一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動機構(gòu)，特別是涉及一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電動執(zhí)行機構(gòu)是一種將機械傳動、電動機、控制電路及程序軟件有機結(jié)合于一體的機電產(chǎn)品，一般來說，執(zhí)行器主要實現(xiàn)確定的角位移和線位移。實現(xiàn)角位移的執(zhí)行器有多回轉(zhuǎn)和部分回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)線位移的為直行程。在電動執(zhí)行機構(gòu)的技術(shù)方案中中機電傳動方案是電動執(zhí)行機構(gòu)相關(guān)技術(shù)的中心內(nèi)容，不同的驅(qū)動電機和傳動機構(gòu)在本質(zhì)上決定了執(zhí)行機構(gòu)性能優(yōu)劣。
[0003]在艦艇、航空航天器、或者其他空間位置受限的工業(yè)和民用環(huán)境下，某些電動執(zhí)行機構(gòu)必須滿足高傳動效率、高傳動精度、低噪音的要求，因此傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機構(gòu)的機電傳動方案不再適合，需要一種新的機電傳動系統(tǒng)才能滿足日益小型化、高精度的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種具有傳動比大，傳動效率高，傳動精度高，體積小，重量輕，以及噪音低，在小口徑小轉(zhuǎn)矩的電動裝置上有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是:提供一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，包括:超聲電機、波發(fā)生器、柔輪、固定剛輪/渦輪、蝸桿、輸出剛輪、輸出軸和反饋裝置，所述超聲電機和波發(fā)生器相連接，所述剛輪固定在蝸輪上，輸出軸位于輸出鋼輪的外側(cè)，且輸出剛輪與柔輪相嚙合，所述反饋裝置與輸出鋼輪之間連接，且反饋裝置位于所述輸出鋼輪的底部。
[0006]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)還包括感應(yīng)磁鐵、霍爾芯片和控制板，所述控制板位于所述超聲電機的外部，且與霍爾芯片性連接，所述霍爾芯片與感應(yīng)磁鐵之間具有空隙。
[0007]在本發(fā)明一個較佳實施例中，所述反饋裝置與感應(yīng)磁鐵之間通信連接，且反饋裝置帶動感應(yīng)磁鐵轉(zhuǎn)動。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:具有傳動比大，傳動效率高，傳動精度高，體積小，重量輕，以及噪音低，在小口徑小轉(zhuǎn)矩的電動裝置上有廣闊的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0009]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中:
圖1是本發(fā)明的一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)一較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0011]本發(fā)明實施例提供如下技術(shù)方案。
[0012]請參閱圖1，在本實施例中提供一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，所述的基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)包括:超聲電機1、波發(fā)生器
2、柔輪3、固定剛輪/渦輪4、蝸桿5、輸出剛輪6、輸出軸7和反饋裝置8，所述超聲電機I和波發(fā)生器2相連接，所述剛輪固定在蝸輪上，輸出軸7位于輸出鋼輪的外側(cè)，且輸出剛輪6與柔輪3相嚙合，所述反饋裝置8與輸出鋼輪之間連接，且反饋裝置8位于所述輸出鋼輪的底部。
[0013]所述基于超聲電機I和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)還包括感應(yīng)磁鐵10、霍爾芯片11和控制板9，所述控制板9位于所述超聲電機I的外部，且與霍爾芯片11性連接，所述霍爾芯片11與感應(yīng)磁鐵10之間具有空隙。
[0014]所述反饋裝置8與感應(yīng)磁鐵10之間通信連接，且反饋裝置8帶動感應(yīng)磁鐵10轉(zhuǎn)動。
[0015]在一個具體實施例中，本發(fā)明提出了一種新穎的基于超聲電機I驅(qū)動的諧波齒輪傳動電動高緊湊型執(zhí)行機構(gòu)，采用超聲電機I作為電動執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動電機、采用諧波齒輪傳動機構(gòu)作為電動執(zhí)行機構(gòu)的傳動機構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小、傳動效率高、傳動精度高的優(yōu)點。
[0016]諧波傳動Harmonic Drive是由美國發(fā)明家C.Walt Musser馬瑟于上世紀50年代中期發(fā)明創(chuàng)造的。諧波傳動裝置主要由三個基本零部件構(gòu)成，即波發(fā)生器2、柔輪3和剛輪:波發(fā)生器2:由柔性軸承與橢圓形凸輪組成。波發(fā)生器2通常安裝在減速器輸入端，柔性軸承內(nèi)圈固定在凸輪上，外圈通過滾珠實現(xiàn)彈性變形成橢圓形。柔輪3:帶有外齒圈的柔性薄壁彈性體零件，通常安裝在減速器輸出端。剛輪:帶有內(nèi)齒圈的剛性圓環(huán)狀零件，一般比柔輪3多兩個輪齒，通常固定在減速器機體上。
[0017]作為減速器使用時，通常采用波發(fā)生器2主動、剛輪固定、柔輪3輸出形式。當(dāng)波發(fā)生器2裝入柔輪3內(nèi)圓時，迫使柔輪3產(chǎn)生彈性變形而呈橢圓狀，使其長軸處柔輪3輪齒插入剛輪的輪齒槽內(nèi)，成為完全嚙合狀態(tài)；而其短軸處兩輪輪齒完全不接觸，處于脫開狀態(tài)。由嚙合到脫開的過程之間則處于嚙出或嚙入狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器2連續(xù)轉(zhuǎn)動時:迫使柔輪3不斷產(chǎn)生變形，使兩輪輪齒在進行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的過程中不斷改變各自的工作狀態(tài)，產(chǎn)生了所謂的錯齒運動，從而實現(xiàn)了主動波發(fā)生器2與柔輪3的運動傳遞。
[0018]由于諧波齒輪傳動優(yōu)點突出，所以發(fā)展非常迅速，已經(jīng)從航天軍事等領(lǐng)域，迅速拓展到民用機械產(chǎn)品領(lǐng)域，如機床，起重機械、冶金、化工機械電力機械等，隨著現(xiàn)代的設(shè)計和制造技術(shù)的發(fā)展，諧波齒輪傳動具有普通剛性機械傳動無法比擬的優(yōu)越性，具有傳動比大，傳動效率高，傳動精度高，體積小，重量輕，以及噪音低在小口徑小轉(zhuǎn)矩的電動裝置上有廣闊的應(yīng)用前進。
[0019]超聲電機I (ultrasonic motor，USM)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新型電機。與傳統(tǒng)的電磁電機不同，沒有磁極和繞組，也不依靠電磁相互作用來傳遞能量，而是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動，將定子的微觀變形通過共振放大和定轉(zhuǎn)子間的摩擦耦合轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)型電機)或動子(直線型電機)的宏觀運動。由于超聲電機I特殊的工作原理，它具有很多傳統(tǒng)電磁電機無法比擬的優(yōu)越性能，如低速大力矩、響應(yīng)速度快、保持力矩大和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。超聲電機I的優(yōu)點使得它非常適合于非連續(xù)運動的伺服控制及直接驅(qū)動。電動執(zhí)行機構(gòu)就是其中一種具體的應(yīng)用場合，雖然和電磁電機相比超聲電機I目前的功率容量仍然比較小，但是，由于超聲電機I的不斷發(fā)展，小型超聲電機I的扭矩已經(jīng)達到2.6N.m (江蘇春生超聲電機I公司)，已經(jīng)滿足執(zhí)行機構(gòu)對于驅(qū)動電機的要求。
[0020]諧波齒輪傳動輸入軸和輸出軸7同軸線，閥門電動裝置的超聲電動機I與諧波齒輪傳動組件中的波發(fā)生器22相連接，輸出剛輪66與諧波齒輪組件上的柔輪33嚙合，剛輪6固定在蝸輪上，超聲電機I輸出的運動和動力通過波發(fā)生器22輸入，經(jīng)過諧波齒輪減速增加轉(zhuǎn)矩后，由剛輪6將運動和動力由輸出軸77輸出。
[0021]手動運動經(jīng)蝸桿5副由固定剛輪4處輸入。利用蝸桿5副的自鎖性，超聲電機11驅(qū)動時，該剛輪4固定不動，而當(dāng)蝸桿5手動驅(qū)動時，發(fā)生器、柔輪3、剛輪一起運動，實現(xiàn)手動快速驅(qū)動。由于采用了超聲電機I作為驅(qū)動電機，在輸出相同的扭矩情況下，電機的體積大大小于電磁電機，使得整個執(zhí)行機構(gòu)的體積大大減小。
[0022]反饋裝置8使感應(yīng)磁鐵10轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速成一定的速比，通過使得控制板9上的霍爾效應(yīng)芯片產(chǎn)生的脈沖信號分析、處理實現(xiàn)位置的精確控制。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:
(1)、精度高:多齒在兩個180度對稱位置同時嚙合，因此齒輪齒距誤差和累積齒距誤差對旋轉(zhuǎn)精度的影響較為平均，可得到極高的位置精度和旋轉(zhuǎn)精度；
(2)、傳動比大:單級諧波齒輪傳動的傳動比可達i=30?500，且結(jié)構(gòu)簡單，三個在同軸上的基本零部件就可實現(xiàn)高減速比；
(3)、承載能力高:諧波傳動中，齒與齒的嚙合是面接觸，加上同時嚙合齒數(shù)比較多，因而單位面積載荷小，承載能力較其他傳動形式高；
(4)、體積小、重量輕:相比普通的齒輪裝置，體積和重量可以大幅降低，實現(xiàn)小型化、輕量化；
(5 )、傳動效率高、壽命長，傳動平穩(wěn)、無沖擊，噪音小。
[0024]以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于，包括:超聲電機(I)、波發(fā)生器(2)、柔輪(3)、固定剛輪/渦輪(4)、蝸桿(5)、輸出剛輪(6)、輸出軸(7)和反饋裝置(8)，所述超聲電機和波發(fā)生器相連接，所述剛輪固定在蝸輪上，輸出軸位于輸出鋼輪的外側(cè)，且輸出剛輪與柔輪相嚙合，所述反饋裝置與輸出鋼輪之間連接，且反饋裝置位于所述輸出鋼輪的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于，所述基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)還包括感應(yīng)磁鐵(10)、霍爾芯片(11)和控制板(9)，所述控制板位于所述超聲電機的外部，且與霍爾芯片性連接，所述霍爾芯片與感應(yīng)磁鐵之間具有空隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，其特征在于，所述反饋裝置與感應(yīng)磁鐵之間通信連接，且反饋裝置帶動感應(yīng)磁鐵轉(zhuǎn)動。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，包括：超聲電機、波發(fā)生器、柔輪、固定剛輪/渦輪、蝸桿、輸出剛輪、輸出軸和反饋裝置，所述超聲電機和波發(fā)生器相連接，所述剛輪固定在蝸輪上，輸出軸位于輸出鋼輪的外側(cè)，且輸出剛輪與柔輪相嚙合，所述反饋裝置與輸出鋼輪之間連接，且反饋裝置位于所述輸出鋼輪的底部。通過上述方式，本發(fā)明能夠提供一種基于超聲電機和復(fù)式諧波齒輪傳動電動執(zhí)行機構(gòu)，具有傳動比大，傳動效率高，傳動精度高，體積小，重量輕，以及噪音低，在小口徑小轉(zhuǎn)矩的電動裝置上有廣闊的應(yīng)用前景。
【IPC分類】F16K31-06, F16K31-53, H02K7-116
【公開號】CN104712827
【申請?zhí)枴緾N201510133555
【發(fā)明人】季翼鵬
【申請人】蘇州市歐米伽智能控制技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年3月26日