本發(fā)明涉及一種永磁平動式嚙合電動機，確切地說，涉及一種利用繞組與轉(zhuǎn)子永磁體之間產(chǎn)生的磁場力，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，再輔以偏心軸平動約束副的機構(gòu)，使得轉(zhuǎn)子繞定子作圓周切線方向的平動，并由轉(zhuǎn)子帶動內(nèi)嚙合齒輪減速機構(gòu)輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的嚙合電動機，屬于電力驅(qū)動設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
近年來，在將新型減速機構(gòu)與電動機進行一體化的開發(fā)研究方面，國內(nèi)外都取得了很好的進展。例如，把電動機與諧波減速機二者合并在一起，使得輸出力矩增加而結(jié)構(gòu)尺寸顯著減小。日本科技人員采用基于齒輪嚙合的減速傳動原理，已經(jīng)開發(fā)出多種不同結(jié)構(gòu)類型的電動機。如：壓電擺線電動機，它是通過一對擺線齒輪的嚙合，將壓電驅(qū)動器的伸縮運動轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，再依靠壓電驅(qū)動器輸出的驅(qū)動力推動擺線電動機旋轉(zhuǎn)而輸出扭矩。壓電擺線電動機的減速比是其轉(zhuǎn)子與定子齒數(shù)的差值與轉(zhuǎn)子的齒數(shù)之比，減速比很高。同時，因齒輪嚙合傳動的摩擦損失小、傳動效率高，因此壓電擺線電動機與依靠定轉(zhuǎn)子之間的摩擦力來輸出低轉(zhuǎn)速、大扭矩的超聲波與諧波電動機相比較，前者效率高，使用壽命更長。近年來，由于齒輪嚙合傳動的優(yōu)勢，先后研制成功多種將齒輪嚙合與不同類型的驅(qū)動器相結(jié)合的低速大扭矩電動機。例如通過橡膠變形驅(qū)動的擺線電動機、通過氣缸驅(qū)動的錐齒輪電動機、依靠液壓缸驅(qū)動的端面齒輪電動機、電磁擺線電動機和電磁錐齒輪電動機等等。上述電動機都具有效率高、精度好、磨損小、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，并在機器人的驅(qū)動裝置中得到了很好的應(yīng)用。但是，上述各種電動機大都是將驅(qū)動器直接與定子相互連接，并未形成一體化機構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)仍不緊湊。采用氣缸和液壓缸驅(qū)動的電動機，除了需要電力驅(qū)動設(shè)備以外，還需要額外的壓縮空氣或液壓作為動力源。壓電或超磁致伸縮材料驅(qū)動的電動機，則因其驅(qū)動器的作用行程太短(僅為微米級)，很難具備實用價值。為滿足定子運動行程的實際需求，還要增加一套杠桿，以增大其作用行程。然而，用于低速驅(qū)動和負載較大的場合的電動機都要安裝減速器及其相關(guān)部件，這樣就增加了驅(qū)動裝置的構(gòu)件和重量，結(jié)構(gòu)太復(fù)雜、不實用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種永磁平動式嚙合電動機，該電動機是以電磁力作為驅(qū)動力，將齒輪內(nèi)嚙合傳動機構(gòu)作為減速輸出部件的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的平動式嚙合電動機，本發(fā)明較好地解決了現(xiàn)有電動機存在的各種缺陷，是一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊和實用的齒輪嚙合傳動電動機。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種永磁平動式嚙合電動機，是將電動機和減速機集成為一體的大轉(zhuǎn)矩、低轉(zhuǎn)速的電動機，設(shè)有：繞組、轉(zhuǎn)子，齒輪減速機的內(nèi)齒圈和外齒輪，由永磁體與轉(zhuǎn)子固定架及偏心軸構(gòu)成的平動約束機構(gòu)，以及機殼及其兩端的端蓋；其中外齒輪固裝在主軸上，藉由與外齒輪嚙合的內(nèi)齒圈的公轉(zhuǎn)運動，使得外齒輪帶動主軸輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的自轉(zhuǎn)運動；所述電動機在軸向設(shè)有兩套定、轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子由兩個轉(zhuǎn)子固定架構(gòu)成，兩個轉(zhuǎn)子固定架上各嵌裝4個永磁體，兩個分別嵌裝在兩個轉(zhuǎn)子固定架上，且在徑向上位置相互對應(yīng)的永磁體相互平行并相距一定距離；轉(zhuǎn)子固定架固裝有內(nèi)齒圈和4個軸承，穿過軸承的4個偏心軸兩端都固裝在電動機兩端蓋的軸承上；主軸固裝于電動機兩端蓋中心的軸承上，固裝在主軸上的外齒輪隨主軸一起轉(zhuǎn)動；所述定子由兩個繞制在機殼上，且繞制方向相互垂直的繞組構(gòu)成，兩個繞組繞制方向相互垂直，繞制在機殼上固定；所述轉(zhuǎn)子由2個轉(zhuǎn)子固定架和8個長方形永磁體構(gòu)成，永磁體藉由螺釘嵌裝于轉(zhuǎn)子固定架上，每個轉(zhuǎn)子固定架上螺固有4個永磁體；轉(zhuǎn)子固定架的4個軸承與其承載的4個偏心軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動約束副，偏心軸的兩端固裝在電動機兩端蓋的軸承上；在該4個偏心軸約束下，永磁體及轉(zhuǎn)子固定架在徑向平面內(nèi)相對于電動機主軸中心作公轉(zhuǎn)運動而不能產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運動；所述轉(zhuǎn)子固定架是4個角有方形凸臺的正方形構(gòu)件，每個凸臺上設(shè)有4個軸承座通孔；所述機殼為四方形通孔構(gòu)件，其4個側(cè)面在軸向上有下凹部分；當(dāng)繞組加電后，機殼兩側(cè)的兩個永磁體同時受到徑向電磁力作用而運動，同時帶動轉(zhuǎn)子固定架運動；當(dāng)繞組按照設(shè)定順序和電流方向加電后，驅(qū)動轉(zhuǎn)子在偏心軸的約束下做徑向的公轉(zhuǎn)運動，與此同時，轉(zhuǎn)子固定架帶動內(nèi)齒圈和與其嚙合的外齒輪一起轉(zhuǎn)動，外齒輪帶動主軸旋轉(zhuǎn)而輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動；同時，由于偏心軸的約束，軸向兩個轉(zhuǎn)子的運動位置始終相隔180°，使得內(nèi)、外轉(zhuǎn)子固定架在作高速公轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的慣性力相互抵消，從而降低電動機的振動。優(yōu)選的，所述電動機軸向設(shè)置的轉(zhuǎn)子中的一轉(zhuǎn)子固定架設(shè)置在定子一側(cè)，另一轉(zhuǎn)子中的一轉(zhuǎn)子固定架設(shè)置在定子另一側(cè)，兩個轉(zhuǎn)子固定架包夾在定子兩側(cè)，該兩個轉(zhuǎn)子中靠近端部的轉(zhuǎn)子固定架分別螺接一個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)齒圈，并分別通過4個偏心軸及其軸承形成轉(zhuǎn)動副。優(yōu)選的，一套定、轉(zhuǎn)子包括一定子和一轉(zhuǎn)子。所述電動機設(shè)有徑向上垂直分布的2個繞組和軸向分布的2個轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子固定架上嵌裝4個永磁體構(gòu)成平動轉(zhuǎn)子機構(gòu)主體；轉(zhuǎn)子固定架上固裝有內(nèi)齒圈和4個軸承，穿過軸承的4個偏心軸兩端都固裝在電動機兩端端蓋上鑲嵌的軸承內(nèi)孔中；主軸固裝于電動機兩端的端蓋中心的軸承內(nèi)孔中，固裝在主軸上的外齒輪隨主軸一起轉(zhuǎn)動；繞組加電后，其包夾在兩側(cè)的永磁體同時受到電磁力作用而運動，同時帶動轉(zhuǎn)子固定架運動；當(dāng)2個繞組按照設(shè)定順序和電流方向加電后，就驅(qū)動轉(zhuǎn)子在偏心軸的約束下做徑向的公轉(zhuǎn)運動，同時，與轉(zhuǎn)子固聯(lián)的內(nèi)齒圈將與外齒輪產(chǎn)生嚙合，根據(jù)一齒差嚙合原理，將使外齒輪產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運動，最終由外齒輪帶動主軸旋轉(zhuǎn)而輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動；同時，由于偏心軸的約束，兩個轉(zhuǎn)子的運動位置始終相隔180°，使得兩個轉(zhuǎn)子在作高速公轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的慣性力相互抵消，從而降低電動機的振動。所述繞組固定在機殼上，該繞組通電產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動位于繞組前后兩側(cè)的轉(zhuǎn)子相向運動；且每個線圈繞組由于沒有鐵芯，不會產(chǎn)生渦流損耗。所述轉(zhuǎn)子固定架為正方形構(gòu)件，分設(shè)在每個繞組前后兩側(cè)的永磁體藉由螺釘嵌裝于轉(zhuǎn)子固定架上，轉(zhuǎn)子固定架4角設(shè)有凸臺和軸承座孔，孔內(nèi)安裝的4個軸承與其承載的4個偏心軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動約束副，偏心軸的兩端固裝在機殼兩端的端蓋上鑲嵌的軸承孔內(nèi)；在該4個偏心軸約束下，該平動機構(gòu)在徑向平面內(nèi)相對于電動機主軸中心作公轉(zhuǎn)方向的平動而不能產(chǎn)生自轉(zhuǎn)運動。所述電動機軸向設(shè)置4個轉(zhuǎn)子固定架，每2個固定架通過4偏心軸及軸用擋圈定位組成一個轉(zhuǎn)子，2個轉(zhuǎn)子固定架間穿過繞組；靠近電動機兩端的2個轉(zhuǎn)子固定架分別螺接一個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)齒圈。所述主軸兩端固裝在電動機兩端的端蓋上的軸承孔內(nèi)，該主軸中間的截面緊固裝有與內(nèi)齒圈嚙合的外齒輪，使得外齒輪能將自身的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給主軸輸出。所述機殼為四方形通孔構(gòu)件，其4壁兩端設(shè)有凹槽，繞組固裝在機殼上的凹槽內(nèi)。所述端蓋為與機殼相對應(yīng)的正方形板狀構(gòu)件，中間設(shè)有固裝主軸的軸承座通孔，四周均勻分布的4個軸承座通孔，用于固裝支撐偏心軸的軸承。所述偏心軸有4個，分別穿過4個轉(zhuǎn)子固定架上的軸承，這些偏心軸的兩端分別固裝在機殼兩端的端蓋上，與其上鑲嵌的軸承配合構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，4個偏心軸約束轉(zhuǎn)子固定架在徑向平面內(nèi)做平動而限制其自身的旋轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明是一種低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的永磁平動式嚙合電動機，該電動機不但繼承原來齒輪嚙合傳動電動機的特點：將電動機的繞組、轉(zhuǎn)子分別與機殼和內(nèi)齒圈固聯(lián)，形成減速器齒輪嚙合的傳動方式實現(xiàn)減速，從而真正將電動機與減速機融合一體。而且，轉(zhuǎn)子只有圓周切線方向的平動，從而避免了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的電動機轉(zhuǎn)子相對定子旋轉(zhuǎn)一周而造成作用距離長、響應(yīng)速度慢、低速輸出扭矩小的弱點。此外，本發(fā)明還具有下述創(chuàng)新優(yōu)點：采用無鐵芯定子結(jié)構(gòu)，避免了渦流損耗；采用了永磁體轉(zhuǎn)子，提高了電動機的功率密度，從而提高了電動機效率。附圖說明圖1是本發(fā)明永磁平動式嚙合電動機的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)圖；圖2(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的轉(zhuǎn)子與內(nèi)齒圈、外齒輪的連接方式示意圖及減速機嚙合傳動原理圖；圖3是本發(fā)明永磁平動式嚙合電動機的軸向剖視圖；圖4(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機中的內(nèi)齒圈的主視圖和軸測圖；圖5(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機中的外齒輪的主視圖和軸測圖；圖6(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機中的繞組及安裝方式的主視圖和軸測圖；圖7(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機中的永磁體的主視圖和軸測圖；圖8(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機中的主軸的主視圖和軸測圖；圖9(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的轉(zhuǎn)子固定架的主視圖和軸測圖；圖10(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的軸承座的主視圖和軸測圖；圖11(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的偏心軸的主視圖和軸測圖；圖12(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的機殼的主視圖和軸測圖；圖13(A)、(B)分別是本發(fā)明嚙合電動機的端蓋的主視圖和軸測圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。參見圖1～圖13，介紹本發(fā)明永磁平動式嚙合電動機的結(jié)構(gòu)組成：它是將電動機和減速機集成為一體而簡化機械傳動機構(gòu)，并具有一定的自鎖和制動功能和直接輸出低轉(zhuǎn)速、大扭矩的電動機。該電動機設(shè)有：繞組2、永磁體1，齒輪減速機的內(nèi)齒圈5和外齒輪4，轉(zhuǎn)子固定架7，支撐部分為機殼8和端蓋9。其中，每八個永磁體1與兩個轉(zhuǎn)子固定架7一起構(gòu)成一個轉(zhuǎn)子，電動機共擁有兩個完全相同的轉(zhuǎn)子。外齒輪4固裝在主軸3上，藉由與外齒輪4嚙合的內(nèi)齒圈5的公轉(zhuǎn)運動，使得外齒輪4帶動主軸3輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的自轉(zhuǎn)運動；該電動機軸向分布有四個轉(zhuǎn)子固定架7，每兩個轉(zhuǎn)子固定架7相對固聯(lián)在一起構(gòu)成轉(zhuǎn)子，每個轉(zhuǎn)子固定架7徑向均布有四個永磁體1；兩個線圈繞組以相互垂直的方向繞制在機殼8上；轉(zhuǎn)子固定架7上固裝有內(nèi)齒圈5和四個軸承10，穿過軸承的四個偏心軸6兩端都固裝在電動機兩端的端蓋9上的軸承10內(nèi)；主軸3固裝于電動機兩端蓋9中心的軸承10中，軸承10則安裝在端蓋9上的軸承座11中，固裝在主軸3上的外齒輪4隨主軸3一起轉(zhuǎn)動。繞組2按照設(shè)定順序和電流方向加電后，其電動機軸向前端轉(zhuǎn)子固定架7上的八個永磁體1和后端轉(zhuǎn)子固定架7上的八個永磁體1同時受到電磁力作用而分別在徑向上向相對方向運動，同時帶動轉(zhuǎn)子固定架7在偏心軸6的約束下做徑向公轉(zhuǎn)運動；與此同時，轉(zhuǎn)子固定架7的運動帶動內(nèi)齒圈5和與其嚙合的外齒輪4一起轉(zhuǎn)動，外齒輪4又帶動主軸3旋轉(zhuǎn)而輸出低速、大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)動；同時，在運動過程中，前后兩側(cè)的平動轉(zhuǎn)子的運動位置始終相隔180°，使得前后兩套轉(zhuǎn)子在作高速公轉(zhuǎn)運動時產(chǎn)生的慣性力相互抵消，從而降低電動機的振動。參見圖1和圖2，介紹本發(fā)明電動機中的電磁繞組的結(jié)構(gòu)組成和工作原理：本發(fā)明電動機設(shè)有兩個繞組2(參見圖6)和四個轉(zhuǎn)子固定架7(參見圖9)，轉(zhuǎn)子固定架7上設(shè)有永磁體1，定子線圈2繞制在機殼8的凹陷處。機殼8上設(shè)置兩個繞組2，繞制方向相互錯開90度(參見圖2)，控制線圈繞組的加電順序和電流方向，驅(qū)動永磁體1在徑向上→左→下→右的次序循環(huán)移動；再細分電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)永磁體1及轉(zhuǎn)子固定架7繞電動機軸線作勻速的公轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明電動機的永磁體1藉由螺釘孔1A嵌裝在轉(zhuǎn)子固定架7上，當(dāng)永磁體1在做公轉(zhuǎn)運動時，將帶動轉(zhuǎn)子固定架7和內(nèi)齒圈5一起平移運動，外齒輪4則與內(nèi)齒圈5產(chǎn)生嚙合運動，根據(jù)齒輪嚙合原理，外齒輪3將輸出低速的自轉(zhuǎn)運動。參見各附圖，下面具體介紹本發(fā)明電動機各個零件的結(jié)構(gòu)組成，其零件包括：永磁體1、繞組2，齒輪減速機的漸開線外齒輪4和內(nèi)齒圈5，主軸3，滾動軸承10，偏心軸6、轉(zhuǎn)子固定架7，機殼8、端蓋9和軸承座11等。電動機的永磁體1為長方體構(gòu)件(參見圖7)，轉(zhuǎn)子固定架7是其四個角分別設(shè)有方形凸臺的四方體構(gòu)件，在繞組2前側(cè)設(shè)有兩個轉(zhuǎn)子固定架，后側(cè)也設(shè)有兩個轉(zhuǎn)子固定架。轉(zhuǎn)子固定架7的四個角上的凸臺設(shè)有4個軸承座通孔7B。在其四邊靠近中心方向設(shè)有螺孔7A，并藉由螺釘和永磁體1螺固連接為一體。該轉(zhuǎn)子固定架7上設(shè)有軸承座孔7B，這些軸承座孔內(nèi)穿過4個偏心軸6中間的6B部分，4個偏心軸6的兩端6A則固裝在端蓋9上的軸承孔9A內(nèi)的軸承上，四個偏心軸6又形成平動約束，在該四個偏心軸約束下，該轉(zhuǎn)子固定架7在徑向平面內(nèi)相對于電動機主軸軸線作公轉(zhuǎn)平動，并限制其不能作自轉(zhuǎn)運動，并且，電動機軸向前后轉(zhuǎn)子固定架7運動位置完全對稱，從而抵消了慣性力。電動機軸向靠近端部設(shè)置的兩個轉(zhuǎn)子固定架7分別螺接一個結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)齒圈5。本發(fā)明電動機的齒輪減速機構(gòu)中的內(nèi)齒圈5和外齒輪4均為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)：漸開線內(nèi)齒圈5為薄壁圓環(huán)狀通孔構(gòu)件(參見圖4)，其徑向均布設(shè)有4個通孔5A，并在外邊沿設(shè)有直角豁口5B，該直角豁口與轉(zhuǎn)子固定架7上的凸臺7D形成配合定位，同時，緊固螺釘穿過通孔5A與轉(zhuǎn)子固定架7上的孔7C螺固連接在一起；同時外齒輪4也是薄壁圓狀通孔構(gòu)件(參見圖5)，其中間通孔為雙半圓形結(jié)構(gòu)4A，用于固裝主軸3的中間段3A，以便將轉(zhuǎn)動扭矩傳遞給主軸3輸出。本發(fā)明電動機的漸開線內(nèi)齒圈5和外齒輪4組成一齒差的漸開線齒輪減速機構(gòu)，其減速傳動比i為：i＝-Zi/(Zi-Zo)，式中，Zi和Zo分別為漸開線內(nèi)齒圈5和外齒輪4的齒數(shù)。該對嚙合齒輪將漸開線內(nèi)齒圈5的公轉(zhuǎn)經(jīng)過減速后輸出，轉(zhuǎn)子固定架7帶動內(nèi)齒圈5公轉(zhuǎn)一周，其外齒輪4僅轉(zhuǎn)動一個齒，藉此能夠從主軸3輸出低轉(zhuǎn)速和大扭矩。本發(fā)明已經(jīng)進行了仿真試驗，該試驗樣機的各項設(shè)計參數(shù)及實現(xiàn)的性能為：內(nèi)齒圈齒數(shù)：25，外齒輪齒數(shù)：24，傳動比：25：1，電動機寬度75mm，電動機高度75mm，電動機總長72mm，理論輸出力矩可達：3Nm。盡管試驗樣機仍然存在一些需要改進之處，但是，總體的試驗結(jié)果是成功的，實現(xiàn)了發(fā)明目的。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。