[发明专利]谐波电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种提供旋转运动的电机。如下电机称为谐波电机，该电机包括谐波齿轮减速器，该减速器具有用于生成行进波的集成有源装置。

背景技术

普遍使用电动机作为用于许多工业应用的主要原动力。然而，它们的高速、低转矩特性对于其中希望高转矩、低速特性的机器人技术的轴而言并不理想。这需要使用高减速齿轮传动装置。对于机器人技术应用而言，一种典型驱动解决方案将电动机与谐波驱动齿轮减速器结合使用。通过适当的安装布置，有可能实现电机和齿轮减速器的部分集成。

谐波驱动装置是如下齿轮减速设备，该设备利用材料柔韧性以便实现齿隙最小的高减速比。与减速比类似的常规多级正齿轮系相比，谐波驱动装置赋予构造更简单、更紧凑和重量轻的驱动，这使其本身很好地投入于高精确度的应用，比如机器人技术。

在图6中示出了谐波驱动齿轮减速器的操作原理。典型谐波驱动中的三个主要部件为挠性齿条、圆形齿条和波生成器。输入、输出和固定部件在这些部件之间可互换，但是在图6中所示实施例中，输入为波生成器，输出为挠性齿条，而圆形齿条保持静止。挠性齿条1包括在一端闭合而外表面为切割轮齿的软管。波生成器为轴承3放置于其外围的椭圆凸轮2。波生成器位于挠性齿条以内，从而挠性齿条弹性地变形成椭圆形状。挠性齿条位于圆形齿条4以内，该齿条是具有内齿的硬齿轮。在挠性齿条上比在圆形齿条上少2n(其中n为正整数)个齿。挠性齿条的齿与在椭圆长轴任一端的两个瓣处的圆点的齿啮合。向波生成器凸轮施加旋转输入从而使挠性齿条的变形的椭圆形状旋转。以这一方式在挠性齿条中建立“行进波”。由于齿数目在两个齿轮之间不同，所以挠性齿条椭圆形状的旋转使挠性齿条本身在与凸轮相反的意义上并且按减少的速度旋转。使用这一驱动可实现的减速比由挠性齿条上的齿数目除以2n给定。

US2002/0135241A1教导使用电机和减速器两者共有的轴承和壳并且将电机转子和椭圆凸轮组合成单个机制部件(图7)。尽管共享的轴承和壳可以减少轴驱动的复杂度，但是操作原理保持相同；借助波生成器凸轮，将电机轴的旋转转换成挠性齿条中的行进波变形。后者要求精确尺度容差，因而从固体金属进行机加工是优选制造方法。这导致处于齿轮减速器的输入侧上的大直径沉重部件。可以通过使用替代材料或者通过在关键位置去除材料来节省重量。然而，由于需要维持热膨胀系数在驱动的部件内的均匀性，而增加在执行这样的措施时需要的关注。在组合时，波生成器凸轮和电机转子的惯性代表了就性能和安全性而言所不希望的明显能量源/吸能源。

US2005253675教导一种如最先在原CW Musser的原专利US2906143中提出的运用电磁原理来驱动的谐波电机(图9)。圆形挠性齿条1夹入于静止圆形芯2与静止定子3之间。在定子的向内表面和芯的向外表面周围布置有缠绕于径向对准齿周围的螺线管4。通过驱动芯上的彼此完全相反的一对线圈和定子上的相对于这些线圈偏移90度并且彼此相反的第二对线圈，挠性齿条在代表芯的短轴极端的两个区域吸引到芯，而在它的长轴极端吸引到定子。通过向相邻螺线管集依次赋能，使吸引区域旋转，由此产生行进波。挠性齿条配备有与位于挠性齿条内的圆形输出齿条5啮合的向内齿。

JP19900230014教导一种包括静电致动装置的类似布置。按照静电或者电磁致动原理来操作的驱动的主要优点在于，仅有的移动部分是输出轴本身。因此极大地减少存储的动能。

US6664711B2教导一种使用电磁原理的谐波电机，并且还为挠性齿条配备与螺线管芯2相反的磁体1并且运用排斥效应而不是吸引(图10)。

US7086309B2教导一种布置，其中气动致动器从外部安装到挠性齿条以驱动常规椭圆形波生成器凸轮。该文献也教导具有径向作用的气动膜致动器，这些致动器安装于挠性齿条圆柱形空隙内并且直接作用于它的表面以生成旋转椭圆形状。该布置如图8中所示，并且致动器能够推拉挠性齿条表面，而且椭圆形状在所有时间完全受制，但是由于粘弹性效应而出现损耗。

因此需要减少谐波电机的制造成本和重量以及简化其控制。现有技术的电机并未满足这一需要。

发明内容

本发明的目的在于弥补如上述限定的谐波电机的上述弊端。