CN108799433B - 摇摆板驱动器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种摇摆板驱动器及其操作方法，该自对准摇摆板驱动器(10、110、210)包括定子齿轮(16、116)、摇摆板(14、114、214)以及输出板(118)。定子齿轮具有中央定子轴线(54、154)和多个定子齿(32、132)。摇摆板具有摇摆轴线(22、122、222)、多个端面齿(28、128)以及多个摇摆齿(30、130)，并且摇摆板设置为使得摇摆轴线相对于定子轴线成非零摇摆角。输出板包括多个输出齿(134)并与定子轴线基本上对准。这些齿中的至少两者构造为以自对准的方式彼此啮合，使得当摇摆板围绕定子齿轮章动时，摇摆角保持恒定。

Description

摇摆板驱动器及其操作方法

技术领域

本公开涉及摇摆板驱动器。更具体地，所公开的实施例涉及用于通过椭圆接合齿轮系统改变扭矩的系统和方法。

背景技术

可使用两个或更多个齿轮通过齿轮比而产生机械优点。具有许多布置齿轮的方式以使得第一齿轮的单次旋转在相同量的时间内导致第二齿轮的多于一次或少于一次的旋转。在某些应用中，希望使电机具有非常高的齿轮比，其中齿轮减速发生在最小可能的体积中。

在历史上，摇摆板驱动机构似乎具有朝着在小体积内具有高齿轮比的驱动器的有前景的途径。在摇摆板驱动器中，一个齿轮(例如转子齿轮)在另一齿轮(例如定子齿轮)周围章动。如本文使用的，术语“章动(nutate)”或“章动运动(nutation)”表示摇摆、摆动或者圆形摇摆运动。转子齿轮通常由保持齿轮齿对准的轴或支轴支撑。如果转子齿轮和定子齿轮上的齿轮齿的数量相差一个，那么这个系统将具有等于定子齿轮上的齿的数量的齿轮比。

在实践中，已经证明有效率的且有效果的摇摆板驱动系统是难以实现的，这是因为除了别的以外，所涉及的力通常导致机构的脱离、由支轴引起的过度约束、粘合、或者由于摩擦引起的低效。

发明内容

一种自对准摇摆板驱动器，包括定子齿轮、摇摆板以及输出板。定子齿轮具有中央定子轴线和多个设置在内柱面上的定子齿。摇摆板具有摇摆轴线、与摇摆轴线垂直的接合面、多个设置在接合面上的端面齿以及多个设置在摇摆板的周缘周围并构造为与定子齿啮合的摇摆齿。输出板包括多个构造为与端面齿啮合的输出齿。

摇摆板设置为使得摇摆轴线相对于定子轴线成非零摇摆角，并且输出板与定子轴线基本上对准。这些齿中的至少两者构造为以自对准的方式彼此啮合，使得当摇摆板在定子齿轮周围章动时，摇摆角保持恒定。

一种用于操作自对准摇摆板驱动器的方法，包括提供定子齿轮、摇摆板以及输出板。该方法进一步包括，使定子齿轮的多个定子齿以自对准的方式与摇摆板的多个摇摆齿啮合。然后该方法包括，使摇摆板的多个端面齿以自对准的方式与输出板的多个输出齿啮合。最后，该方法包括，引起摇摆板在定子齿轮周围的章动。

本公开提供多种设备及其使用方法。在一些实施例中，摇摆板驱动器可包括输入板、摇摆板以及定子。在一些实施例中，驱动器可包括电机、摇摆板、定子以及输出板。在一些实施例中，摇摆板、定子齿轮以及输入板或者输出板中的每个可包括一组构造为以自对准的方式彼此啮合的齿。

特征、功能和优点可在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可在其他实施例中组合，参考以下描述和附图可看到这些实施例的进一步细节。

附图说明

图1是根据本公开的各方面的代表性摇摆板驱动器的分解等距视图。

图2是图1的摇摆板驱动器的输入板的一部分的放大底部平面图。

图3是图1的摇摆板驱动器的定子齿轮的一部分的放大顶部平面图。

图4是根据本公开的各方面的另一代表性摇摆板驱动器的分解等距前视图。

图5是图4的摇摆板驱动器的分解等距后视图。

图6是图4的摇摆板驱动器的摇摆板的等距视图。

图7是沿着与驱动器的旋转轴线平行的平面截取的图4的摇摆板驱动器的剖视图。

图8是沿着从图7的平面旋转45度的平面截取的图4的摇摆板驱动器的另一剖视图。

图9是根据本公开的各方面的摇摆板和电机的等距视图的示意图。

图10是图9的电机的等距分解图的图示。

图11是描绘了根据本公开的各方面的摇摆板驱动器的代表性使用方法的流程图。

图12是描绘了根据本公开的各方面的摇摆板驱动器的另一代表性使用方法的流程图。

具体实施方式

概述

在下面描述了并在相关的图中举例说明了具有摇摆板和定子的自对准摇摆板驱动器的各种实施例。除非另外规定，否则摇摆板驱动器和/或其各种部件可包含，但是并非要求包含，在本文中描述、举例说明和/或包含的结构、部件、功能、和/或变型中的至少一个。而且，结合本教导在本文中描述、举例说明和/或包含的结构、部件、功能、和/或变型可包括在其他椭圆驱动器中，但是并非要求包括在其他摇摆板驱动器中。各种实施例的以下描述本质上仅是代表性的，绝非旨在限制本公开、其应用、或者使用。另外，由这些实施例提供的优点，如下所述，本质上是说明性的，并不是所有实施例都提供相同的优点或者相同程度的优点。

实施例、部件和替代方式

以下部分描述了代表性的摇摆板驱动器及相关系统和/或方法的所选择的方面。这些部分中的实例的目的是用于举例说明，不应解释为限制本公开的全部范围。每个部分可包括一个或多个不同的发明，和/或上下文的或者相关的信息、功能和/或结构。

实例1：

可在图1中看到自对准虚拟椭圆驱动器或者摇摆板驱动器的一个实施例，通常用10表示。驱动器10包括输入板12、摇摆板14以及定子齿轮16。输入板12(其也可叫做输出板，取决于摇摆板驱动器的预期用途)限定旋转轴线20，定子齿轮16围绕旋转轴线居中设置。摇摆板14具有相对于旋转轴线以非零角度设置的摇摆轴线22，该非零角度可叫做摇摆角。

摇摆板14具有基本上平坦的下面24和带有多个端面齿28的上接合面26。端面齿28设置在前面26上，并且多个摇摆齿30在面24和26之间设置在摇摆板的周缘周围，位于与摇摆轴线垂直的平面中。摇摆齿与摇摆轴线平行地并从面26朝向面24延伸。

摇摆板14设置在输入板12和定子16之间。下面24与摇摆轴线垂直并且基本面向定子16，而接合面26限定与下面平行的平面，但是基本面向输入板12。摇摆齿30和端面齿28在与摇摆轴线22平行的相反方向上延伸。

输入板12在输入板的外部包括环形输入表面36，如在图2中最佳地看到的。输入表面36可以是截锥形的。即，环形输入表面36相对于与旋转轴线20垂直的平面成角度，使得环形输入表面上的每个点包括截锥线38，截锥线可延伸到位于旋转轴线上且位于输入板12下方的顶点。当将上述元件装配到摇摆板驱动器中时，环形输入表面36的截锥形顶点接近摇摆板14的质心。

多个输入齿34或者一组输入齿设置在环形输入表面36上。可使用任何合适数量的输入齿34。每个输入齿34包括两个驱动面40、42，每个驱动面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者可由一个或多个带有曲率的表面组成。

如图1中描绘的，摇摆板14的前面26在前面的外部包括环形摇摆表面64，与图2所示的环形输入表面36类似。换句话说，环形摇摆表面64相对于与摇摆轴线22垂直的平面成角度，使得环形摇摆表面上的每个点包括截锥线，截锥线可延伸到位于摇摆轴线上的截锥形顶点。环形摇摆表面64的截锥形顶点与摇摆板14的质心重合。在其他实施例中，摇摆表面可具有不同的形状。

多个端面齿28或者一组端面齿设置在环形摇摆表面64上。可选择任何合适数量的端面齿28，并且端面齿的数量可以比输入齿34的数量更多、更少或者与其相同。在所描绘的实施例中，具有相等数量的端面齿28和输入齿34。每个端面齿包括两个从动面，其可以是平面的，由不止一个平面组成，或者可由一个或多个带有曲率的表面组成。

摇摆板14构造为与输入板12接合。更具体地，端面齿28构造为与输入齿34啮合。当输入板在设定旋转方向上旋转时，输入齿的驱动面可与端面齿的从动面啮合。即，可具有由输入板通过该多个输入齿的驱动面和该多个端面齿的从动面之间的相互作用而施加在摇摆板上的接触力。这些接触力可导致摇摆板在相同的设定旋转方向上旋转。

在驱动器10的实例中，输入板12和摇摆板14相互作用并按照1:1的齿轮比旋转。即，对于输入板的每个单次完整旋转，摇摆板也精确地完成一次完整旋转。其他对齿轮比的选择也是可能的，并将导致不同的转速。

摇摆板14和输入板12可构造为使得在摇摆板和输入板之间施加的任何接触力将指向与位于垂直于旋转轴线的平面中的圆相切的方向。通过构造摇摆板和输入板使得摇摆板和输入板之间的接触力指向这些方向，可避免偏心力。偏心力可导致该多个端面齿28从该多个输入齿34脱离，或者可导致摇摆板的质心振荡，从而将不希望有的振动引入驱动器。

截锥形输入表面36和摇摆表面64的互补形状导致输入齿34和端面齿28以一角度啮合，使得如果驱动器10经历振动或位移，那么齿之间的接触力迫使输入板12和摇摆板14回到对准。因此输入齿34和端面齿28以自对准的方式啮合，使得当输入板和摇摆板旋转时摇摆角保持恒定。

如图1所示，定子齿轮16具有底座48，并且底座包括内柱面50和定子齿底座52。底座48可包括附接点，其构造为使定子16可操作地耦接到使用驱动器10的装置的其余部分(例如，驱动器10包含于其内部的装置)。定子16可相对于该装置固定。定子齿轮限定与旋转轴线20基本上对准的定子轴线54。

定子16具有部分地由内柱面50限定的内部体积56。内部体积56可构造为容纳摇摆板14的一部分或全部，如下面更详细地描述的。

定子齿32可设置在内柱面50和定子齿底座52中的任一个上或者该两者上。在图1的实施例中，定子齿在径向方向上从内柱面朝向旋转轴线延伸到内部体积56中。定子齿还在轴向方向上从定子齿底座52与旋转轴线平行地延伸。可取决于应用和预期齿轮比，选择任何合适数量的定子齿。

图3是定子齿轮16的顶部平面图，示出了该多个定子齿32的子集。该多个定子齿中的每个齿相对于旋转轴线20具有近端和远端。定子齿的远端可耦接到内柱面50。每个齿还包括第一啮合表面66，并在齿的相对侧上包括第二啮合表面68。每个啮合表面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者由一个或多个带有曲率的表面组成。定子齿32的一个或两个啮合表面66、68可由圆和椭圆的复合渐开线限定。另选地，曲线可以是虚拟椭圆在对于0和2π弧度之间的所有角度的齿位上的投影。

该多个定子齿32中的每个是楔形的。即，第一啮合表面66限定可延伸通过摇摆轴线的线70。当摇摆板和定子齿轮一起耦接在驱动器内时，线70通过摇摆板的质心。第二啮合表面68限定也可延伸通过摇摆轴线的线72。当摇摆板和定子齿轮两者一起耦接在齿轮箱系统内时，线72也通过摇摆板的质心。

该多个定子齿轮32中的每个齿包括啮合部分和支撑底座。啮合部分包括第一啮合表面和第二啮合表面。支撑底座使啮合部分耦接到定子齿底座52。定子齿也可由其他结构支撑，或者以任何适当的方式耦接到定子齿底座。

如图1所示，该多个摇摆齿30在下面24和接合面26之间设置在摇摆板14的周缘周围，并位于与摇摆轴线22垂直的平面中。摇摆齿在径向方向上从摇摆板的外柱面58远离摇摆轴线延伸。摇摆齿还在轴向方向上从摇摆齿底座60沿着摇摆轴线延伸。摇摆齿底座可以是近似环形的构件，其耦接到摇摆板或者与摇摆板制成一体。使摇摆齿连接到柱面或摇摆齿底座中的任一个或该两者可使该多个摇摆齿具有物理支撑或者一定程度的刚度。可选择任何合适数量的摇摆齿30，并且摇摆齿的数量可以比定子齿32的数量更多、更少或者与其相同。

与图3所示的定子齿32类似，每个摇摆齿30包括第一啮合表面，并在齿的相对侧上包括第二啮合表面。每个表面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者由一个或多个带有曲率的表面组成。摇摆齿30的一个或两个啮合表面可由圆和椭圆的复合渐开线限定。另选地，曲线可以是虚拟椭圆在对于0和2π弧度之间的所有角度的齿位上的投影。

该多个摇摆齿中的每个是楔形的。即，第一啮合表面限定可延伸通过摇摆轴线的第一线。第二啮合表面限定可延伸通过摇摆轴线的第二线。第一线和第二线都通过摇摆板的质心。

另外，每个摇摆齿30包括啮合部分和支撑底座。啮合部分包括第一啮合表面和第二啮合表面。支撑底座使啮合部分连接到摇摆齿底座60。摇摆齿也可由其他结构支撑，或者以任何其他适当的方式耦接到摇摆齿底座。

摇摆板14构造为与定子齿轮16接合。更具体地，摇摆齿30构造为与定子齿轮32啮合。在输入板12在第一旋转方向上旋转的情况中，摇摆齿的第一啮合表面可与定子齿的第一啮合表面啮合。即，可具有由定子齿轮通过该多个定子齿的第一啮合表面和该多个摇摆齿的第一啮合表面之间的相互作用而施加在摇摆板上的接触力。这些接触力可导致摇摆板在第一旋转方向上旋转并在第一章动方向上章动。

通常，定子齿轮具有n个定子齿，摇摆板具有m个摇摆齿，其中，n和m是相差一个或多个的整数，但是通常相差一个。当摇摆板围绕定子齿轮章动时，该多个摇摆齿中的每个齿在单次章动的过程中可与该多个定子齿中的一个齿啮合。当可具有比摇摆齿多一个的定子齿时，摇摆板在单次章动的过程中可稍微旋转。

具体地，摇摆板在摇摆板的单次章动的过程中可旋转完整旋转的1/m。换句话说，如果摇摆板旋转完整旋转的1/m，那么可能由于与输入板的相互作用的原因，摇摆板可完成一次完整章动。因此，摇摆板和定子齿轮可按照m:1的齿轮比相互作用。对于摇摆板的每m次章动，摇摆板可精确地旋转一次。因此，所公开的系统的齿轮比可分别由摇摆板和定子齿轮的齿数m和n决定。

摇摆板和定子齿轮可构造为使得，任何施加于其之间的接触力将指向与位于垂直于旋转轴线的平面中的圆相切的方向。接触力可指向基本上垂直于摇摆轴线22且基本上垂直于从摇摆齿30和定子齿32之间的接触点延伸到摇摆轴线22的径向线的方向。

定子齿32和摇摆齿30的楔形形状限定互补的锥形表面，并且导致齿以一角度啮合，使得如果驱动器10经历振动或位移，那么从啮合产生的接触力迫使摇摆板14回到与定子齿轮16对准。因此齿以自对准的方式啮合，使得当摇摆板围绕定子章动时，摇摆角保持恒定。

摇摆板14和定子齿轮16的形状基本上是圆形的，摇摆板在定子上的投影由于其不同的定向而是椭圆形的。该多个摇摆齿30和定子齿32可通过将该虚拟椭圆投射在齿位上而显示轮廓。因此，摇摆板14在定子16上的椭圆形投影可限制于非偏心旋转。如果允许的话，偏心运动可能会驱动大的不平衡力，该力产生不可接受的系统性能。

摇摆板驱动器可理解为是由用于摇摆板的欧拉方程控制的机械受限系统，该欧拉方程产生旋转惯性参考系。考虑欧拉z轴方程，

其中，T是扭矩，I是转动惯量，ω是角速度。此方程表明，根据扭矩的方向，轴线将经历相反的旋转。扭矩，或者动能，可进入系统并作为相反的旋转而被接受。在改变摇摆板14的动量矢量时可使用输入能量。

摇摆齿30和定子齿32可构造为对摇摆板14的运动提供机械约束，例如齿的啮合表面可由圆和椭圆的复合渐开线限定。在这种构造中，摇摆板的最大可能的旋转速度小于或等于满足欧拉方程的常微分方程(solution)所需的速度。当摇摆板受到加速时，这产生用来增加摇摆角的力。通过与输入板12接触来平衡该力，从而保持摇摆角恒定。

换句话说，当章动的摇摆板通过与输入板接合而经历扭矩时，摇摆角将趋向于增加。输入板与定子以预定距离隔开，使得其相对于定子齿轮限制摇摆板。因此摇摆角保持恒定，并且当摇摆板围绕定子章动时，摇摆板上没有部分离定子齿轮的距离大于该预定距离。

在本教导中描述的代表性的摇摆板驱动器可储存并吸收输入扭矩，或者可输出有限的量的所储存的扭矩。在第一种情况中，输入板12的输入齿34与摇摆板14的端面齿28啮合，以导致摇摆板旋转。摇摆板的摇摆齿30与定子齿轮16的定子齿32啮合，以引起摇摆板的章动。摇摆板当章动时储存并吸收输入扭矩。

可根据通过使摇摆板投射在定子上而形成的虚拟椭圆来考虑摇摆板驱动器。摇摆板14和定子16通常可具有一个接触点。虚拟椭圆的边缘可在三个维度中限定椭圆接合的摇摆板和定子的连续接触线。在包含摇摆轴线22和旋转轴线20之间的角度的四倍的摇摆板章动运动下，虚拟椭圆的形状可保持不变。当章动出现时，仅由欧拉方程定义的接触线的旋转系可前进(advance)。接触线上的每个点可落在复合几何畸变渐开线函数上，并且该函数在旋转和章动下都可以是对称的，从而允许将连续能量转移到虚拟椭圆和从虚拟椭圆转移连续能量。

当惯性系旋转时，虚拟椭圆可以是静态的，接触线上的所有点以恒定的角速率在其自身的水平平面中旋转。在章动过程中看到的摇摆板14的径向边缘上的点可表现出带有不断变化的速度的竖直运动。此速度的变化可能需要摇摆板的惯性的恒定加速，从而将动能输入吸收到系统。

在摇摆板驱动器输出所储存的扭矩的第二种情况中，摇摆板的旋转可导致输入板旋转。在此情况中，摇摆板14旋转并章动，但是输入板12不经历外部扭矩。

当摇摆板在第一方向上旋转时，摇摆齿的第一从动面可与输入齿的第一驱动面啮合。即，可具有由摇摆板通过该多个端面齿的第一从动面和该多个输入齿的第一驱动面之间的相互作用而施加在输入板上的接触力。这些接触力可导致输入板在第一方向上旋转。换句话说，可认为输入板是输出板。

实例2：

可从图4和图5中的不同角度看到自对准虚拟椭圆驱动器的另一实施例，并且通常用110表示。驱动器110包括输入电机112、摇摆板114、定子齿轮116以及输出板118。电机112限定旋转轴线120，定子齿轮116和输出板118围绕旋转轴线居中设置。摇摆板114相对于旋转轴线以非零角度设置。

摇摆板114具有基本上平坦的后面124并具有带有多个端面齿128及多个摇摆齿130的前面126。端面齿128设置在前面126上，并且摇摆齿130在面124和126之间设置在摇摆板的周缘周围，位于与摇摆轴线垂直的平面中。摇摆齿130和端面齿128在平行于摇摆轴线122(图6所示)的同一方向上延伸。

当装配驱动器110时，电机112与摇摆板114的后面124接合，以引起摇摆板围绕定子116章动。定子(其也可叫做定子齿轮)包括多个定子齿132，其构造为与摇摆齿130啮合，从而引起摇摆板旋转。输出板118包括构造为与端面齿128啮合的多个输出齿134，从而摇摆板引起输出板也旋转。以此方式，电机112可通过由摇摆板114和定子116之间的第一齿轮比及摇摆板114和输出板118之间的第二齿轮比确定的扭矩使输出板118旋转。

在图4和图5中绘出的实施例中，输入电机112是带有基本上平坦的表面136并包括耦接到该平坦表面的第一盒式(cartridge)轴承138和第二盒式轴承140的电动机，该基本上平坦的表面与旋转轴线120垂直。在图4中可最佳地看到轴承138、140。第一轴承可与第二轴承成角度地隔开89度，如相对于旋转轴线120测量的。轴承可邻近平坦表面136的径向边缘而耦接到该平面。

轴承138、140从表面136延伸，使得轴承138或轴承140与摇摆板的后面124接触。此接触位于与电机和摇摆板之间的最近接近点成角度地隔开45度的点处，如相对于旋转轴线测量的。轴承构造为与摇摆板114的后面124滚动接触，从而与摇摆板接合以引起章动。

在其他未绘出的实施例中，可在电机112的平坦表面136上形成单个圆形凸起(而不是两个凸起)。圆形凸起可在与最近接近点成角度地隔开45度的点处与摇摆板114接触，如相对于旋转轴线测量的。其他实施例可包括两个由80度和100度之间的角度隔开的凸起，但是并非必须精确地是89度。另一些实施例可包括三个或更多个从平坦表面136延伸的凸起。

不管圆形凸起的数量如何，可在电机112和摇摆板114之间设置润滑剂，以减小圆形凸起和摇摆板的后面124之间的摩擦。而且，凸起可采用任何形状，或者可包括趋向于提供一个或多个凸起与摇摆板114的低摩擦滚动接合的任何机构。

如图6所示，摇摆板114具有类似于盘的形状，带有后面124、前面126和中央轴线或者摇摆轴线122。使摇摆板114对准，以使得摇摆轴线122与旋转轴线120形成非零角度。后面124与旋转轴线垂直，而前面126限定与后面平行的平面。如图4至图5所示，后面124大致面向输入电机112，并且前面126大致背对电机。

回到图4至图5，将该多个摇摆齿130在后面124和前面126之间设置在摇摆板114的周缘周围，并且设置在与摇摆轴线122垂直的平面中。摇摆齿在径向方向上从摇摆板的外柱面158远离摇摆轴线地延伸。摇摆齿还在轴向方向上从摇摆齿底座160沿着摇摆轴线延伸。摇摆齿底座可以是大约环形的构件，其耦接到摇摆板或者与摇摆板制成一体。该多个摇摆齿可从柱面158和摇摆齿底座160两者延伸。使摇摆齿连接到柱面或摇摆齿底座中的任一个或该两者可使该多个摇摆齿具有物理支撑或者一定程度的刚度。可选择任何合适数量的摇摆齿30。

每个摇摆齿130包括第一啮合表面，并在齿的相对侧上包括第二啮合表面。每个表面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者由一个或多个带有曲率的表面组成。摇摆齿130的一个或两个啮合表面可由圆和椭圆的复合渐开线限定，如将在下面更详细地讨论的。另选地，曲线可以是虚拟椭圆在对于0和2π弧度之间的所有角度的齿位上的投影。

另外，每个摇摆齿130包括啮合部分和支撑底座。啮合部分包括第一啮合表面和第二啮合表面。支撑底座使啮合部分连接到摇摆齿底座160。

对于该多个摇摆齿130和定子齿132中的每个齿，第一啮合表面和第二啮合表面中的一个或两个可由圆和椭圆的复合渐开线限定。即，第二啮合表面的曲线可由第一方程定义：

其中，C是可与摇摆板的半径成比例的常数，

可采用从0到π/2弧度的值，D可以是小于1的正常数。D可具有大约0.65的值，尽管其他值也是可能的。可使以上方程(1)标准化以统一。

另选地，第二啮合表面的曲线可由第二方程定义：

其中，C是可与摇摆板的半径成比例的常数，

可采用从0到π/2弧度的值，D可以是小于1的正常数。D可具有大约0.65的值，尽管其他值也是可能的。

可使以上方程(2)标准化到摇摆板的半径。第二啮合表面的曲线可以是虚拟椭圆在对于0和2π弧度之间的所有角度的齿位上的投影。第一啮合表面的曲线可以是第二啮合表面的曲线的镜像，反射在通过齿的顶点并包含旋转轴线的平面上。而且，第一啮合表面和第二啮合表面可在每个齿的顶点平滑地接触。因此齿的横截面形状可由圆和椭圆的复合渐开线限定。

如图6中描绘的，摇摆板114的前面126包括环形摇摆表面164，其在所描绘的实施例中是截锥形表面。即，环形摇摆表面164相对于与摇摆轴线122垂直的平面成角度，使得环形摇摆表面上的每个点包括截锥线，截锥线可延伸到位于摇摆轴线上的截锥形顶点。环形摇摆表面164的截锥形顶点与摇摆板114的质心重合。在其他实施例中，摇摆表面可具有不同的形状。

多个端面齿128或者一组端面齿设置在环形摇摆表面164上。可选择任何合适数量的端面齿128，并且端面齿的数量可以比输出齿134的数量更多、更少或者与其相同。在所描绘的实施例中，具有相等数量的端面齿128和输出齿134。每个端面齿包括两个驱动面，其可以是平面的，由不止一个平面组成，或者可由一个或多个带有曲率的表面组成。

再次参考图4至图5，定子齿轮116具有底座148，并且底座包括内柱面150和定子齿底座152。底座148可包括附接点，其构造为使定子116可操作地耦接到使用驱动器110的任何装置的其余部分。定子116在该装置的环境内可以是固定的。定子齿轮限定与旋转轴线120基本上对准(由此也与输出轴线基本上对准)的定子轴线154。将定子设置在摇摆板114和输出板118之间。

定子116具有部分地由内柱面150限定的内部体积156。内部体积156可构造为容纳摇摆板114的一部分或全部，如下面更详细地描述的。

定子齿132可设置在内柱面150和定子齿底座152中的任一个或者两个上。定子齿在径向方向上从内柱面朝向旋转轴线延伸到内部体积156中。定子齿还在轴向方向上从定子齿底座152沿着旋转轴线延伸。取决于应用和预期齿轮比，可选择任何合适数量的定子齿。定子齿的数量可以比摇摆齿130的数量更多、更少或者与其相同。

该多个定子齿中的每个齿相对于旋转轴线120可具有近端和远端。定子齿的远端可耦接到内柱面150。每个齿包括第一啮合表面，并在齿的相对侧上包括第二啮合表面。每个啮合表面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者由一个或多个带有曲率的表面组成。

定子齿132的一个或两个啮合表面可由圆和椭圆的复合渐开线限定，如之前描述的。另选地，曲线可以是虚拟椭圆在对于0和2π弧度之间的所有角度的齿位上的投影。

该多个定子齿轮132中的每个齿包括啮合部分和支撑底座。啮合部分包括第一啮合表面和第二啮合表面。支撑底座使啮合部分耦接到定子齿底座152。

如图4至图5中描绘的，输出板118包括多个设置在环形输出表面162上的输出齿134。输出板118还具有与旋转轴线120基本上对准的输出轴线。

在图5中最佳地看到，输出表面162是截锥形的。即，环形输出表面162相对于与旋转轴线120垂直的平面成角度，使得环形输出表面上的每个点包括截锥线，截锥线可延伸到位于旋转轴线上和输出板118前面的截锥形顶点。当上述元件装配到驱动器110中时，环形输出表面162的截锥形顶点与摇摆板114的质心重合。在其他实施例中，输出表面可具有不同的形状，例如带有不同顶点的截锥形的或柱形的。

可选择任何合适数量的输出齿134，并且输出齿的数量可以比端面齿128的数量更多、更少或者与其相同。每个输出齿包括两个从动面，每个从动面可以是平面的，由不止一个平面组成，或者可由一个或多个带有曲率的表面组成。

图7至图8是驱动器110的剖视图，示出了处于装配构造中的电机112、摇摆板114、定子齿轮116以及输出板118。使电机和输出板沿着定子轴线154对准。即，使旋转轴线、输出轴线和定子轴线基本上对准。可将摇摆板和摇摆轴线122相对于定子轴线以任何预期的且合适的非零角度设置。当摇摆板114围绕定子116和输出板118章动时，摇摆板的质心是基本上固定的。

图8是位于从图7的横截面的平面围绕定子轴线154旋转45度的平面中的横截面，并且已经放大每个中的角度以更清楚地显示部件之间的关系。

摇摆板114构造为与定子齿轮116啮合。更具体地，摇摆齿130构造为与定子齿132啮合。在电机112在第一旋转方向上旋转的情况中，摇摆齿的第一啮合表面可与定子齿的第一啮合表面啮合。即，可具有由定子齿轮通过该多个定子齿的第一啮合表面和该多个摇摆齿的第一啮合表面之间的相互作用而施加在摇摆板上的接触力。这些接触力可导致摇摆板在第一旋转方向上旋转并在第一章动方向上章动。

通常，定子齿轮具有n个定子齿，摇摆板具有m个摇摆齿，其中，n和m是相差一个或多个的整数，但是通常相差一个。当摇摆板围绕定子齿轮章动时，该多个摇摆齿中的每个齿在单次章动的过程中可与该多个定子齿中的一个齿啮合。当可具有比摇摆齿多一个的定子齿时，摇摆板在单次章动的过程中可稍微旋转。

具体地，摇摆板在摇摆板的单次章动的过程中可旋转完整旋转(completerotation)的1/m。换句话说，如果摇摆板旋转完整旋转的1/m，那么可能是由于与电机的相互作用的原因，摇摆板可完成一次完整章动。因此，摇摆板和定子齿轮可按照m:1的齿轮比相互作用。对于摇摆板的每m次章动，摇摆板可精确地旋转一次。因此，所公开的系统的齿轮比可分别由摇摆板和定子齿轮的齿数m和n确定。

摇摆板和定子齿轮可构造为使得，任何施加于其之间的接触力将指向与位于垂直于旋转轴线的平面中的圆相切的方向。接触力可指向基本上垂直于摇摆轴线122且基本上垂直于从摇摆齿130和定子齿132之间的接触点延伸到摇摆轴线122的径向线的方向。

摇摆板114和定子齿轮116的形状基本上是圆形的，摇摆板在定子上的投影由于其不同的定向而是椭圆形的。该多个摇摆齿130和定子齿132可通过将该虚拟椭圆投射在齿位上而显示轮廓。因此摇摆板114在定子116上的椭圆形投影可限制于非偏心旋转。如果允许的话，偏心运动可能会驱动大的不平衡力，该力产生不可接受的系统性能。

摇摆板114还构造为，通过端面齿128和输出齿134的啮合而与输出板118接合。当摇摆板在第一旋转方向上旋转时，摇摆齿的第一驱动面可与输出齿的第一从动面啮合。即，可具有由摇摆板通过该多个端面齿的第一驱动面和该多个输出齿的第一从动面之间的相互作用而施加在输出板上的接触力。这些接触力可导致输出板在第一旋转方向上旋转。当摇摆板在第二旋转方向上旋转时，摇摆齿的第二驱动面和输出齿的第二从动面之间的接触力可导致输出板在第二旋转方向上旋转。

在代表性的摇摆板驱动器110中，输出板和摇摆板具有相同的齿数，即，输出齿的数量等于端面齿的数量。因此，在所描绘的实施例中，输出板和摇摆板相互作用并按照1:1的齿轮比旋转。即，对于摇摆板的每次完整旋转，输出板也精确地完成一次完整旋转。对于输出齿和端面齿的数量的其他选择也是可能的，并且将导致其他值的输出齿轮比。

摇摆板114和输出板118可构造为，使得任何施加于其之间的接触力将指向与位于垂直于旋转轴线的平面中的圆相切的方向。例如，接触力可指向基本上垂直于摇摆轴线122且基本上垂直于从端面齿128和输出齿134之间的接触点延伸到摇摆轴线122的径向线的方向。

通过构造摇摆板和输出板使得其之间的接触力指向这些方向，可避免偏心力。偏心力可能会导致该多个端面齿从该多个输出齿脱离，或者可能会导致摇摆板的质心振荡，从而将不希望有的振动引入驱动系统。

摇摆板114可具有0度位置或者点142，其可以是摇摆板上的离输出板118最远的位置或点，如在平行于旋转轴线120的方向上测量的。在0度位置处，如图7所示，摇摆板114可最接近电机112。摇摆板114可具有90度位置或点，其可以在沿第一章动方向从0度位置开始围绕摇摆板的路线的四分之一处。例如，如从输出板附近的摇摆板上方的有利点(vantagpoint)观察到的，90度位置可以是沿逆时针方向摇摆板的周缘周围的九十度。继续围绕摇摆板的周缘，180度位置或者点144可位于摇摆板的与0度位置142相对的侧面上。180度位置可标记摇摆板到输出板和定子齿轮的最近接近点及离电机最远距离的点。270度位置或点可位于摇摆板的与90度位置相对的侧面上。

可这样设置电机112，使得0度点142在设定时刻与电机在轴承138、140(未示出)之间的平坦表面136接触，如在图7中描绘的。在同一时刻，轴承138、140中仅有一个可在点146与摇摆板114的后面124接触，如在图8中描绘的。电机可构造为使轴承围绕定子轴线154旋转，从而导致摇摆板114围绕定子齿轮116章动，其中摇摆轴线122围绕定子轴线旋动(precess)。因此轴承和摇摆板114之间的接触点146可在180度点144前面移动。

在电机在第一方向上旋转的情况中，轴承38可在0度位置142和270度位置之间的点处与摇摆板的后面124接触，并且可与摇摆板接合以导致摇摆板在第一方向上章动。图8示出了这种情况中的轴承138。在电机在第二方向上旋转的情况中，轴承140可在0度位置142和90度位置之间的点处与摇摆板的后面124接触，并且可与摇摆板接合以导致摇摆板在第二方向上章动。

当驱动器110在使用中时，摇摆板114通常将章动并且还旋转。可将摇摆板描述为构造为围绕定子齿轮116章动，围绕电机112章动，和/或围绕输出板118章动。在摇摆板在第一章动方向上章动的情况中，摇摆板的0度位置可朝向90度位置的当前位置移动，使得在完整章动的四分之一之后，90度位置已经变成0度位置，180度位置已经变成90度位置，等等。而且，摇摆板可以不以其章动的相同速率旋转。即，当摇摆板完成单次完整章动时，0度位置可前进摇摆板的整个周缘的距离。在此同时的过程中，摇摆板可旋转小于一个完整旋转。旋转速率可由章动速率及由摇摆齿130和定子齿轮116之间的齿轮比确定。

在当摇摆板章动时的任何时刻，摇摆齿130可沿着定子齿轮的四分之一与定子齿132啮合。此啮合可以是滚动接触的形式，其中第一啮合表面沿着彼此滚动。此滚动接触可与许多标准齿轮接合(其中齿轮齿的相对的面经由滑动接触相互作用)相反。通常，假设涉及相同的两个表面，滚动接触具有比两个表面之间的滑动接触小得多的摩擦。

当在第一章动方向上章动时，摇摆齿130可仅在0度位置和270度位置之间与定子齿132接触，并且此接触可限于该多个摇摆齿和定子齿的子集之间的滚动接触。因此，摇摆板可围绕定子以比滑动接触的情况中小的摩擦章动。这种构造可导致章动运动或能量到旋转运动或能量的有效转移。

类似地，在当摇摆板章动时的任何时刻，端面齿128可仅沿着输出板的四分之一与输出齿134啮合。当摇摆板在第一方向上章动时，端面齿和输出齿可在180度位置144和90度位置之间啮合。通过此啮合，摇摆板114可导致输出板118在与摇摆板相同的方向上旋转。在所绘出的实施例中(其中端面齿128和输出齿134之间的齿轮比是1)，输出板118也可以以与摇摆板114相同的速度旋转。因此可将电机112的旋转以更高的扭矩转移到输出板118。

实例3：

图9是通常用210表示的自对准虚拟椭圆驱动器的另一实施例的电机212和摇摆板214的示意图。图9的实施例可与在实例2中描述的摇摆板驱动器110类似，并且驱动器110的各种特征和好处的讨论整体上关于驱动器210将不再重复。类似的部件可类似地编号，但是增加200。

摇摆板214具有摇摆轴线222、基本上平坦的后面、带有多个端面齿的前面、以及在平坦面和前面之间设置在摇摆板的周缘周围的多个摇摆齿。端面齿和摇摆齿未在图9中表示，但是例如可以如图6所示。摇摆板驱动器进一步包括带有输出齿的输出板和带有定子齿的定子，其未绘出，但是可以如之前在实例2中描述的(见图4至图5)。

电机212具有电机轴线220。摇摆板构造为围绕电机章动，摇摆轴线围绕电机轴线旋动。即，摇摆板214具有相对于电机的移动的最近接近点242。移动的最近接近点242可在由箭头243指示的章动方向上围绕电机轴线220移动。

在代表性的驱动器210中，摇摆板214围绕电机212的章动由施加至摇摆板的电磁力驱动。这些力来源于电机并在一位置处施加至摇摆板，该位置沿章动方向243在移动的最近接近点242前面。

将由图9中的箭头245指示的力在引导点246处施加至摇摆板214，该引导点距离移动的最近接近点242 90度。力245是吸引力，并且可指向电机212或者沿着平行于电机轴线220的方向。当摇摆板章动且0度位置242和引导点246都围绕摇摆板移动时，力245也围绕摇摆板移动，使得力245总是邻近引导点246被施加至摇摆板。即，所施加的力245可以说是沿章动方向243在移动的最近接近点前面。在摇摆板的移动的最近接近点前面施加的力导致摇摆板的章动。

力245是摇摆板214的材料对由电机212产生的电磁场的反应的结果。电机包括永磁体和一组电磁线圈。永磁体和这组电磁线圈共同构造为在电机和摇摆板之间产生磁场。即，在电机212和摇摆板214之间的间隙266中产生磁场。摇摆板由构造为响应于磁场的磁敏材料制成。在存在磁场时，磁敏材料可变得使其本身磁化。摇摆板通过经历诸如力245的力而作出反应。

施加至摇摆板的力可与摇摆板和电机之间的磁场的通量密度成比例。为了影响在移动的最近接近点242前面的移动位置施加的力，永磁体和这组电磁线圈可构造为在章动方向243上在移动的最近接近点前面的移动位置处产生带有最高通量密度的磁场。电磁线圈可构造为使得当摇摆板章动时，磁场的最高通量密度保持在移动的最近接近点的前面。

图10是电机212的等距分解图的图示。电机包括永磁体268、电机磁芯270、一组磁敏极片272以及一组电磁线圈274。可相对于电机轴线描述电机212的部件的相对设置和定向。术语“轴向地”将指的是与电机轴线220平行的线性方向。术语“径向地”将指的是与电机轴线220垂直的线性方向。术语“周向地”将指的是围绕电机轴线的角方向，但不是沿着电机轴线或者远离电机轴线的角方向。

永磁体268可具有任何合适的形状，并且可构造为产生任何合适的磁场。在绘出的实例中，永磁体是柱形的，其中电机轴线220作为对称轴线，并且永磁体包括沿着电机轴线通过永磁体的通道276。永磁体268可由任何合适的铁磁材料构成。永磁体268具有基本上沿着电机轴线220对准的北磁极和南磁极。由永磁体产生的磁场可叫做初级磁场。

电机磁芯270设置在永磁体268下方。电机磁芯270可由当放在磁场中时能够获得磁矩的磁敏材料形成。例如，电机磁芯270可由电工钢或电工铁制成。电机磁芯270可具有任何合适的形状。在绘出的实例中，电机磁芯是柱形的，其中电机轴线220作为对称轴线，且电机磁芯的半径与永磁体268的半径匹配。电机磁芯包括与通过永磁体的通道276对准的通道278。

电机212包括设置在永磁体268和电机磁芯270之间的水平垫片280。水平垫片280可限制从永磁体转移到电机磁芯的磁场，并且可帮助调节由电机212产生的磁场的大小。

这组磁敏极片272周向地分配在电机磁芯270周围。极片272可将电机212内的磁场从电机的一个部件引导到另一个部件。极片可由任何合适的磁敏材料制成，例如电工钢。可具有任何合适数量的极片。图10所示的实施例包括十二个极片。极片可具有任何合适的形状。图10所示的十二个极片是楔形的，并且可另选地描述为楔形件。极片272由一组竖直垫片282隔开，这些垫片帮助隔离竖直垫片之间的极片中的磁场。

这组磁敏极片272共同具有上表面区域284。可将极片的大小和结构构造为使得上表面区域的大小是预定多个永磁体268的上表面区域。在一些实施例中，极片的上表面区域284可以是永磁体的上表面区域的三倍。

这组电磁线圈274周向地设置在电机磁芯270周围及电机磁芯和磁敏极片272之间。这组电磁线圈包括第一组电磁线圈和第二组电磁线圈。在绘出的实例中，第一组电磁线圈包括三个内电磁线圈286，第二组电磁线圈包括三个外电磁线圈288。三个外电磁线圈288设置在内电磁线圈286和这组磁敏极片272之间。第一组电磁线圈和第二组电磁线圈可包括任何合适数量的线圈，包括两个、三个和多于三个线圈。第一组电磁线圈和第二组电磁线圈中的线圈的数量不需要相同。

第一组电磁线圈286中的每个与第二组电磁线圈288的一对相邻的电磁线圈中的每个周向地重叠。第二组电磁线圈288中的每个与第一组电磁线圈286的一对相邻的电磁线圈中的每个周向地重叠。这组电磁线圈274中的每个具有与电机轴线220垂直地定向的线圈轴线290。每个电磁线圈包括一个或多个围绕线圈轴线290形成多个闭环的导体。当这组电磁线圈中的每个携带电流时，每个线圈在线圈内产生基本上平行于线圈轴线定向的磁场。

如果内电磁线圈286和外电磁线圈288如上所述地周向地重叠，那么由一个电磁线圈产生的磁场线可穿过由另一个电磁线圈限定的一个或多个闭环。由一个内电磁线圈286产生的磁场的部分可穿过一对相邻的外电磁线圈288中的每个。如果在这对相邻的外电磁线圈之间具有角间隙292，那么由内电磁线圈产生的磁场的一部分可不穿过这对相邻的外电磁线圈中的任一个。

类似地，由一个外电磁线圈288产生的磁场的部分可穿过一对相邻的内电磁线圈286中的每个。如果在这对相邻的内电磁线圈之间具有角间隙294，那么由外电磁线圈产生的磁场的一部分可不穿过这对相邻的内电磁线圈中的任一个。

电机212包括设置在永磁体和这组磁敏极片272上方的上构件296。上构件可覆盖极片的上表面区域和永磁体的上表面区域。上构件包括通道298，其与通过永磁体的通道276基本上对准。上构件296可由任何合适的材料制成，例如诸如电工钢的磁敏材料。

由电机产生的磁场在轴向方向上进入和离开上构件。摇摆板214设置有邻近上构件296的基本上平坦的后面，在电机和摇摆板之间具有间隙。磁场线在基本上轴向的方向上通过上构件离开电机，穿过电机和摇摆板之间的间隙，经过摇摆板，再次穿过摇摆板和电机之间的间隙，并且在基本上轴向的方向上通过上构件进入电机。

当电机212引起摇摆板章动时，摇摆板214的摇摆齿和定子的定子齿可啮合以导致摇摆板旋转。摇摆板214的端面齿和输出板的输出齿可啮合以导致输出板在与摇摆板相同的方向上旋转。因此可将电机212的电磁能量转换成输出板的旋转。

操作方式/应用

图11描绘了一种用于操作自对准虚拟椭圆驱动器的方法，通常用300表示。在步骤302，方法300包括：提供带有输入齿的输入板，提供带有摇摆齿和端面齿的摇摆板，并且提供带有定子齿的定子齿轮。例如如图1所示和以上在实例1中描述地构造并装配输入板、摇摆板和定子齿轮，或者以任何其他合适的符合本教导的方式和构造来构造并装配输入板、摇摆板和定子齿轮。

在步骤304，方法300包括使输入板围绕旋转轴线旋转。在步骤306，方法300包括使输入齿与端面齿啮合，从而导致摇摆板旋转。可将输入齿和端面齿设置在形成两个互补锥体的截锥形表面上，使得齿的啮合导致互补锥体回到对准。在步骤308，方法300包括使摇摆齿与定子齿啮合，从而导致摇摆板章动。摇摆齿和定子齿可以是楔形的，这些齿形成两个互补锥体，使得齿的啮合导致互补锥体回到对准。

可使输入板以预定距离与定子隔开，以相对于定子齿轮限制摇摆板，使得摇摆角保持恒定，并且摇摆板上没有部分离定子齿轮的距离可大于该预定距离。

在一些实施例中，该方法可包括通过使摇摆板章动来驱散旋转能量。在其他实施例中，该方法可进一步包括停止输入板的旋转，然后允许章动并旋转的摇摆板的惯性能量使输入板旋转。

图12描绘了另一种用于操作自对准虚拟椭圆驱动器的方法，通常用400表示。在步骤402，方法400包括：提供电机，其在基本上平坦的表面上可包括至少一个圆形凸起，并且可限定旋转轴线；提供带有摇摆齿和端面齿的摇摆板；提供带有定子齿的定子齿轮；并且提供带有输出齿的输出板。例如如图4至图8所示和以上在实例2中描述地构造并装配电机、摇摆板、定子齿轮和输出板，或者以任何其他合适的符合本教导的方式和构造来构造并装配电机、摇摆板、定子齿轮和输出板。

在步骤404，方法400包括使电机通电，电机可围绕旋转轴线旋转。在步骤406，方法400包括使电机与摇摆板接合。该接合可包括使电机的一个或多个圆形凸起与摇摆板的基本上平坦的表面接合，从而导致摇摆板章动。在步骤408，方法400包括使摇摆齿与定子齿啮合，从而导致摇摆板旋转。在步骤410，方法400包括使摇摆板的端面齿与输出板的输出齿啮合，从而导致输出板旋转。

可将输入齿和端面齿设置在形成两个互补锥体的截锥形表面上，使得齿的啮合导致互补锥体回到对准。摇摆齿和定子齿可以是楔形的，这些齿形成两个互补锥体，使得齿的啮合导致互补锥体回到对准。

在一些实施例中，该方法可进一步包括，停止电机的旋转并允许输出板停止。该方法可进一步包括，使电机通电以围绕旋转轴线在第二旋转方向上旋转，从而使输出板在第二方向上旋转。

方法400还可用于操作符合在实例3中描述的构造的自对准虚拟椭圆驱动器。在步骤402，例如，方法400可包括：提供具有永磁体和一组限定中央轴线的电磁线圈的电机；提供带有摇摆齿和端面齿的磁敏材料的摇摆板；提供带有定子齿的定子齿轮；并且提供带有输出齿的输出板。如以上在实例3中描述地构造并装配电机、摇摆板、定子齿轮和输出板，或者以任何其他合适的符合本教导的方式和构造来构造并装配电机、摇摆板、定子齿轮和输出板。

当连同磁力使用方法400时，那么在步骤404，方法400可包括使电机通电，这在电机和摇摆板之间产生在移动位置处带有最高通量密度的磁场。在步骤406，方法400在此情况中包括，通过用电机的磁场使摇摆板的磁敏材料磁化，来使电机与摇摆板接合，从而在摇摆板上施加力。可在最高通量密度的移动位置处施加力，从而在摇摆板和电机之间产生最近接近点，并且导致摇摆板章动。

在步骤408，方法400包括使摇摆齿与定子齿啮合，从而导致摇摆板旋转。在步骤410，方法400包括使摇摆板的端面齿与输出板的输出齿啮合，从而导致输出板旋转。在一些实施例中，该方法可进一步包括停止电机的旋转并允许输出板停止。当连同磁力使用时，该方法可进一步包括使电机通电以使最高通量密度的移动位置在相反的方向上移动，从而使输出板在第二方向上旋转。

根据本教导的使用方法可连同任何之前描述的机械虚拟椭圆驱动器实施例使用。虽然已经在图11至图12中描述并描绘了方法300和400的各种步骤，但是这些步骤无需必须全部执行，在一些情况中可以与所示顺序不同的顺序执行，在一些情况中可同时执行。

进一步，本公开包括根据以下款项的实施例：

款项1：一种摇摆板驱动器，包括：定子齿轮，具有中央定子轴线和设置在内柱面上的多个定子齿；摇摆板，具有相对于定子轴线以非零摇摆角设置的摇摆轴线、垂直于摇摆轴线的接合面、设置在接合面上的多个端面齿以及设置在摇摆板的周缘周围并构造为与定子齿啮合的多个摇摆齿；以及输出板，基本上与定子轴线对准并具有构造为与端面齿啮合的多个输出齿；其中，该多个齿中的至少两者构造为以自对准的方式彼此啮合，使得当摇摆板围绕定子齿轮章动时，摇摆角保持恒定。

款项2：根据款项1所述的摇摆板驱动器，其中：至少一个摇摆齿是楔形的，其中该至少一个摇摆齿的表面限定可延伸通过摇摆板的质心的第一线；并且至少一个定子齿是楔形的，其中该至少一个定子齿的表面限定可延伸通过摇摆板的质心的第二线。

款项3：根据款项1所述的摇摆板驱动器，其中：端面齿设置在摇摆板的截锥形表面上，使得摇摆板的质心与摇摆板的截锥形表面的顶点重合；并且输出齿设置在输出板的截锥形表面上，使得摇摆板的质心与输出板的截锥形表面的顶点重合。

款项4：根据款项1所述的摇摆板驱动器，其中，摇摆板被限制为使得在章动过程中摇摆板上没有部分离定子齿轮的距离大于一预定距离。

款项5：根据款项1所述的摇摆板驱动器，其中，摇摆齿和端面齿在平行于摇摆轴线的相反方向上延伸，并且摇摆板设置在定子齿轮和输出板之间。

款项6：根据款项1所述的摇摆板驱动器，其中，摇摆齿和端面齿在平行于摇摆轴线的相同方向上延伸，并且定子齿轮设置在摇摆板和输出板之间。

款项7：根据款项6所述的摇摆板驱动器，进一步包括电机，其构造为引起摇摆板围绕定子齿轮的章动，其中，摇摆板围绕定子齿轮的章动导致摇摆板旋转，并且摇摆板的旋转导致输出板旋转。

款项8：根据款项7所述的摇摆板驱动器，其中：电机是具有基本上平坦的表面和从基本上平坦的表面延伸的至少一个圆形凸起的电动机；摇摆板具有与接合面相对的基本上平坦的面；并且该至少一个圆形凸起构造为与摇摆板的基本上平坦的面接合。

款项9：根据款项7所述的摇摆板驱动器，其中：电机包括永磁体和一组电磁线圈；摇摆板由磁敏材料制成；并且永磁体和这组电磁线圈共同构造为在电机和摇摆板之间产生在一移动位置处带有最高通量密度的磁场。

款项10：一组摇摆板驱动器，包括：定子齿轮，具有中央定子轴线和设置在内柱面上的多个定子齿；摇摆板，具有相对于定子轴线以非零摇摆角设置的摇摆轴线、垂直于摇摆轴线的接合面、设置在接合面上的多个端面齿、以及在与接合面和摇摆轴线垂直的平面中设置在摇摆板的周缘周围的多个摇摆齿；以及输出板，基本上与定子轴线对准并具有构造为与端面齿啮合的多个输出齿；以及用于使定子齿与摇摆齿自对准啮合的装置，使得当摇摆板围绕定子齿轮章动时摇摆角保持恒定。

款项11：根据款项10所述的摇摆板驱动器，其中：至少一个摇摆齿是楔形的，其中该至少一个摇摆齿的表面限定可延伸通过摇摆板的质心的第一线；并且至少一个定子齿是楔形的，其中该至少一个定子齿的表面限定可延伸通过摇摆板的质心的第二线。

款项12：根据款项10所述的摇摆板驱动器，其中：端面齿设置在摇摆板的截锥形表面上，使得摇摆板的质心与摇摆板的截锥形表面的顶点重合；并且输出齿设置在输出板的截锥形表面上，使得摇摆板的质心与输出板的截锥形表面的顶点重合。

款项13：根据款项10所述的摇摆板，其中，摇摆板被限制为使得在章动过程中摇摆板上没有部分离定子齿轮的距离大于一预定距离。

款项14：根据款项10所述的摇摆板驱动器，其中，摇摆齿和端面齿在平行于摇摆轴线的相反方向上延伸，并且摇摆板设置在定子齿轮和输出板之间。

款项15：根据款项10所述的摇摆板驱动器，其中，摇摆齿和端面齿在平行于摇摆轴线的相同方向上延伸，并且定子齿轮设置在摇摆板和输出板之间。

款项16：一种操作摇摆板驱动器的方法，包括：提供定子齿轮、摇摆板以及输出板；使定子齿轮的多个定子齿以自对准的方式与摇摆板的多个摇摆齿啮合；使摇摆板的多个端面齿以自对准的方式与输出板的多个输出齿啮合；以及引起摇摆板围绕定子齿轮的章动。

款项17：根据款项16所述的方法，其中，引起摇摆板的章动包括：使电机通电以围绕旋转轴线旋转，电机具有基本上平坦的表面和从基本上平坦的表面延伸的至少一个圆形凸起；以及使该至少一个圆形凸起与摇摆板的基本上平坦的表面接合，从而导致摇摆板章动。

款项18：根据款项16所述的方法，其中，引起摇摆板的章动包括：使包括永磁体和一组电磁线圈的电机通电，以在电机和摇摆板之间产生在一移动位置处带有最高通量密度的磁场，从而导致摇摆板章动。

款项19：根据款项16所述的方法，其中：引起摇摆板的章动包括：使输出板旋转；当端面齿与输出齿啮合时使输出板旋转，导致摇摆板旋转；以及当定子齿与摇摆齿啮合时摇摆板的旋转导致摇摆板章动。

款项20：根据款项16所述的方法，进一步包括限制摇摆板使得在章动过程中摇摆板上没有部分离定子齿轮的距离大于一预定距离。

优点、特征、好处

本文描述的自对准摇摆板驱动器的不同实施例提供优于用于设计紧凑的且成本有效的摇摆板驱动器的已知解决方案的若干优点。例如，本文描述的自对准摇摆板驱动器的说明性实施例允许驱动器不具有支撑轴或支轴。另外，在其他好处中，本文描述的自对准摇摆板的说明性实施例减小振动、通过摩擦产生的热量、以及齿轮齿的粘合(binding)。没有已知的系统或装置可执行这些功能，特别是在这样小的体积内。然而，并不是所有本文描述的实施例都提供相同的优点或者相同程度的优点。

结论

以上阐述的公开内容可包含多个不同的带有独立使用的发明。虽然已经在其优选形式中公开了这些发明中的每个发明，但是将不在限制性的意义上考虑如本文公开和举例说明的其具体实施例，因为许多变化的可能的。就在本公开内使用段落标题而言，这种标题仅是为了组织目的，并不构成任何要求保护的发明的特征。本公开的主题包括本文公开的各种元件、特征、功能，和/或特性的所有新颖的且非显而易见的组合和子组合。以下权利要求特别指出了某些认为是新颖的且非显而易见的组合和子组合。可在要求其优先权的申请或者相关申请中要求保护包含在特征、功能、元件，和/或特性的其他组合和子组合中的发明。这些权利要求，不管是涉及不同的发明还是相同的发明，且不管在范围上与原始权利要求是更宽、更窄、相等还是不同，也被认为是包括在本公开内容的发明的主题内。

Claims (20)

1.一种摇摆板驱动器(10、110、210)，包括：

定子齿轮(16、116)，具有中央定子轴线(54、154)和设置在内柱面(50、150)上的多个定子齿(32、132)；

摇摆板(14、114、214)，具有相对于所述中央定子轴线以非零的摇摆角设置的摇摆轴线(22、122、222)、垂直于所述摇摆轴线的接合面(26、126)、设置在所述接合面上的多个端面齿(28、128)、以及设置在所述摇摆板的周缘周围并构造为与所述定子齿啮合的多个摇摆齿(30、130)；以及

输出板(118)，与所述中央定子轴线基本上对准并具有构造为与所述端面齿啮合的多个输出齿(134)；

其中，所述多个定子齿、所述多个摇摆齿、所述多个端面齿以及所述多个输出齿中的至少两者构造为以自对准的方式彼此啮合，使得当所述摇摆板围绕所述定子齿轮章动时，所述摇摆角保持恒定，并且

其中，所述摇摆板驱动器(10、110、210)不具有支撑轴。

2.根据权利要求1所述的摇摆板驱动器，其中：

至少一个摇摆齿(30、130)是楔形的，其中所述至少一个摇摆齿的表面限定能延伸通过所述摇摆板的质心的第一线；并且

至少一个定子齿(32、132)是楔形的，其中所述至少一个定子齿的表面限定能延伸通过所述摇摆板的质心的第二线。

3.根据权利要求1所述的摇摆板驱动器，其中：

所述端面齿设置在所述摇摆板的截锥形表面(164)上，使得所述摇摆板的质心与所述摇摆板的截锥形表面的顶点重合；并且

所述输出齿设置在所述输出板的截锥形表面(162)上，使得所述摇摆板的质心与所述输出板的截锥形表面的顶点重合。

4.根据权利要求1所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆板被限制为使得在章动过程中所述摇摆板上没有部分离所述定子齿轮的距离大于一预定距离。

5.根据权利要求1所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆齿和所述端面齿在平行于所述摇摆轴线的相反方向上延伸，并且所述摇摆板设置在所述定子齿轮与所述输出板之间。

6.根据权利要求1所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆齿和所述端面齿在平行于所述摇摆轴线的相同方向上延伸，并且所述定子齿轮设置在所述摇摆板与所述输出板之间。

7.根据权利要求6所述的摇摆板驱动器，所述摇摆板驱动器进一步包括电机，所述电机构造为引起所述摇摆板围绕所述定子齿轮的章动，其中，所述摇摆板围绕所述定子齿轮的章动导致所述摇摆板旋转，并且所述摇摆板的旋转导致所述输出板旋转。

8.根据权利要求7所述的摇摆板驱动器，其中：

所述电机是具有基本上平坦的表面和从所述基本上平坦的表面延伸的至少一个圆形凸起的电动机；

所述摇摆板具有与所述接合面相对的基本上平坦的面；并且

所述至少一个圆形凸起构造为与所述摇摆板的所述基本上平坦的面接合。

9.根据权利要求7所述的摇摆板驱动器，其中：

所述电机包括永磁体和一组电磁线圈；

所述摇摆板由磁敏材料制成；并且

所述永磁体和所述一组电磁线圈共同构造为在所述电机和所述摇摆板之间产生在一移动位置处带有最高通量密度的磁场。

10.一种摇摆板驱动器，包括：

定子齿轮，具有中央定子轴线和设置在内柱面上的多个定子齿；

摇摆板，具有相对于所述中央定子轴线以非零的摇摆角设置的摇摆轴线、垂直于所述摇摆轴线的接合面、设置在所述接合面上的多个端面齿、以及在与所述接合面和所述摇摆轴线垂直的平面中设置在所述摇摆板的周缘周围的多个摇摆齿；

输出板，基本上与所述中央定子轴线对准并具有构造为与所述端面齿啮合的多个输出齿；以及

用于使所述定子齿与所述摇摆齿自对准啮合的装置，使得当所述摇摆板围绕所述定子齿轮章动时所述摇摆角保持恒定，

其中，所述摇摆板驱动器不具有支撑轴。

11.根据权利要求10所述的摇摆板驱动器，其中：

所述摇摆齿中的至少一个摇摆齿是楔形的，其中该至少一个摇摆齿的表面限定能延伸通过所述摇摆板的质心的第一线；并且

所述定子齿中的至少一个定子齿是楔形的，其中该至少一个定子齿的表面限定能延伸通过所述摇摆板的质心的第二线。

12.根据权利要求10所述的摇摆板驱动器，其中：

所述端面齿设置在所述摇摆板的截锥形表面上，使得所述摇摆板的质心与所述摇摆板的截锥形表面的顶点重合；并且

所述输出齿设置在所述输出板的截锥形表面上，使得所述摇摆板的质心与所述输出板的截锥形表面的顶点重合。

13.根据权利要求10所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆板被限制为使得在章动过程中所述摇摆板上没有部分距所述定子齿轮的距离大于一预定距离。

14.根据权利要求10所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆齿和所述端面齿在平行于所述摇摆轴线的相反方向上延伸，并且所述摇摆板设置在所述定子齿轮和所述输出板之间。

15.根据权利要求10所述的摇摆板驱动器，其中，所述摇摆齿和所述端面齿在平行于所述摇摆轴线的相同方向上延伸，并且所述定子齿轮设置在所述摇摆板和所述输出板之间。

16.一种操作摇摆板驱动器(10、110、210)的方法(400)，包括：

提供定子齿轮(16、116)、摇摆板(14、114、214)以及输出板(118)；

使所述定子齿轮的多个定子齿(32、132)与所述摇摆板的多个摇摆齿(30、130)以自对准的方式啮合；

使所述摇摆板的多个端面齿与所述输出板的多个输出齿(134)以自对准的方式啮合；以及

引起所述摇摆板围绕所述定子齿轮的章动，

其中，所述摇摆板驱动器(10、110、210)不具有支撑轴。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，引起所述摇摆板的章动包括：

使电机(112、212)通电以围绕旋转轴线(20、120、220)旋转，所述电机具有基本上平坦的表面(136)和从所述基本上平坦的表面延伸的至少一个圆形凸起；以及

使所述至少一个圆形凸起与所述摇摆板的一基本上平坦的表面接合，从而使得所述摇摆板章动。

18.根据权利要求16所述的方法，其中，引起所述摇摆板的章动包括：

使包括永磁体(268)和一组电磁线圈(274、286、288)的电机(112、212)通电，以在所述电机与所述摇摆板之间产生在一移动位置处带有最高通量密度的磁场，从而使得所述摇摆板章动。

19.根据权利要求16所述的方法，其中：

引起所述摇摆板的章动包括使所述输出板旋转；

当所述端面齿与所述输出齿啮合时使所述输出板旋转导致所述摇摆板旋转；并且

当所述定子齿与所述摇摆齿啮合时所述摇摆板的旋转导致所述摇摆板章动。

20.根据权利要求16所述的方法，所述方法进一步包括限制所述摇摆板使得在章动过程中所述摇摆板上没有部分距所述定子齿轮的距离大于一预定距离。

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