谐波驱动作动装置 - Google Patents

Abstract

本发明电磁式谐波驱动作动装置，涉及谐波驱动技术，包括螺旋副、轴承、座架及端盖；其还包括定子组件、柔性铁芯组件、柔轮与钢轮谐波齿轮副；柔轮与螺旋副固接；其利用定子组件和柔性铁芯组件构成的旋转磁场做动力，通过旋转磁场的不均匀作用，使柔轮与钢轮谐波齿轮副中的柔轮按照凸轮的形状来变化，使柔轮齿与钢轮齿之间产生谐波的周期性啮合，而使柔轮旋转，带动螺旋副旋转，对外做功。本发明集电机、谐波减速器和螺旋传动功能于一体，由于没有了高速旋转的转子和机械凸轮，具有系统转动惯量小、启动电流小、响应速度快、速比大、精度高、最后输出形式为直线驱动等特点。

Description

电磁式谐波驱动作动装置

技术领域

本发明涉及谐波驱动技术领域，是一种电磁式谐波驱动作动装置。

背景技术

通常的作动装置是液压作动筒、气压作动筒或螺旋机械作动装置等，它们需要由电机或电机压力泵组、或电机气压泵组等进行驱动，使结构复杂、体积庞大，运行精度不高。

发明内容

本发明的目的是公开一种电磁式谐波驱动作动装置，不用高速旋转的转子和机械凸轮，以旋转磁场做动力，对外做功。

本发明的又一目的是公开一种电磁式谐波驱动作动装置，其具有体积小、结构简单、系统转动惯量小、启动电流小、响应速度快、速比大、精度高的特点。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种电磁式谐波驱动作动装置，包括螺旋副、轴承、座架及端盖；其还包括定子组件、柔性铁芯组件、柔轮与钢轮谐波齿轮副；柔轮与螺旋副固接；其利用定子组件和柔性铁芯组件构成的旋转磁场做动力，通过旋转磁场的不均匀作用，使柔轮与钢轮谐波齿轮副中的柔轮按照凸轮的形状来变化，使柔轮齿与钢轮齿之间产生谐波的周期性啮合，而使柔轮旋转，带动螺旋副旋转，对外做功。

所述的电磁式谐波驱动作动装置，其所述座架为中空的筒体，环状定子组件外侧圆固接于座架内壁中部，环状钢轮外侧圆与座架内壁右端固接，内侧圆上有齿；柔轮为盅状体，右端口沿有直角翻边，翻边外侧圆有齿，左端由环状定子组件的孔中穿过，左端顶部中心有通孔；柔轮齿位于钢轮内孔中，与钢轮齿相适配，且在一平面上，为可分开式啮合；

螺旋副由螺母和丝杆组成，螺母内纹与丝杆外纹动连接，螺母外径与柔轮左端顶部中心通孔内径相适配，螺母固接于柔轮的中心通孔内，丝杆两端伸出于座架两端面；

在柔轮的盅状体容腔里，设有柔性铁芯组件，柔性铁芯组件的外径小于柔轮的内径，包括柔性铁芯和T形滑块，环状的柔性铁芯侧面周圆上有凹槽，凹槽内均匀分布有T形滑块，柔性铁芯内孔固接于螺母的外周圆上，其位置与定子组件相适配；

座架的左右两端各有一端盖，端盖中心有孔，该孔内径大于丝杆外径，两端盖以中心孔穿过丝杆两端套于丝杆上，两端盖外沿与座架两端固接；

螺母两端外周圆上各固接有一轴承，两轴承外周圆分别与两端盖固接；

其中，定子组件、柔性铁芯组件、柔轮与钢轮谐波齿轮副、螺旋副、轴承和端盖，呈共轴状态。

所述的电磁式谐波驱动作动装置，其所述对外做功，输出形式为直线驱动。

所述的电磁式谐波驱动作动装置，其所述直线驱动，是做正反向往复直线驱动。

所述的电磁式谐波驱动作动装置，其所述柔轮与钢轮的齿数满足如下关系：

z_g-z_b＝KU

式中，z_g为钢轮齿数，z_b为柔轮齿数，K为整数，U为变形波数；钢轮和柔轮的齿数差应等于变形波数的整倍数，柔轮的节圆直径d_b小于钢轮的节圆直径d_g。

所述的电磁式谐波驱动作动装置，其所述K＝1，U＝2，钢轮与柔轮的齿数差为2。

通常的谐波齿轮传动的波发生器是一个机械凸轮，本发明通过旋转磁场的不均匀作用来使柔轮按照凸轮的形状来变化，实现谐波的周期性啮合作用，并由柔轮与钢轮的少齿差传动原理，实现大变速输出。在柔轮上内嵌螺旋副，从而实现直线往复输出，成为一种新的结构紧凑的作动装置。

本发明的优点是：

1、电源适用性广，可以是交流电，也可以是直流电；可以是单相，也可以是三相。

2、系统直线运行精度高，线性精度甚至可达到0.01mm。

3、空回小，若采用滚珠旋转传动副，整个系统可以基本达到无空回。

4、结构紧凑，外形美观。

附图说明

图1为本发明电磁式谐波驱动作动装置结构侧面示意图；

图2为本发明电磁式谐波驱动作动装置结构正面示意图。

具体实施方式

见图1和图2所示，本发明电磁式谐波驱动作动装置，由定子组件1、钢轮2、柔轮3、柔性铁芯组件4、螺母5、丝杆6、轴承7、座架8和端盖9等组成。

座架8为中空的筒体，环状定子组件1外侧圆固接于座架8内壁中部，环状钢轮2外侧圆与座架8内壁右端固接，内侧圆上有齿；柔轮3为盅状体，右端口沿有直角翻边，翻边外侧圆有齿，左端由环状定子组件1的孔中穿过，左端顶部中心有通孔；柔轮齿位于钢轮内孔中，与钢轮齿相适配，且在一平面上，为可分开式啮合。

螺旋副由螺母5和丝杆6组成，螺母5内纹与丝杆6外纹动连接，螺母5外径与柔轮3左端顶部中心通孔内径相适配，螺母5固接于柔轮3的中心通孔内，丝杆6两端伸出于座架8的两端面。

在柔轮3的盅状体容腔里，设有柔性铁芯组件4，柔性铁芯组件4的外径小于柔轮3的内径，包括柔性铁芯42和T形滑块41，环状的柔性铁芯42侧面周圆上有凹槽，凹槽内均匀分布有T形滑块41，柔性铁芯42内孔固接于螺母5的外周圆上，其位置与定子组件1相适配。

座架8的左右两端各有一端盖9，端盖9中心有孔，该孔内径大于丝杆6外径，两端盖9以中心孔穿过丝杆6两端套于丝杆6上，两端盖9外沿与座架8两端固接。

螺母5两端外周圆上各固接有一轴承7，两轴承7外周圆分别与两端盖9固接。

其中，定子组件1、柔性铁芯组件4、柔轮与钢轮谐波齿轮副、螺旋副、轴承7和端盖9，呈共轴状态。

定子组件1由定子铁芯11和定子绕组12组成，定子铁芯11利用电机冲片迭成，定子铁芯11上开有槽，内嵌两极的单相或三相定子绕组12，定子绕组12引线由座架8伸出，与电源及相关装置连接。柔性铁芯组件4采用可以径向滑动的T形滑块41来实现柔性支撑。径向磁通经过柔轮3，T形滑块41和柔性铁芯42形成闭合磁路。柔性铁芯组件4是用来使磁场形成回路，改善磁路，使气隙磁感应强度增加，电磁性能好。

产生旋转磁场的方式有两种：一是对多相绕组依次控制导通来产生脉冲的旋转磁场；二是对多相绕组通入交流电获得一个连续旋转的正弦电磁场。前者的优点是转速容易控制，但需配备专用的脉冲电源；后者的优点是结构简单，不需要专用电源，但转速难以控制。

本发明电磁式谐波驱动作动装置的运行机制：

本发明装置中采用了一套柔轮和钢轮谐波齿轮副和一套螺旋传动副，其中钢轮固定，柔轮与螺旋副的螺母连成一体。柔轮与钢轮的齿数满足如下关系：

z_g-z_b＝KU

式中，z_g为钢轮齿数，z_b为柔轮齿数，K为整数，U为变形波数。钢轮和柔轮的齿数差应等于变形波数的整倍数，通常取K＝1，U＝2，这时钢轮与柔轮的齿数差为2。柔轮的节圆直径d_b略小于钢轮的节圆直径d_g。

当定子组件1中的定子绕组12通电时，在装置内建立起旋转的电磁场，电磁场的旋转就相当于波发生器。在电磁场作用下，柔轮3将产生径向变形，变形后近似呈椭圆形状，从而与钢轮啮合。在椭圆长轴处柔轮3与钢轮2啮合；在椭圆短轴处，柔轮3与钢轮2脱开；在其余部分则处于啮合与脱开之间的过渡状态，也可以称为啮入和啮出状态。

当钢轮2固定，磁场旋转时，柔轮3与钢轮2的齿依次呈啮合、啮出、脱开及啮入的循环状态。由于柔轮3的齿数小于钢轮2的齿数，所以当磁场旋转一周时，柔轮3相对钢轮2转过的角度i_ab为：

$i_{\mathrm{ab}}=-\frac{z_g}{z_g-z_b}$

也就是说，柔轮3与钢轮2的减速比i_gb为：

由于柔轮3与螺母5相连在一起，于是当柔轮3转动时，将带动螺母5一起旋转，螺母5驱动丝杠6作往复直线运动。若螺旋副传动比为i_s，那么整个传动链的减速比i为：

i＝i_gb·i_s

本发明电磁式谐波驱动作动装置，有机地融驱动电机、传动装置和螺旋作动装置于一体，其输入可以是直流电源驱动，也可以是交流电源驱动。其输出则可以为步进式直线往复运动，也可以是连续式直线往复运动。

本发明电磁式谐波驱动作动装置，可以应用于一般常规作动应用的场合，特别适合于要求结构紧凑、重量轻、速度低、精度高的各种场合。如车床的进给机构；天线的转角驱动系统和馈源自动调整机构；X-Y运动机构；升降起闭机构等。

系统分类

电源：

1、交流电源，单相或三相，

2、直流电源。

磁场旋转形式：

1、步进式，

2、连续式。

螺旋副形式：

1、滚珠螺旋副，

2、T型齿螺旋副，

3、三角形齿螺旋副。

丝杠直线运动速度可实现范围为：0.03mm/min～10mm/min，线性精度：0.01mm。

Claims (5)

1.一种电磁式谐波驱动作动装置，包括螺旋副、轴承、座架及端盖；其特征在于，还包括定子组件、柔性铁芯组件、谐波齿轮副；其中，该谐波齿轮副由柔轮与钢轮组成；柔轮与螺旋副固接；其利用定子组件和柔性铁芯组件构成的旋转磁场做动力，通过旋转磁场的不均匀作用，使谐波齿轮副中的柔轮按照凸轮的形状来变化，使柔轮齿与钢轮齿之间产生谐波的周期性啮合，而使柔轮旋转，带动螺旋副旋转，对外做功；

所述座架为中空的筒体，所述定子组件为环状，定子组件外侧圆固接于座架内壁中部；所述钢轮为环状，钢轮外侧圆与座架内壁右端固接，内侧圆上有钢轮齿；柔轮为盅状体，右端口沿有直角翻边，直角翻边外侧圆有柔轮齿，左端由定子组件的孔中穿过，左端顶部中心有中心通孔；柔轮齿位于钢轮内孔中，与钢轮齿相适配，且在一平面上，为可分开式啮合；

螺旋副由螺母和丝杆组成，螺母内纹与丝杆外纹动连接，螺母外径与柔轮左端顶部中心通孔内径相适配，螺母固接于柔轮的中心通孔内，丝杆两端伸出于座架两端面；

在柔轮的盅状体容腔里，设有柔性铁芯组件，柔性铁芯组件的外径小于柔轮的内径，包括柔性铁芯和T形滑块，柔性铁芯为环状，柔性铁芯侧面周圆上有凹槽，凹槽内均匀分布有T形滑块，柔性铁芯内孔固接于螺母的外周圆上，其位置与定子组件相适配；

座架的左右两端各有一端盖，端盖中心有中心孔，该中心孔内径大于丝杆外径，两端盖以中心孔穿过丝杆两端套于丝杆上，两端盖外沿与座架两端固接；

螺母两端外周圆上各固接有一轴承，两轴承外周圆分别与两端盖固接；

其中，定子组件、柔性铁芯组件、谐波齿轮副、螺旋副、轴承和端盖，呈共轴状态。

2.如权利要求1所述的电磁式谐波驱动作动装置，其特征在于，所述对外做功，输出形式为直线驱动。

3.如权利要求2所述的电磁式谐波驱动作动装置，其特征在于，所述直线驱动，是做正反向往复直线驱动。

4.如权利要求1所述的电磁式谐波驱动作动装置，其特征在于，所述柔轮与钢轮的齿数满足如下关系：

Z_g-Z_b＝KU

式中，Z_g为钢轮齿数，Z_b为柔轮齿数，K为整数，U为变形波数；钢轮和柔轮的齿数差应等于变形波数的整倍数，柔轮的节圆直径d_b小于钢轮的节圆直径d_g。

5.如权利要求4所述的电磁式谐波驱动作动装置，其特征在于，所述K＝1，U＝2，钢轮与柔轮的齿数差为2。

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