[发明专利]应力波驱动器和减速器

说明书

本发明公开了一种应力波驱动器，其中，受力弹性构件摩擦地接触刚性元件。应力改变元件沿该弹性构件移动，临时地减小该弹性构件的一部分中的应力，使该受力构件相对于该刚性元件移动。当该刚性元件为末端开口的腔体时，该弹性构件的形状和尺寸设为在圆周上比该末端开口的腔体稍大，从而使该弹性构件压缩并受力。移动地减小该弹性构件的一部分中的应力使其相对于该刚性元件移位。根据该弹性构件的物理性质，可通过磁、电或物理手段来实现应力改变。该应力波驱动器可以配置为用作高转矩电机、高传动比的运动传递装置以及离合器。

优先权要求

本申请要求申请号为16/139,125且申请日为2018年09月24日的美国专利申请、申请号为62/735,128且申请日为2018年09月23日的美国专利申请以及申请号为62/688,385且申请日为2018年06月22日的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。

技术领域

本发明涉及运动产生和传递机构，尤其涉及产生或传递运动的应力波驱动机构，该机构也可用作电机、无齿轮减速传感器以及离合器。

背景技术

在机械和机电工程技术领域，产生和/或传递运动的技术问题是固有的。一个特别的问题是旋转运动的产生。另一个问题是旋转运动的传递，以提供按要求速度旋转的轴，并在需要时能够按要求转矩提供动力。

传统上通过使用带和带轮或使用齿轮(包括但不限于行星齿轮)实现旋转运动的变速传递。在开发这些方案以有效用于大范围实际应用的同时，这些方案也存在局限性。例如，带轮受带的摩擦损耗、带轮自身惯性以及其尺寸等因素的限制。因此，实用的带轮系统，即效率为至少60％或更高的带轮系统的传动比通常被限制在15:1或更小。齿轮传动系统趋于更为高效，通常能够实现高达90％的动力传递效率。然而，即使是行星齿轮系统，其传动比通常被限制在10:1或更小。某些应用要求或期望从更紧凑、更轻便以及更耐用的传递系统中实现更高的传动比。其中一项著名的应用便是阿波罗登月车，其中三辆在1972至1973年期间部署在月球上。这些电动汽车由电池供电。由于对轻便紧凑设计的特殊需求，每辆车的四个车轮均有一个0.25HP DC的电机，其能够以高达10,000rpm的转速运行。这些电机通过一种特殊的装置(谐波驱动器)驱动车轮，其传动比为80:1，以便在月球条件下传递足够的转矩。

例如，美国专利2,906,143中详细描述了与更常规的传动装置相比，该谐波驱动器具有很多优势，包括但不限于几乎无反冲、紧凑性高、重量轻、传动比高、转矩能力高以及同轴的输入轴和输出轴。因此，该谐波驱动器在机器人技术和太空探索中持续应用。然而，该驱动器有缺点，例如但不限于效率显著降低、由于偏心驱动器负载导致轴承阻力一定程度上增加以及低比值传动选项的数量有限。

因此，需要的是，例如具有谐波驱动器的一些或全部优势并克服其一些或全部缺点的机电运动传递系统。更期望的是，这种系统也可适于用作电机。

背景技术的描述。相关的背景技术包括：

在1959年09月29日授予C.W.Musser的标题为“应变波传动”的美国专利2,906,143中描述了一种装置。该装置的内外同心齿轮在多个间隔区域中形成配合关系。具有该配合关系的区域在一种被描述为应变波的波动中向前传播。该应变波在一个或两个齿轮的圆周上叠加并行进，其行进速率由对该机构施加负载的速率决定。

在1968年06月18日授予H.J.Robertson的标题为“蠕动驱动器”的美国专利3,389,274中描述了一种装置。在该装置中，对由磁致伸缩材料或压电材料制成的构件按一定顺序施加脉动型信号而进行激励。沿该材料的长度施加场。该材料的一部分按方向顺序伸缩并导致该构件相对于与其摩擦接触的另一构件发生蠕动型运动。