專利名稱：電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諧波驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，是一種電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
通常的作動(dòng)裝置是液壓作動(dòng)筒、氣壓作動(dòng)筒或螺旋機(jī)械作動(dòng)裝置等，它們需要由電機(jī)或電機(jī)壓力泵組、或電機(jī)氣壓泵組等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大，運(yùn)行精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開(kāi)一種電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，不用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和機(jī)械凸輪，以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做動(dòng)力，對(duì)外做功。
本發(fā)明的又一目的是公開(kāi)一種電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)電流小、響應(yīng)速度快、速比大、精度高的特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，包括螺旋副、軸承、座架及端蓋；其還包括定子組件、柔性鐵芯組件、柔輪與鋼輪諧波齒輪副；柔輪與螺旋副固接；其利用定子組件和柔性鐵芯組件構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做動(dòng)力，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來(lái)變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產(chǎn)生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺旋副旋轉(zhuǎn)，對(duì)外做功。
所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其所述座架為中空的筒體，環(huán)狀定子組件外側(cè)圓固接于座架內(nèi)壁中部，環(huán)狀鋼輪外側(cè)圓與座架內(nèi)壁右端固接，內(nèi)側(cè)圓上有齒；柔輪為盅狀體，右端口沿有直角翻邊，翻邊外側(cè)圓有齒，左端由環(huán)狀定子組件的孔中穿過(guò)，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位于鋼輪內(nèi)孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開(kāi)式嚙合；螺旋副由螺母和絲桿組成，螺母內(nèi)紋與絲桿外紋動(dòng)連接，螺母外徑與柔輪左端頂部中心通孔內(nèi)徑相適配，螺母固接于柔輪的中心通孔內(nèi)，絲桿兩端伸出于座架兩端面；在柔輪的盅狀體容腔里，設(shè)有柔性鐵芯組件，柔性鐵芯組件的外徑小于柔輪的內(nèi)徑，包括柔性鐵芯和T形滑塊，環(huán)狀的柔性鐵芯側(cè)面周圓上有凹槽，凹槽內(nèi)均勻分布有T形滑塊，柔性鐵芯內(nèi)孔固接于螺母的外周圓上，其位置與定子組件相適配；座架的左右兩端各有一端蓋，端蓋中心有孔，該孔內(nèi)徑大于絲桿外徑，兩端蓋以中心孔穿過(guò)絲桿兩端套于絲桿上，兩端蓋外沿與座架兩端固接；螺母兩端外周圓上各固接有一軸承，兩軸承外周圓分別與兩端蓋固接；其中，定子組件、柔性鐵芯組件、柔輪與鋼輪諧波齒輪副、螺旋副、軸承和端蓋，呈共軸狀態(tài)。
所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其所述對(duì)外做功，輸出形式為直線驅(qū)動(dòng)。
所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其所述直線驅(qū)動(dòng)，是做正反向往復(fù)直線驅(qū)動(dòng)。
所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其所述柔輪與鋼輪的齒數(shù)滿足如下關(guān)系z(mì)g-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數(shù)，zb為柔輪齒數(shù)，K為整數(shù)，U為變形波數(shù)；鋼輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于變形波數(shù)的整倍數(shù)，柔輪的節(jié)圓直徑db小于鋼輪的節(jié)圓直徑dg。
所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其所述K＝1，U＝2，鋼輪與柔輪的齒數(shù)差為2。
通常的諧波齒輪傳動(dòng)的波發(fā)生器是一個(gè)機(jī)械凸輪，本發(fā)明通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不均勻作用來(lái)使柔輪按照凸輪的形狀來(lái)變化，實(shí)現(xiàn)諧波的周期性嚙合作用，并由柔輪與鋼輪的少齒差傳動(dòng)原理，實(shí)現(xiàn)大變速輸出。在柔輪上內(nèi)嵌螺旋副，從而實(shí)現(xiàn)直線往復(fù)輸出，成為一種新的結(jié)構(gòu)緊湊的作動(dòng)裝置。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、電源適用性廣，可以是交流電，也可以是直流電；可以是單相，也可以是三相。
2、系統(tǒng)直線運(yùn)行精度高，線性精度甚至可達(dá)到0.01mm。
3、空回小，若采用滾珠旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)副，整個(gè)系統(tǒng)可以基本達(dá)到無(wú)空回。
4、結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。


圖1為本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)側(cè)面示意圖；圖2為本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)正面示意圖。
具體實(shí)施例方式
見(jiàn)圖1和圖2所示，本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，由定子組件1、鋼輪2、柔輪3、柔性鐵芯組件4、螺母5、絲桿6、軸承7、座架8和端蓋9等組成。
座架8為中空的筒體，環(huán)狀定子組件1外側(cè)圓固接于座架8內(nèi)壁中部，環(huán)狀鋼輪2外側(cè)圓與座架8內(nèi)壁右端固接，內(nèi)側(cè)圓上有齒；柔輪3為盅狀體，右端口沿有直角翻邊，翻邊外側(cè)圓有齒，左端由環(huán)狀定子組件1的孔中穿過(guò)，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位于鋼輪內(nèi)孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開(kāi)式嚙合。
螺旋副由螺母5和絲桿6組成，螺母5內(nèi)紋與絲桿6外紋動(dòng)連接，螺母5外徑與柔輪3左端頂部中心通孔內(nèi)徑相適配，螺母5固接于柔輪3的中心通孔內(nèi)，絲桿6兩端伸出于座架8的兩端面。
在柔輪3的盅狀體容腔里，設(shè)有柔性鐵芯組件4，柔性鐵芯組件4的外徑小于柔輪3的內(nèi)徑，包括柔性鐵芯42和T形滑塊41，環(huán)狀的柔性鐵芯42側(cè)面周圓上有凹槽，凹槽內(nèi)均勻分布有T形滑塊41，柔性鐵芯42內(nèi)孔固接于螺母5的外周圓上，其位置與定子組件1相適配。
座架8的左右兩端各有一端蓋9，端蓋9中心有孔，該孔內(nèi)徑大于絲桿6外徑，兩端蓋9以中心孔穿過(guò)絲桿6兩端套于絲桿6上，兩端蓋9外沿與座架8兩端固接。
螺母5兩端外周圓上各固接有一軸承7，兩軸承7外周圓分別與兩端蓋9固接。
其中，定子組件1、柔性鐵芯組件4、柔輪與鋼輪諧波齒輪副、螺旋副、軸承7和端蓋9，呈共軸狀態(tài)。
定子組件1由定子鐵芯11和定子繞組12組成，定子鐵芯11利用電機(jī)沖片迭成，定子鐵芯11上開(kāi)有槽，內(nèi)嵌兩極的單相或三相定子繞組12，定子繞組12引線由座架8伸出，與電源及相關(guān)裝置連接。柔性鐵芯組件4采用可以徑向滑動(dòng)的T形滑塊41來(lái)實(shí)現(xiàn)柔性支撐。徑向磁通經(jīng)過(guò)柔輪3，T形滑塊41和柔性鐵芯42形成閉合磁路。柔性鐵芯組件4是用來(lái)使磁場(chǎng)形成回路，改善磁路，使氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度增加，電磁性能好。
產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方式有兩種一是對(duì)多相繞組依次控制導(dǎo)通來(lái)產(chǎn)生脈沖的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；二是對(duì)多相繞組通入交流電獲得一個(gè)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的正弦電磁場(chǎng)。前者的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速容易控制，但需配備專用的脈沖電源；后者的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要專用電源，但轉(zhuǎn)速難以控制。
本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置的運(yùn)行機(jī)制本發(fā)明裝置中采用了一套柔輪和鋼輪諧波齒輪副和一套螺旋傳動(dòng)副，其中鋼輪固定，柔輪與螺旋副的螺母連成一體。柔輪與鋼輪的齒數(shù)滿足如下關(guān)系z(mì)g-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數(shù)，zb為柔輪齒數(shù)，K為整數(shù)，U為變形波數(shù)。鋼輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于變形波數(shù)的整倍數(shù)，通常取K＝1，U＝2，這時(shí)鋼輪與柔輪的齒數(shù)差為2。柔輪的節(jié)圓直徑db略小于鋼輪的節(jié)圓直徑dg。
當(dāng)定子組件1中的定子繞組12通電時(shí)，在裝置內(nèi)建立起旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)就相當(dāng)于波發(fā)生器。在電磁場(chǎng)作用下，柔輪3將產(chǎn)生徑向變形，變形后近似呈橢圓形狀，從而與鋼輪嚙合。在橢圓長(zhǎng)軸處柔輪3與鋼輪2嚙合；在橢圓短軸處，柔輪3與鋼輪2脫開(kāi)；在其余部分則處于嚙合與脫開(kāi)之間的過(guò)渡狀態(tài)，也可以稱為嚙入和嚙出狀態(tài)。
當(dāng)鋼輪2固定，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪3與鋼輪2的齒依次呈嚙合、嚙出、脫開(kāi)及嚙入的循環(huán)狀態(tài)。由于柔輪3的齒數(shù)小于鋼輪2的齒數(shù)，所以當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)，柔輪3相對(duì)鋼輪2轉(zhuǎn)過(guò)的角度iab為iab=-zgzg-zb]]>也就是說(shuō)，柔輪3與鋼輪2的減速比igb為 由于柔輪3與螺母5相連在一起，于是當(dāng)柔輪3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將帶動(dòng)螺母5一起旋轉(zhuǎn)，螺母5驅(qū)動(dòng)絲杠6作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。若螺旋副傳動(dòng)比為is，那么整個(gè)傳動(dòng)鏈的減速比i為i＝igb·is本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，有機(jī)地融驅(qū)動(dòng)電機(jī)、傳動(dòng)裝置和螺旋作動(dòng)裝置于一體，其輸入可以是直流電源驅(qū)動(dòng)，也可以是交流電源驅(qū)動(dòng)。其輸出則可以為步進(jìn)式直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也可以是連續(xù)式直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，可以應(yīng)用于一般常規(guī)作動(dòng)應(yīng)用的場(chǎng)合，特別適合于要求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、速度低、精度高的各種場(chǎng)合。如車床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)；天線的轉(zhuǎn)角驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和饋源自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)；X-Y運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)；升降起閉機(jī)構(gòu)等。
系統(tǒng)分類電源1、交流電源，單相或三相，2、直流電源。
磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)形式1、步進(jìn)式，2、連續(xù)式。
螺旋副形式1、滾珠螺旋副，2、T型齒螺旋副，3、三角形齒螺旋副。
絲杠直線運(yùn)動(dòng)速度可實(shí)現(xiàn)范圍為0.03mm/min～10mm/min，線性精度0.01mm。
權(quán)利要求
1.一種電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，包括螺旋副、軸承、座架及端蓋；其特征在于，還包括定子組件、柔性鐵芯組件、柔輪與鋼輪諧波齒輪副；柔輪與螺旋副固接；其利用定子組件和柔性鐵芯組件構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做動(dòng)力，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來(lái)變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產(chǎn)生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺旋副旋轉(zhuǎn)，對(duì)外做功。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其特征在于，所述座架為中空的筒體，環(huán)狀定子組件外側(cè)圓固接于座架內(nèi)壁中部，環(huán)狀鋼輪外側(cè)圓與座架內(nèi)壁右端固接，內(nèi)側(cè)圓上有齒；柔輪為盅狀體，右端口沿有直角翻邊，翻邊外側(cè)圓有齒，左端由環(huán)狀定子組件的孔中穿過(guò)，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位于鋼輪內(nèi)孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開(kāi)式嚙合；螺旋副由螺母和絲桿組成，螺母內(nèi)紋與絲桿外紋動(dòng)連接，螺母外徑與柔輪左端頂部中心通孔內(nèi)徑相適配，螺母固接于柔輪的中心通孔內(nèi)，絲桿兩端伸出于座架兩端面；在柔輪的盅狀體容腔里，設(shè)有柔性鐵芯組件，柔性鐵芯組件的外徑小于柔輪的內(nèi)徑，包括柔性鐵芯和T形滑塊，環(huán)狀的柔性鐵芯側(cè)面周圓上有凹槽，凹槽內(nèi)均勻分布有T形滑塊，柔性鐵芯內(nèi)孔固接于螺母的外周圓上，其位置與定子組件相適配；座架的左右兩端各有一端蓋，端蓋中心有孔，該孔內(nèi)徑大于絲桿外徑，兩端蓋以中心孔穿過(guò)絲桿兩端套于絲桿上，兩端蓋外沿與座架兩端固接；螺母兩端外周圓上各固接有一軸承，兩軸承外周圓分別與兩端蓋固接；其中，定子組件、柔性鐵芯組件、柔輪與鋼輪諧波齒輪副、螺旋副、軸承和端蓋，呈共軸狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其特征在于，所述對(duì)外做功，輸出形式為直線驅(qū)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其特征在于，所述直線驅(qū)動(dòng)，是做正反向往復(fù)直線驅(qū)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其特征在于，所述柔輪與鋼輪的齒數(shù)滿足如下關(guān)系z(mì)g-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數(shù)，zb為柔輪齒數(shù)，K為整數(shù)，U為變形波數(shù)；鋼輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于變形波數(shù)的整倍數(shù)，柔輪的節(jié)圓直徑db小于鋼輪的節(jié)圓直徑dg。
6.如權(quán)利要求5所述的電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，其特征在于，所述K＝1，U＝2，鋼輪與柔輪的齒數(shù)差為2。
全文摘要
本發(fā)明電磁式諧波驅(qū)動(dòng)作動(dòng)裝置，涉及諧波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，包括螺旋副、軸承、座架及端蓋；其還包括定子組件、柔性鐵芯組件、柔輪與鋼輪諧波齒輪副；柔輪與螺旋副固接；其利用定子組件和柔性鐵芯組件構(gòu)成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做動(dòng)力，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來(lái)變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產(chǎn)生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺旋副旋轉(zhuǎn)，對(duì)外做功。本發(fā)明集電機(jī)、諧波減速器和螺旋傳動(dòng)功能于一體，由于沒(méi)有了高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和機(jī)械凸輪，具有系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、啟動(dòng)電流小、響應(yīng)速度快、速比大、精度高、最后輸出形式為直線驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K41/06GK101087096SQ20061001213
公開(kāi)日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者施滸立, 耿建平, 顏毅華, 張巨勇 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)