電磁式諧波驅動作動裝置的製作方法
2023-06-09 00:34:56
專利名稱：電磁式諧波驅動作動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及諧波驅動技術領域，是一種電磁式諧波驅動作動裝置。
背景技術：
通常的作動裝置是液壓作動筒、氣壓作動筒或螺旋機械作動裝置等，它們需要由電機或電機壓力泵組、或電機氣壓泵組等進行驅動，使結構複雜、體積龐大，運行精度不高。
發明內容
本發明的目的是公開一種電磁式諧波驅動作動裝置，不用高速旋轉的轉子和機械凸輪，以旋轉磁場做動力，對外做功。
本發明的又一目的是公開一種電磁式諧波驅動作動裝置，其具有體積小、結構簡單、系統轉動慣量小、啟動電流小、響應速度快、速比大、精度高的特點。
為達到上述目的，本發明的技術解決方案是提供一種電磁式諧波驅動作動裝置，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成的旋轉磁場做動力，通過旋轉磁場的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉，帶動螺旋副旋轉，對外做功。
所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其所述座架為中空的筒體，環狀定子組件外側圓固接於座架內壁中部，環狀鋼輪外側圓與座架內壁右端固接，內側圓上有齒；柔輪為盅狀體，右埠沿有直角翻邊，翻邊外側圓有齒，左端由環狀定子組件的孔中穿過，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位於鋼輪內孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開式嚙合；螺旋副由螺母和絲杆組成，螺母內紋與絲杆外紋動連接，螺母外徑與柔輪左端頂部中心通孔內徑相適配，螺母固接於柔輪的中心通孔內，絲杆兩端伸出於座架兩端面；在柔輪的盅狀體容腔裡，設有柔性鐵芯組件，柔性鐵芯組件的外徑小於柔輪的內徑，包括柔性鐵芯和T形滑塊，環狀的柔性鐵芯側面周圓上有凹槽，凹槽內均勻分布有T形滑塊，柔性鐵芯內孔固接於螺母的外周圓上，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，該孔內徑大於絲杆外徑，兩端蓋以中心孔穿過絲杆兩端套於絲杆上，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。
所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其所述對外做功，輸出形式為直線驅動。
所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其所述直線驅動，是做正反嚮往復直線驅動。
所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其所述柔輪與鋼輪的齒數滿足如下關係zg-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數，zb為柔輪齒數，K為整數，U為變形波數；鋼輪和柔輪的齒數差應等於變形波數的整倍數，柔輪的節圓直徑db小於鋼輪的節圓直徑dg。
所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其所述K＝1，U＝2，鋼輪與柔輪的齒數差為2。
通常的諧波齒輪傳動的波發生器是一個機械凸輪，本發明通過旋轉磁場的不均勻作用來使柔輪按照凸輪的形狀來變化，實現諧波的周期性嚙合作用，並由柔輪與鋼輪的少齒差傳動原理，實現大變速輸出。在柔輪上內嵌螺旋副，從而實現直線往復輸出，成為一種新的結構緊湊的作動裝置。
本發明的優點是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、系統直線運行精度高，線性精度甚至可達到0.01mm。
3、空回小，若採用滾珠旋轉傳動副，整個系統可以基本達到無空回。
4、結構緊湊，外形美觀。
圖1為本發明電磁式諧波驅動作動裝置結構側面示意圖；圖2為本發明電磁式諧波驅動作動裝置結構正面示意圖。
具體實施例方式
見圖1和圖2所示，本發明電磁式諧波驅動作動裝置，由定子組件1、鋼輪2、柔輪3、柔性鐵芯組件4、螺母5、絲杆6、軸承7、座架8和端蓋9等組成。
座架8為中空的筒體，環狀定子組件1外側圓固接於座架8內壁中部，環狀鋼輪2外側圓與座架8內壁右端固接，內側圓上有齒；柔輪3為盅狀體，右埠沿有直角翻邊，翻邊外側圓有齒，左端由環狀定子組件1的孔中穿過，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位於鋼輪內孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開式嚙合。
螺旋副由螺母5和絲杆6組成，螺母5內紋與絲杆6外紋動連接，螺母5外徑與柔輪3左端頂部中心通孔內徑相適配，螺母5固接於柔輪3的中心通孔內，絲杆6兩端伸出於座架8的兩端面。
在柔輪3的盅狀體容腔裡，設有柔性鐵芯組件4，柔性鐵芯組件4的外徑小於柔輪3的內徑，包括柔性鐵芯42和T形滑塊41，環狀的柔性鐵芯42側面周圓上有凹槽，凹槽內均勻分布有T形滑塊41，柔性鐵芯42內孔固接於螺母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，該孔內徑大於絲杆6外徑，兩端蓋9以中心孔穿過絲杆6兩端套於絲杆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。
定子組件1由定子鐵芯11和定子繞組12組成，定子鐵芯11利用電機衝片迭成，定子鐵芯11上開有槽，內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，與電源及相關裝置連接。柔性鐵芯組件4採用可以徑向滑動的T形滑塊41來實現柔性支撐。徑向磁通經過柔輪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是用來使磁場形成迴路，改善磁路，使氣隙磁感應強度增加，電磁性能好。
產生旋轉磁場的方式有兩種一是對多相繞組依次控制導通來產生脈衝的旋轉磁場；二是對多相繞組通入交流電獲得一個連續旋轉的正弦電磁場。前者的優點是轉速容易控制，但需配備專用的脈衝電源；後者的優點是結構簡單，不需要專用電源，但轉速難以控制。
本發明電磁式諧波驅動作動裝置的運行機制本發明裝置中採用了一套柔輪和鋼輪諧波齒輪副和一套螺旋傳動副，其中鋼輪固定，柔輪與螺旋副的螺母連成一體。柔輪與鋼輪的齒數滿足如下關係zg-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數，zb為柔輪齒數，K為整數，U為變形波數。鋼輪和柔輪的齒數差應等於變形波數的整倍數，通常取K＝1，U＝2，這時鋼輪與柔輪的齒數差為2。柔輪的節圓直徑db略小於鋼輪的節圓直徑dg。
當定子組件1中的定子繞組12通電時，在裝置內建立起旋轉的電磁場，電磁場的旋轉就相當于波發生器。在電磁場作用下，柔輪3將產生徑向變形，變形後近似呈橢圓形狀，從而與鋼輪嚙合。在橢圓長軸處柔輪3與鋼輪2嚙合；在橢圓短軸處，柔輪3與鋼輪2脫開；在其餘部分則處於嚙合與脫開之間的過渡狀態，也可以稱為齧入和齧出狀態。
當鋼輪2固定，磁場旋轉時，柔輪3與鋼輪2的齒依次呈嚙合、齧出、脫開及齧入的循環狀態。由於柔輪3的齒數小於鋼輪2的齒數，所以當磁場旋轉一周時，柔輪3相對鋼輪2轉過的角度iab為iab=-zgzg-zb]]>也就是說，柔輪3與鋼輪2的減速比igb為 由於柔輪3與螺母5相連在一起，於是當柔輪3轉動時，將帶動螺母5一起旋轉，螺母5驅動絲槓6作往復直線運動。若螺旋副傳動比為is，那麼整個傳動鏈的減速比i為i＝igb·is本發明電磁式諧波驅動作動裝置，有機地融驅動電機、傳動裝置和螺旋作動裝置於一體，其輸入可以是直流電源驅動，也可以是交流電源驅動。其輸出則可以為步進式直線往復運動，也可以是連續式直線往復運動。
本發明電磁式諧波驅動作動裝置，可以應用於一般常規作動應用的場合，特別適合於要求結構緊湊、重量輕、速度低、精度高的各種場合。如車床的進給機構；天線的轉角驅動系統和饋源自動調整機構；X-Y運動機構；升降起閉機構等。
系統分類電源1、交流電源，單相或三相，2、直流電源。
磁場旋轉形式1、步進式，2、連續式。
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。
絲槓直線運動速度可實現範圍為0.03mm/min～10mm/min，線性精度0.01mm。
權利要求
1.一種電磁式諧波驅動作動裝置，包括螺旋副、軸承、座架及端蓋；其特徵在於，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成的旋轉磁場做動力，通過旋轉磁場的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉，帶動螺旋副旋轉，對外做功。
2.如權利要求1所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其特徵在於，所述座架為中空的筒體，環狀定子組件外側圓固接於座架內壁中部，環狀鋼輪外側圓與座架內壁右端固接，內側圓上有齒；柔輪為盅狀體，右埠沿有直角翻邊，翻邊外側圓有齒，左端由環狀定子組件的孔中穿過，左端頂部中心有通孔；柔輪齒位於鋼輪內孔中，與鋼輪齒相適配，且在一平面上，為可分開式嚙合；螺旋副由螺母和絲杆組成，螺母內紋與絲杆外紋動連接，螺母外徑與柔輪左端頂部中心通孔內徑相適配，螺母固接於柔輪的中心通孔內，絲杆兩端伸出於座架兩端面；在柔輪的盅狀體容腔裡，設有柔性鐵芯組件，柔性鐵芯組件的外徑小於柔輪的內徑，包括柔性鐵芯和T形滑塊，環狀的柔性鐵芯側面周圓上有凹槽，凹槽內均勻分布有T形滑塊，柔性鐵芯內孔固接於螺母的外周圓上，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，該孔內徑大於絲杆外徑，兩端蓋以中心孔穿過絲杆兩端套於絲杆上，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。
3.如權利要求1或2所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其特徵在於，所述對外做功，輸出形式為直線驅動。
4.如權利要求1或2所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其特徵在於，所述直線驅動，是做正反嚮往復直線驅動。
5.如權利要求1或2所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其特徵在於，所述柔輪與鋼輪的齒數滿足如下關係zg-zb＝KU式中，zg為鋼輪齒數，zb為柔輪齒數，K為整數，U為變形波數；鋼輪和柔輪的齒數差應等於變形波數的整倍數，柔輪的節圓直徑db小於鋼輪的節圓直徑dg。
6.如權利要求5所述的電磁式諧波驅動作動裝置，其特徵在於，所述K＝1，U＝2，鋼輪與柔輪的齒數差為2。
全文摘要
本發明電磁式諧波驅動作動裝置，涉及諧波驅動技術，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成的旋轉磁場做動力，通過旋轉磁場的不均勻作用，使柔輪與鋼輪諧波齒輪副中的柔輪按照凸輪的形狀來變化，使柔輪齒與鋼輪齒之間產生諧波的周期性嚙合，而使柔輪旋轉，帶動螺旋副旋轉，對外做功。本發明集電機、諧波減速器和螺旋傳動功能於一體，由於沒有了高速旋轉的轉子和機械凸輪，具有系統轉動慣量小、啟動電流小、響應速度快、速比大、精度高、最後輸出形式為直線驅動等特點。
文檔編號H02K41/06GK101087096SQ20061001213
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月7日 優先權日2006年6月7日
發明者施滸立, 耿建平, 顏毅華, 張巨勇 申請人:中國科學院國家天文臺