CN100596013C - 端面谐波电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种端面谐波电机，它包括带端面齿刚轮、带端面齿柔轮、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与位移放大机构的输入端连接，所述的位移放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端为弹性铰链连接。本发明提供的端面谐波电机，不需要安装减速器便可直接得到低速的旋转输出，不仅克服了传统电机与减速器结合，致使结构复杂、体积过大等缺点，而且还具有结构简单、重量轻、惯量小、响应快、精度高、效率高、噪音低，且无磁场干涉。本发明提供的位移放大机构，避免了机械间隙和摩擦，而且具有结构简单、体积小、位移损失小、放大效率高、响应快、精度高以及易于加工等特点。

Description

端面谐波电机

技术领域

本发明涉及一种谐波电机，特别是一种端面谐波电机。

背景技术

作为原动装置，目前电磁式电机应用非常广泛，其技术也已基本趋于成熟。但在大部分应用场合均是与减速器相结合而得到低速输出，所以结构复杂、体积较大。在伺服系统中，电机采用齿轮传动后，不仅使系统尺寸、重量增加，而且造成噪声、增加惯量及降低效率。同时，由于齿轮啮合精度的限制，在要求正反转和平稳快速反应时，齿轮转动往往影响系统性能。目前所研制的各种电磁式低速电机，普遍存在着体积较大、功率较小、结构复杂等缺点，在尺寸体积相同的条件下，低速电机的功率就要比高速电机小得多。在满足同样的功率要求下，低速电机的体积和重量要比高速电机大得多，甚至比带上减速器的高速电机还要大。如果仍采用电磁式电机型式，由于其“尺寸效应”，很难在此方面有所突破。

谐波传动装置具有体积小、重量轻、精度高、噪声低、惯量小及传动精度高等突出优点，但其在实践应用中主要作为减速装置应用。如图1所示端面谐波传动装置，由带端面齿的刚轮1，带端面齿的柔轮2以及波发生器5等组成。波发生器5为一圆盘，它和电机输入轴相连接。波发生器5在同一径向装有两个滚轮3，两个滚轮由保持架4固定。波发生器5压紧柔轮，径向两个滚轮使柔轮和刚轮在此位置附近范围的轮齿处于啮合状态。通过电机带动波发生器5旋转，如果固定柔轮2，则刚轮1可以获得低速旋转输出。如果固定刚轮1，则柔轮2可以获得低速旋转输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种端面谐波电机，不需要安装减速器便可直接得到低速的旋转输出，结构简单，轴向尺寸小、重量轻、惯量小、响应快，精度高、噪声低、效率高。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种端面谐波电机，它包括带端面齿刚轮、带端面齿柔轮、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与位移放大机构的输入端连接，所述的位移放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端为弹性铰链连接。

由于功能伸缩材料的输出位移较小，单独应用它不足以使柔轮产生足够的变形量，所以本发明设计了由功能伸缩材料和刚性铰链杠杆位移放大机构组成位移输出较大的位移放大器。

所述的杠杆、杠杆的位移输入端为基体上切口后形成的杠杆、杠杆的位移输入端，所述的支点为在基体上直接切口形成的支点。

本发明中的输出轴可以与带端面齿柔轮固定，或者是与带端面齿刚轮固定。

所述的齿轮的齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。

本发明端面谐波电机，采用的功能伸缩材料如压电陶瓷、稀土磁伸材料、形状记忆合金等

柔轮轮齿与刚轮轮齿的模数相同，对于双波传动，齿数相差2n个；对于三波传动，齿数相差3n个，其中n为波数。所述的位移放大器为kn组(其中，沿直径方向上的一对位移发生器为一组，n为波数，为2或3，k为整数，当n＝2时，k＝为2至200整数，当n＝3时，k为2至200偶数)这样的位移放大器沿柔轮圆周方向均匀分布，驱动柔轮变形来和刚轮进行啮合。按照谐波传动柔轮的弹性变形规律控制各位移放大器的变形量，通过柔轮和刚轮轮齿在各离散点处交替啮合，便可实现传动输出：若固定刚轮，则柔轮低速旋转；若柔轮固定，则刚轮低速旋转。

本发明的优点是：

本发明端面谐波电机不需要安装减速器便可直接得到低速的旋转输出，不仅克服了传统电机与减速器结合，致使结构复杂、重量重、体积过大等缺点，而且还具有结构简单、重量轻、惯量小、响应快、精度高、效率高、噪音低、还可以通过控制器实现智能化控制等特点，且无磁场干涉。本发明提供的位移放大机构，避免了机械间隙和摩擦，而且具有结构简单、体积小、位移损失小、放大效率高、响应快、精度高以及易于加工等特点。本实用新型具有结构原理上的创新性，是一种新型的智能机电产品。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1是端面谐波传动机构简图；

图2是由电致伸缩功能材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成的位移放大器的结构图；

图3是端面谐波电机结构简图；

在图1至图3中，各序号意义如下：1-端面谐波传动装置带齿刚轮、2-端面谐波传动装置带齿柔轮、3-滚轮、4-保持架、5-波发生器、6-预紧螺栓、7-功能伸缩材料、8-弹性铰链杠杆位移放大机构、9-带端面齿刚轮、10-带端面齿柔轮、11-电机输出轴、12-位移放大器、13-机架、14-位移放大机构输出端。

具体实施方式：

在图2中，电致伸缩材料7安装在位移放大机构8中，与位移放大机构输入端连接，两端接触面涂胶，并用预紧螺栓6进行预紧。因为电致伸缩材料7抗压弱拉，所以通过预紧使其始终保持受压状态。图中，14为输出端。

在图3所示实施例中，带端面齿刚轮9与机架13固定在一起，带端面齿柔轮10与输出轴11相连。驱动器12共有8组，各组驱动器12固定在机架13底部，沿周向呈均匀分布，为减小摩擦，输出端14设置弹性铰链，可以是在基体上直接切口形成的弹性铰链。另外，也可以是在位移输出端装有滚球，滚球与柔轮10紧密接触。

工作时，同一径向的两组位移放大器12变形量和变形规律完全相同，作为一相进行控制。这样通过控制4相位移放大器按一定规律进行交替变形，使带端面齿柔轮10和带端面齿刚轮9在各离散点处交替啮合。如果固定带端面齿柔轮10，则带端面齿刚轮9旋转，固定带端面齿刚轮9，则带端面齿柔轮10旋转。

Claims (10)

1、一种端面谐波电机，它包括带端面齿刚轮、带端面齿柔轮、位移放大器，其特征在于：所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与位移放大机构的输入端连接，所述的位移放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端是弹性铰链连接。

2、根据权利要求1所述端面谐波电机，其特征在于：所述的柔轮轮齿模数和刚轮轮齿模数相同，对于双波传动，齿数相差2n个；对于三波传动，齿数相差3n个，其中n为波数。

3、根据权利要求1所述端面谐波电机，其特征在于：所述的位移放大器数目为kn组，n为波数，为2或3，k为整数，n＝2时，k为2至200的整数，n＝3时，k为2至200的偶数。

4、根据权利要求1所述端面谐波电机，其特征在于：所述的杠杆的位移输出端为弹性铰链或装有滚球。

5、根据权利要求1所述端面谐波电机，其特征在于：所述的杠杆、杠杆的位移输入端为基体上切口后形成的杠杆、杠杆的位移输入端，所述的支点为在位移放大机构的基体上直接切口形成的支点。

6、根据权利要求1或2或3或4或5所述端面谐波电机，其特征在于：所述的带端面齿刚轮与电机输出轴相连，带端面齿柔轮与电机机架固定，多组位移放大器固定在电机机架底部，沿直径方向上的一对位移放大器为一组。

7、根据权利要求1或2或3或4或5所述端面谐波电机，其特征在于：所述的带端面齿刚轮与机架固定，带端面齿柔轮与输出轴相连，多组位移放大器固定在机架底部，沿直径方向上的一对位移放大器为一组。

8、根据权利要求1或2或3或4或5所述端面谐波电机，其特征在于：所述的带端面齿刚轮和带端面齿柔轮的齿轮齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。

9、根据权利要求6所述端面谐波电机，其特征在于：所述的带端面齿刚轮和带端面齿柔轮的齿轮齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。

10、根据权利要求7所述端面谐波电机，其特征在于：所述的带端面齿刚轮和带端面齿柔轮的齿轮齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。

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