專利名稱：諧波電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種諧波電機，特別是一種基于諧波傳動原理，利用功能伸縮材料的伸縮特性結(jié)合杠桿位移放大機構(gòu)設(shè)計的諧波電機。
背景技術(shù)：
作為原動裝置，目前電磁式電機應(yīng)用非常廣泛，其技術(shù)也已基本趨于成熟。但在大部分應(yīng)用場合均是與減速器相結(jié)合而得到低速輸出，所以結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大。在伺服系統(tǒng)中，電機采用齒輪傳動后，不僅使系統(tǒng)尺寸、重量增加，而且造成噪聲、增加慣量及降低效率。同時，由于齒輪嚙合精度的限制，在要求正反轉(zhuǎn)和平穩(wěn)快速反應(yīng)時，齒輪轉(zhuǎn)動往往影響系統(tǒng)性能。但目前所研制的各種電磁式低速電機，普遍存在著體積較大、功率較小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點，在尺寸體積相同的條件下，低速電機的功率就要比高速電機小得多。在滿足同樣的功率要求下，低速電機的體積和重量要比高速電機大得多，甚至比帶上減速器的高速電機還要大。而仍采用電磁式電機型式，由于其“尺寸效應(yīng)”，很難在此方面有所突破。
諧波傳動裝置具有體積小、噪聲低、重量輕、慣量小及傳動精度高等優(yōu)點，其在實踐應(yīng)用中一般作為減速裝置使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種諧波電機，該電機可直接得到低轉(zhuǎn)速輸出，且結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣量小、響應(yīng)快、精度高、效力高、噪音低、無磁場干涉。
為達到上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種諧波電機，它包括剛性齒輪、柔性齒輪、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸縮材料和彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)組成，所述的功能伸縮材料與位移放大機構(gòu)的輸入端連接，位移放大機構(gòu)包括基體、至少一個杠桿，所述的杠桿的支點為彈性鉸鏈，杠桿的位移輸入端為彈性鉸鏈連接。
因功能伸縮材料的輸出位移一般很小，單獨應(yīng)用它不足以使柔輪產(chǎn)生足夠的變形量。所以本發(fā)明設(shè)計由功能伸縮材料和彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)組成位移放大器。
所述的杠桿、杠桿的位移輸入端為基體上切口后形成的杠桿、杠桿的位移輸入端，所述的支點為在基體上直接切口形成的支點。
所述的齒輪的齒形為漸開線或單圓弧齒形或雙圓弧齒形或擺線齒形。所述的切口為單面或雙面。
柔輪輪齒與剛輪輪齒的模數(shù)相同，對于雙波傳動，齒數(shù)相差2n個；對于三波傳動，齒數(shù)相差3n個，其中n為波數(shù)。位移放大器由kn組組成(其中，沿直徑方向上的一對位移放大器為一組，n為波數(shù)，為2、3等整數(shù)；k為整數(shù)，當(dāng)n＝2時，k為2-200整數(shù)，當(dāng)n＝3時，k為2-200的偶數(shù))這樣的位移放大器沿柔輪圓周方向均勻分布，驅(qū)動柔輪變形來和剛輪進行嚙合。
按照諧波傳動柔輪的彈性變形規(guī)律控制各位移放大器的變形量，通過柔輪和剛輪輪齒在各離散點處交替嚙合，便可實現(xiàn)傳動輸出若固定剛輪，則柔輪低速旋轉(zhuǎn)；若柔輪固定則剛輪低速旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明諧波電機不需要安裝減速器便可直接得到低速的旋轉(zhuǎn)輸出，不僅克服了傳統(tǒng)電機與減速器結(jié)合，致使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量重、體積過大等缺點，而且還具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣量小、響應(yīng)快、精度高、效率高、噪音低、還可以通過控制器實現(xiàn)智能化控制等特點，且無磁場干涉。本實用新型提供的位移放大機構(gòu)，避免了機械間隙和摩擦，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、位移損失小、放大效率高、響應(yīng)快、精度高以及易于加工等特點。本諧波電機具有結(jié)構(gòu)原理上的創(chuàng)新性，是一種新型的智能機電產(chǎn)品。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
圖1是諧波電機原理圖；圖2是由電致伸縮功能材料和彈性鉸鏈位移杠桿放大機構(gòu)的位移放大器組成的結(jié)構(gòu)圖；圖3是諧波電機結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖1是諧波電機原理圖，諧波電機的柔輪內(nèi)部固定有8組功能伸縮器件4和位移放大機構(gòu)3，并沿周向呈均勻分布。工作時，同一徑向的兩組功能伸縮器件4變形量和變形規(guī)律完全相同，作為一相進行控制。這樣通過控制四相位移放大器按一定規(guī)律進行交替變形，使柔輪2和剛輪1在各離散點處交替嚙合。若固定柔輪2，則剛輪1旋轉(zhuǎn)；若固定剛輪1，則柔輪2旋轉(zhuǎn)。
在圖2中，杠桿放大機構(gòu)輸入端20安有驅(qū)動器件19，驅(qū)動器件19與杠桿放大機構(gòu)連接的兩端面涂膠，并通過預(yù)緊螺栓18進行預(yù)緊連接。為了保證輸入和輸出處機構(gòu)與其它構(gòu)件的接觸質(zhì)量，在杠桿輸入端20處設(shè)有一個彈性鉸鏈。輸出端17設(shè)置彈性鉸鏈，可以是在基體上直接切口形成的彈性鉸鏈。另外，也可以是在位移輸出端裝有滾球，滾球與柔輪緊密接觸。
圖3是諧波電機結(jié)構(gòu)圖，諧波電機由剛輪7、柔輪8和八組沿周向均勻分布的功能伸縮材料9及彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)10組成。
功能伸縮材料9通過預(yù)緊螺栓6與彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)10裝配在一起，兩端接觸面涂有粘結(jié)材料。位移放大機構(gòu)10通過兩個緊固螺栓14固定在聯(lián)結(jié)板16上，聯(lián)結(jié)板16與支撐軸5通過螺栓聯(lián)結(jié)。支撐軸5通過左殼體15和剛輪7固定在一起，剛輪7和右殼體11固定一起。右殼體11固定在機架13上，柔輪8和輸出軸12相連。
功能伸縮材料有壓電陶瓷、稀土磁伸材料、形狀記憶合金等工作時，同一徑向的兩組位移放大器變形量和變形規(guī)律完全相同，作為一相進行控制。這樣通過控制四相位移放大器按一定規(guī)律進行交替變形，使柔輪8和剛輪7在各離散點處交替嚙合。固定剛輪7則柔輪8旋轉(zhuǎn)，若固定柔輪8則剛輪7旋轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種諧波電機，它包括剛性齒輪、柔性齒輪、位移放大器，其特征在于所述的位移放大器由功能伸縮材料和彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)組成，所述的功能伸縮材料與位移放大機構(gòu)的輸入端連接，位移放大機構(gòu)包括基體、至少一個杠桿，所述的杠桿的支點為彈性鉸鏈，杠桿的位移輸入端為彈性鉸鏈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電機，其特征在于所述的柔輪輪齒模數(shù)和剛輪輪齒模數(shù)相同，對于雙波傳動，齒數(shù)相差2n個；對于三波傳動，齒數(shù)相差3n個，其中n為波數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電機，其特征在于所述的位移放大器數(shù)目為kn組，n為波數(shù)，為2，3整數(shù)，k為整數(shù)，n＝2時，k為2-200的整數(shù)，n＝3時，k＝為2-200的偶數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電機，其特征在于所述的杠桿、杠桿的位移輸入端為基體上切口后形成的杠桿、杠桿的位移輸入端，所述的支點為在基體上直接切口形成的支點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述諧波電機，其特征在于所述的杠桿的位移輸出端為彈性鉸鏈或裝有滾球。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述諧波電機，其特征在于所述的剛性齒輪與輸出軸相連，柔性齒輪與機架固定，多組位移發(fā)生器平行于剛輪與柔輪軸線，并沿支撐軸周向均布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述諧波電機，其特征在于所述的剛性齒輪與機架固定，柔性齒輪與輸出軸相連，多組位移發(fā)生器平行于剛輪與柔輪軸線，并沿支撐軸周向均布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5述諧波電機，其特征在于所述的齒輪的齒形為漸開線或單圓弧齒形或雙圓弧齒形或擺線齒形。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述諧波電機，其特征在于所述的齒輪的齒形為漸開線或單圓弧齒形或雙圓弧齒形或擺線齒形。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述諧波電機，其特征在于所述的齒輪的齒形為漸開線或單圓弧齒形或雙圓弧齒形或擺線齒形。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5述諧波電機，其特征在于所述的切口為單面或雙面。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述諧波電機，其特征在于所述的切口為單面或雙面。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述諧波電機，其特征在于所述的切口為單面或雙面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種諧波電機，它包括剛性齒輪、柔性齒輪、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸縮材料和彈性鉸鏈杠桿位移放大機構(gòu)組成，所述的功能伸縮材料與位移放大機構(gòu)的輸入端連接，放大機構(gòu)包括基體、至少一個杠桿，所述的杠桿的支點為彈性鉸鏈，杠桿的位移輸入端為彈性鉸鏈連接。本諧波電機不需要安裝減速器便可直接得到低速的旋轉(zhuǎn)輸出，不僅克服了傳統(tǒng)電機與減速器結(jié)合，致使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積過大等缺點，而且還具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、慣量小、響應(yīng)快、精度高、效率高、噪音低，且無磁場干涉。本發(fā)明提供的位移放大機構(gòu)，避免了機械間隙和摩擦，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、位移損失小、放大效率高、響應(yīng)快、精度高以及易于加工等特點。
文檔編號H02N2/12GK1592074SQ03156240
公開日2005年3月9日 申請日期2003年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月2日
發(fā)明者辛洪兵, 趙罘, 鄭偉智 申請人:辛洪兵