專利名稱：結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，確切地說，涉及一種用結(jié)構(gòu) 改進(jìn)的定子與轉(zhuǎn)子之間磁阻的變化，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再以替代原孔銷結(jié) 構(gòu)的十字滑塊滑動約束副的約束下，使得轉(zhuǎn)子繞定子作圓周向的平動，并由轉(zhuǎn) 子帶動內(nèi)嚙合齒輪減速機(jī)構(gòu)的平動式嚙合電機(jī)，屬于機(jī)械裝備系統(tǒng)中的電力驅(qū) 動裝置技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)外在將新型減速機(jī)構(gòu)與電機(jī)進(jìn)行一體化方面的研究取得了很 好的進(jìn)展。比如把電機(jī)與諧波減速機(jī)二者合并在一起設(shè)計(jì)和制造，使得輸出力 矩增加，而其結(jié)構(gòu)尺寸顯著減小。日本的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)出來多種不同結(jié)構(gòu)類型的電機(jī)。例如壓電擺線電機(jī)，它是 通過一對擺線齒輪的嚙合將壓電驅(qū)動器的伸縮運(yùn)動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，再依靠 壓電驅(qū)動器輸出的驅(qū)動力推動擺線電機(jī)旋轉(zhuǎn)輸出扭矩。壓電擺線電才幾的減速比 是其轉(zhuǎn)子與定子齒數(shù)的差值與轉(zhuǎn)子齒數(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，因此壓電擺線電機(jī)與依靠定轉(zhuǎn)子之間摩擦力來 輸出低轉(zhuǎn)速、大扭矩的超聲波及諧波電機(jī)相比較，具有更高的效率和使用壽命。
由于齒輪嚙合的傳動優(yōu)勢，近年來先后研制了多種將齒輪嚙合與不同類型 的驅(qū)動器相結(jié)合的低速大扭矩電機(jī)。例如通過橡膠變形驅(qū)動的擺線電機(jī)、靠氣 缸驅(qū)動的錐齒輪電機(jī)、依靠液壓缸驅(qū)動的端面齒輪電機(jī)、以及電磁擺線電機(jī)和 電磁錐齒輪電機(jī)等等。上述電機(jī)具有效率高、精度好、磨損小、體積小、結(jié)構(gòu) 緊湊的優(yōu)點(diǎn)，在用于機(jī)器人的驅(qū)動裝置中得到了4艮好的應(yīng)用。
但是，上述電機(jī)只是將驅(qū)動器與定子相互連接，并未構(gòu)成一體化機(jī)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)不緊湊。采用氣缸和液壓缸驅(qū)動的電機(jī)，除了驅(qū)動器外，還額外需要動 力源。壓電或超磁致伸縮材料驅(qū)動的電機(jī)則因其驅(qū)動器作用的行程太短(僅為 微米級)，為了滿足定子運(yùn)動行程的需要，還需要增加一套杠桿，以增大其作用 行程。而且，在低速驅(qū)動和負(fù)載較大的場合中使用的電機(jī)都要安裝減速器及其 相關(guān)部件或裝置，這樣就增加了驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)部件和重量。為此，申請人研 制了一種將齒輪減速裝置與電機(jī)驅(qū)動器實(shí)現(xiàn)一體化結(jié)合的平動式嚙合電機(jī)(專
利申請?zhí)?00810114840.5),較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述各種缺陷，但后來 在使用過程中，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)上還存在缺陷其磁場容易耦合和產(chǎn)生負(fù)功磁路、 電路控制比較復(fù)雜，個別零部件的機(jī)械加工和裝配的精度要求高，因此如何改 進(jìn)上述電機(jī)，以提高和改善其機(jī)電綜合性能，就成為申請人的研究新課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，該電機(jī) 也是以電磁力作為驅(qū)動力，將擺線齒輪嚙合傳動機(jī)構(gòu)作為減速輸出部件的低轉(zhuǎn) 速、大轉(zhuǎn)矩的平動式嚙合電機(jī)，但是其能夠較好地解決現(xiàn)有電機(jī)的各種缺陷和 問題，成為一種更加簡單、實(shí)用的平動式嚙合電機(jī)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，是將電 機(jī)和減速機(jī)集成為一體的大轉(zhuǎn)矩的低轉(zhuǎn)速電動機(jī)，包括有電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子， 齒輪減速機(jī)的擺線內(nèi)齒圏和擺線外齒輪，磁極支架、主軸、平動約束機(jī)構(gòu)，以及 機(jī)殼；其中擺線外齒輪通過平鍵連結(jié)主軸，由主軸帶動外齒輪作公轉(zhuǎn)運(yùn)動，再通 過與外齒4侖嚙合的固定的擺線內(nèi)齒圈，外齒輪輸出低速的自轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過連4妄 鍵帶動主軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過聯(lián)軸器和輸出軸輸出該自轉(zhuǎn)運(yùn)動；其特征在于
所述定子采用分布式結(jié)構(gòu)，每個定子為中間有凸柱的半圓環(huán)形構(gòu)件，各個 凸柱上的線圈繞組構(gòu)成能夠分別控制的感應(yīng)磁極，位于所述轉(zhuǎn)子兩側(cè)的兩個定 子繞組分別通電后，該兩個定子線圏繞組產(chǎn)生的電磁力將驅(qū)動該轉(zhuǎn)子向各自方 向平動；因每個定子線圏繞組產(chǎn)生的電磁力僅流經(jīng)該定子自身和該轉(zhuǎn)子而形成 閉合路徑，不通過其它定子，避免出現(xiàn)負(fù)功磁路；在徑向尺寸和鐵芯截面積相同時，該結(jié)構(gòu)能設(shè)置更多的線圈繞組匝數(shù)，提高電機(jī)的功率密度；
所述轉(zhuǎn)子為長方體構(gòu)件，螺固于兩個轉(zhuǎn)子支架，每個轉(zhuǎn)子支架上設(shè)有凹槽
與十字滑塊構(gòu)成的橫向平動約束副；該十字滑塊與另一個設(shè)有直槽的滑塊盤構(gòu)
成縱向平動約束副；該十字滑塊約束機(jī)構(gòu)使所述轉(zhuǎn)子只能徑向平動而不能轉(zhuǎn)動； 所述定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成的磁極模塊沿軸向設(shè)置，構(gòu)成多套模塊化的封裝磁極，
該結(jié)構(gòu)能提高總的磁場力輸出，又便于根據(jù)用途而安置不同數(shù)量的封裝磁極，
輸出不同的功率。
所述主軸藉由滑動軸承固裝于所述轉(zhuǎn)子的通孔內(nèi)，使得該轉(zhuǎn)子平動時能夠 帶動主軸水平移動，但不限制該主軸的自由轉(zhuǎn)動；該主軸通過鍵連接外齒輪， 使得所述轉(zhuǎn)子平動時，帶動主軸和外齒4侖做公轉(zhuǎn)運(yùn)動，再通過與外齒輪嚙合的 固定內(nèi)齒圈而帶動主軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動，即主軸在公轉(zhuǎn)運(yùn)動時，也有自轉(zhuǎn)運(yùn)動；從 而利用十字滑塊和輸出軸構(gòu)成的輸出機(jī)構(gòu)輸出該主軸的低速、大轉(zhuǎn)矩自轉(zhuǎn)運(yùn)動， 但不約束其公轉(zhuǎn)運(yùn)動；以避免將負(fù)載轉(zhuǎn)矩施加給支撐約束結(jié)構(gòu)，減少約束機(jī)構(gòu) 的磨損和效率的損失。
所述f茲極支架為內(nèi)側(cè)設(shè)有多個凸柱和兩個螺紋孔的薄壁圓環(huán)型構(gòu)件，該多 個凸柱與所述定子形狀相對應(yīng)，用于將兩個定子固裝于》茲極支架，并徑向定位 分別固裝在每個轉(zhuǎn)子的兩側(cè)，再藉由兩個螺紋孔中的螺釘將兩個定子在軸向螺 固定位。
所述轉(zhuǎn)子支架為截面形狀與轉(zhuǎn)子相近似的薄^1構(gòu)件，該轉(zhuǎn)子支架中央通孔 兩側(cè)分別對稱設(shè)有螺孔和相互平行的直線凹槽，兩個螺孔用于螺固所述轉(zhuǎn)子， 兩個直線凹槽和滑塊盤上的兩個直槽通孔與兩個十字滑塊構(gòu)成橫向平動約束 副，使得所迷轉(zhuǎn)子只能平動，不能轉(zhuǎn)動。
所述滑塊盤是設(shè)有兩個直槽通孔和多個螺孔的薄板圓形構(gòu)件，其中多個螺 孔分為兩組，分別用于將該滑塊盤螺固在位于其兩側(cè)的磁極支架，兩個直槽通 孔與轉(zhuǎn)子支架的兩個直線凹槽呈垂直相交狀，用于嵌入所述轉(zhuǎn)子支架的兩個十 字滑塊，構(gòu)成橫向平動約束副。
所述每套磁極由 一個轉(zhuǎn)子和位于其兩側(cè)的兩個定子所組成，該兩個定子上的線圈繞組分別驅(qū)動該轉(zhuǎn)子向上、下方向平動，形成單向驅(qū)動結(jié)構(gòu)；同樣構(gòu)造 的另 一套》茲極的兩個定子上的線圈繞組在軸向與上述》茲極定子上的線圈繞組呈 垂直交叉設(shè)置，形成左、右方向的驅(qū)動磁極。
所述平動式嚙合電機(jī)在位于軸向迫擺線內(nèi)齒圏和擺線外齒輪構(gòu)成的齒輪減
速機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)置2套磁極，形成對稱的兩套4相驅(qū)動方式。
本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的平動式嚙合電機(jī)，該電機(jī)繼承 了原來電機(jī)的特點(diǎn)將電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子分別與擺線外齒輪和擺線內(nèi)齒圈固聯(lián)， 形成擺線減速器嚙合運(yùn)動方式，依靠擺線齒輪嚙合傳動實(shí)現(xiàn)減速，真正將電機(jī) 與減速機(jī)結(jié)合為一體。而且，轉(zhuǎn)子相對于定子只有平動沒有轉(zhuǎn)動，從而避免了 傳統(tǒng)電機(jī)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、低速工況不 穩(wěn)定、輸出扭矩小等弱點(diǎn)。除此以外，本發(fā)明還具有下述創(chuàng)新優(yōu)點(diǎn)
采用單向驅(qū)動的分布式磁極結(jié)構(gòu)，可以避免磁極間的磁路耦合，降低了磁
場分析的難度，而且避免了原來電機(jī)結(jié)構(gòu)中的負(fù)功磁路，提高了電機(jī)效率；同 時，在相同體積下，本發(fā)明的定子上可以布置更多匝數(shù)的繞組，提高了驅(qū)動力。
將一個轉(zhuǎn)子和其兩側(cè)的兩個定子組成一套^f莫塊化的單向驅(qū)動^茲極，該結(jié)構(gòu) 使得本發(fā)明電機(jī)的裝配更加容易，并能夠使本發(fā)明電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式靈活、多變， 例如需要較大輸出轉(zhuǎn)矩時，只需增加磁極模塊的數(shù)量就能夠獲得更強(qiáng)力轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明電機(jī)在運(yùn)行過程中，分布式磁極結(jié)構(gòu)的定、轉(zhuǎn)子間的氣隙磁場對應(yīng) 面始終處于相互平行狀態(tài)，這樣就避免了原來電機(jī)中出現(xiàn)的磁極間的氣隙^P茲場 局部磁路飽和現(xiàn)象，同時也能夠固定電磁力方向，從而使得該電機(jī)磁極的電磁 力較為容易控制，只需調(diào)節(jié)勵磁電流大小，無需考慮電流方向，即可獲得所需 要的電磁驅(qū)動力，進(jìn)而較為容易地精確控制電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
原來電機(jī)結(jié)構(gòu)中采用了孔銷約束來限制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，對該孔與銷釘?shù)募庸ぞ?度和裝配精度都要求較高，本發(fā)明采用了十字滑塊對轉(zhuǎn)子進(jìn)行約束，其對零部 件加工精度的要求較低，既降低加工成本，又容易裝配，提高電機(jī)工作可靠性。
原來電機(jī)結(jié)構(gòu)中的內(nèi)齒圈做^^轉(zhuǎn)平動，與外齒輪嚙合，再由外齒輪旋轉(zhuǎn)作 為輸出軸，該種結(jié)構(gòu)將會把內(nèi)齒圈受到的負(fù)載反力傳遞給內(nèi)齒圏，進(jìn)而傳遞給與內(nèi)齒圈連接的孔銷約束機(jī)構(gòu)，加速了約束機(jī)構(gòu)的磨損；本發(fā)明電機(jī)采用內(nèi)齒 圈固定不動，由外齒輪做公轉(zhuǎn)平動并且自轉(zhuǎn)輸出的傳動方式，能夠避免將將負(fù) 載反力傳遞給約束機(jī)構(gòu)，且在電才;Lit行過程中，僅僅由內(nèi)齒圈承受負(fù)載反力。 該種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)能夠延長電機(jī)的壽命。


圖1 (A)、 (B)、 (C)分別是本發(fā)明結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)中的定子 與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)組成與擺線內(nèi)齒圈和擺線外齒輪的減速機(jī)嚙合傳動原理圖。
圖2 (A)、 (B)、 (C)、 (D)分別是本發(fā)明結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)在電 #幾驅(qū)動時的定子與轉(zhuǎn)子的相對位置及工作原理圖。
圖3和圖4分別是本發(fā)明結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)的軸向和徑向剖視圖。
圖5 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的擺線內(nèi)齒圈的主視圖和軸測圖。
圖6 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的擺線外齒輪的主視圖和軸測圖。
圖7 ( A)、 (B)分別是本發(fā)明中的定子的主視圖和軸測圖。
圖8 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的轉(zhuǎn)子的主視圖和軸測圖。
圖9 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的主軸的主視圖和軸測圖。
圖10 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的磁極支架的主視圖和軸測圖。
圖11 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的轉(zhuǎn)子支架的主視圖和軸測圖。
圖12 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的滑塊盤的示主視圖和軸測圖。
圖13 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的輸出軸的主視圖和軸測圖。
圖14 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的十字滑塊的主視圖和軸測圖。
圖15 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的滑動軸套的主視圖和軸測圖。
圖16 (A)、 (B)分別是本發(fā)明中的法蘭盤的主視圖和軸測圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作 進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，是將電機(jī)和減速機(jī)集成為一體、 簡化機(jī)械傳動系統(tǒng)，能夠直接輸出低轉(zhuǎn)速、大扭矩，并具有一定的自鎖和制動 能力的低速電動機(jī)。該電機(jī)裝有四套磁極，每套磁極由中間的轉(zhuǎn)子及其兩側(cè)的 兩個定子所組成，安裝在定子上的線圍繞組加電后，能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)子左、右移動，
形成單向驅(qū)動磁極；軸向安裝的四套磁極分為其磁極方向相互錯開90°的兩 對。每個轉(zhuǎn)子中間通孔安裝的滑動軸套與主軸形成滑動旋轉(zhuǎn)副，主軸通過連接 鍵與擺線外齒輪連接。通過控制四套磁極線圏繞組的工作狀態(tài)，就能夠驅(qū)動轉(zhuǎn) 子帶動主軸在徑向產(chǎn)生公轉(zhuǎn)式的平動，該主軸藉由滑動軸承固裝于轉(zhuǎn)子的通孔 內(nèi)，使得轉(zhuǎn)子平動時能夠帶動主軸水平移動，但不限制主軸的自由轉(zhuǎn)動。又因 主軸通過平鍵連結(jié)擺線外齒輪，故轉(zhuǎn)子平動時，由主軸帶動外齒輪作公轉(zhuǎn)運(yùn)動， 再通過與外齒輪嚙合的與機(jī)殼固定為一體的擺線內(nèi)齒圈產(chǎn)生嚙合運(yùn)動，并帶動 主軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動，即主軸在公轉(zhuǎn)運(yùn)動時，也有自轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)嚙合原理，由擺 線外齒輪帶動主軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過聯(lián)軸器和輸出軸輸出低速、大轉(zhuǎn)矩運(yùn)動。這 種機(jī)構(gòu)能夠避免將負(fù)載轉(zhuǎn)矩施加給支撐約束結(jié)構(gòu)，減少約束機(jī)構(gòu)的磨損和效率 的損失。
本發(fā)明電機(jī)特點(diǎn)是在軸向設(shè)置多個單向驅(qū)動磁極，既提高單個磁極的繞組 填充率，所采用的分布式繞組又降低了磁場力控制上的難度。
參見圖l和圖2，介紹本發(fā)明電機(jī)中的定子與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)組成和工作原理 本發(fā)明電機(jī)的每套磁極有用軟磁材料制成的兩個定子2和一個轉(zhuǎn)子1,長 方形磁極的轉(zhuǎn)子1上既無繞組也無永磁體。定子2采用分布式結(jié)構(gòu)，每個定子 2為中間有凸柱的半圓環(huán)形構(gòu)件，在定子2的凸柱上都分別設(shè)有線圏繞組2A， 構(gòu)成能夠分別控制的感應(yīng)》茲極。在徑向上設(shè)置的另 一套》茲極與第一查磁極錯開 90度安裝(參見圖1 (B)),當(dāng)對第一套^茲極的①和③兩組線圏加電時，位于 中間的轉(zhuǎn)子l呈上、下吸合狀態(tài)，(參見圖2(A)和圖2(C)),當(dāng)對第二查^茲極的 ②和④兩組線圈加電時，轉(zhuǎn)子1分別呈右、左吸合狀態(tài)(參見圖2(B)和圖2(D))。 因此，只要控制兩組磁極的各組線圈的加電順序和方向，就可以使轉(zhuǎn)子l按照如圖2(A)、 (B)、 (C)、 (D)所示上—右—下—左—上的循環(huán)次序作吸合動 作；如果再細(xì)分電路，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞定子軸線作均勾的公轉(zhuǎn)運(yùn)動。
該電機(jī)的轉(zhuǎn)子1中央通孔裝有滑動軸承套6 (參見圖3 )，主軸5穿過滑動 軸承套6，主軸5還通過連接鍵連結(jié)擺線外齒輪3。擺線外齒輪3的軸線與主軸 5的軸線重合同軸，它們在二維平面上投影為圖1 (A)中的O,點(diǎn)。擺線內(nèi)齒圈 4固定在機(jī)殼上，它的軸線在二維平面上投影為02點(diǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子1在做徑向公轉(zhuǎn) 運(yùn)動時，將帶動主軸5和擺線外齒輪3環(huán)繞擺線內(nèi)齒圈4一起運(yùn)動，擺線外齒 輪3則與擺線內(nèi)齒圏4產(chǎn)生嚙合運(yùn)動，根據(jù)。齒合原理，擺線外齒輪3將高速的 公轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為低速的自轉(zhuǎn)運(yùn)動。
下面參見各個附圖，具體介紹本發(fā)明電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，它的零部件包括有 電機(jī)的轉(zhuǎn)子l、定子2,齒輪減速機(jī)的擺線外齒輪3和擺線內(nèi)齒圈4,主軸5, 滑動軸套6，輸出軸7、磁極支架8，轉(zhuǎn)子支架9，滑塊盤IO，以及機(jī)殼ll、法 蘭盤12、十字滑塊13、滾動軸承14、軸承蓋15、聯(lián)接鍵16、緊固螺釘17等。
電機(jī)的轉(zhuǎn)子1為長方體構(gòu)件(參見圖8和圖3、圖4),采用在其通孔1A 中的緊固螺釘螺固于兩個轉(zhuǎn)子支架9，轉(zhuǎn)子支架9為截面形狀與轉(zhuǎn)子相近似的 薄板構(gòu)件，每個轉(zhuǎn)子支架9中央通孔兩側(cè)分別對稱設(shè)有螺孔9A和相互平行的 直線凹槽9B，兩個螺孔9A用于螺固轉(zhuǎn)子1，兩個直線凹槽9B與兩個十字滑塊 13上的突塊13A構(gòu)成^f黃向平動約束副，該兩個十字滑塊13的另一側(cè)的突塊13B 與滑塊盤10上的兩道直槽通孔10B配合，形成縱向平動約束副，這兩個方向 的十字滑塊平動約束機(jī)構(gòu)使得轉(zhuǎn)子1只能在徑向上平動而不能轉(zhuǎn)動。薄板圓形 構(gòu)件的滑塊盤10設(shè)有兩個直槽通孔10B和多個螺孔IOA，多個螺孔10A分為 兩組，分別用于將該滑塊盤10螺固在位于其兩側(cè)的》茲極支架8，兩個直槽通孔 10B與轉(zhuǎn)子支架9的兩個直線凹槽9B呈垂直相交狀，用于嵌入轉(zhuǎn)子支架9和兩 個十字滑塊13。
本發(fā)明電機(jī)的每套磁極有一個轉(zhuǎn)子1與其兩側(cè)的兩個定子2組成(參見圖 7、圖3和圖4)，并藉由轉(zhuǎn)子1的中央通孔2A和磁極支架8的螺孔8B配合螺固。^茲極支架8為內(nèi)側(cè)設(shè)有多個凸柱和兩個螺紋孔的薄壁圓環(huán)型構(gòu)件，凸柱
上的螺紋孔8A與滑塊盤10上的螺孔10A配合螺固，使得兩個滑塊盤10扣緊
在磁極支架8的兩端，從而將定子2和轉(zhuǎn)子1封裝在一個磁極支架8內(nèi)，同時
也固定了十字滑塊約束機(jī)構(gòu)。磁極支架8的多個凸柱與定子2的形狀相對應(yīng)，
用于將兩個定子2固裝于-茲極支架8，并徑向定位分別固裝在轉(zhuǎn)子1的兩側(cè)，
再藉由兩個螺紋孔8B中的螺釘將兩個定子2在軸向螺固定位。位于轉(zhuǎn)子1兩
側(cè)的兩個定子2上的繞組分別通電后，該兩個定子線圈繞組產(chǎn)生的電石茲力將驅(qū)
動該轉(zhuǎn)子向各自方向平動；因每個定子2的線圈繞組產(chǎn)生的電^f茲力僅流經(jīng)該定
子2自身和該轉(zhuǎn)子1而形成閉合路徑，不會通過其它定子，避免出現(xiàn)負(fù)功-茲3各；
在徑向尺寸和鐵芯截面積相同時，該結(jié)構(gòu)能設(shè)置更多的線圏繞組匝數(shù)，提高電 機(jī)的功率密度；
本發(fā)明電機(jī)在軸向設(shè)有另一套磁極，其定子2和轉(zhuǎn)子1以及磁極支架8的 布置方式與前一套磁極呈90°角。當(dāng)兩套》茲極的繞組2A交錯順序通電后，這 些電磁線圈繞組2A產(chǎn)生的電磁力將驅(qū)動轉(zhuǎn)子l在作平動的同時，帶動與轉(zhuǎn)子 1固聯(lián)的擺線內(nèi)齒圈4一起平動。
齒輪減速機(jī)構(gòu)中的擺線內(nèi)齒圈4和擺線外齒輪3的結(jié)構(gòu)基本沒變擺線內(nèi) 齒圈4為薄壁環(huán)狀通孔構(gòu)件(參見圖5)，其徑向均布設(shè)有12個通孔，通過緊 固螺釘與滑塊盤10上的孔10A螺固連結(jié)。擺線外齒輪3為薄壁通孔構(gòu)件(參 見圖6)，其中間通孔內(nèi)設(shè)有放置連接鍵16的凹槽，用于將該擺線外齒輪3的 轉(zhuǎn)動傳遞給輸出軸5。本發(fā)明電機(jī)的擺線內(nèi)齒圈4和擺線外齒輪3組成共輒齒 形、且齒數(shù)為一齒差的擺線齒輪減速機(jī)，其減速傳動比!'為！-Z。/(Zi-Z。)， 式中，Z,為擺線內(nèi)齒圈4的齒數(shù)，Z。為擺線外齒輪3的齒數(shù)。該對共輒齒輪將 擺線外齒輪3的公轉(zhuǎn)經(jīng)過減速后輸出，轉(zhuǎn)子1帶動主軸5和擺線外齒輪3公轉(zhuǎn) 一周，擺線外齒輪3僅轉(zhuǎn)動一個齒，藉此從主軸5輸出低轉(zhuǎn)速和大扭矩。
參見圖9，主軸5的鍵槽5A放置連接鍵16,藉由連接鍵16將擺線外齒輪 3的轉(zhuǎn)動傳遞給該主軸5;主軸5的兩端分別與兩套十字滑塊聯(lián)軸器相配合，通過輸出軸7將擺線外齒輪3的轉(zhuǎn)動輸出，十字滑塊聯(lián)軸器不輸出主軸5的平動。
本發(fā)明的定子2與轉(zhuǎn)子1構(gòu)成的磁極模塊沿軸向設(shè)置，構(gòu)成多套模塊化的 封裝磁極，該結(jié)構(gòu)能提高總的磁場力輸出，又便于根據(jù)用途而安置不同數(shù)量的 封裝磁極，輸出不同的功率。該電機(jī)在位于軸向的擺線內(nèi)齒圈和擺線外齒輪構(gòu) 成的齒專侖減速才幾的兩側(cè)分別i殳置2套磁極，形成對稱的兩套4相驅(qū)動方式。
本發(fā)明電才幾安裝有四套相同結(jié)構(gòu)的,茲極，每套^茲極的轉(zhuǎn)子1通過滑動軸岸義 與主軸5滑動配合，主軸5通過連接鍵16連接擺線外齒輪3，四套;茲極對稱設(shè) 置于主軸5上的擺線外齒輪3的兩側(cè)，兩套分布在最外側(cè),茲極的安裝角度相同， 靠近擺線外齒輪3的兩套磁極的安裝角度相同，但與外側(cè)的兩套磁極安裝角錯 開90度。每套磁極都固裝在磁極支架8內(nèi)，定子2利用螺釘螺固于磁極支架8 的突塊，轉(zhuǎn)子1利用螺釘緊固于轉(zhuǎn)子支架9，轉(zhuǎn)子支架9通過十字滑塊13與滑 塊盤10構(gòu)成平動約束機(jī)構(gòu)。前后兩個滑塊盤10利用螺釘緊固在》茲極支架8上， 從而將轉(zhuǎn)子l、定子2、十字滑塊13和轉(zhuǎn)子支架9固裝在一起。不同安裝角度 的磁極的定子繞組2A先后上電后，驅(qū)動轉(zhuǎn)子l平動，同時帶動輸出軸5和擺 線外齒輪3以及與其固聯(lián)的擺線內(nèi)齒圏4產(chǎn)生嚙合運(yùn)動，最后通過連接鍵16 將擺線外齒輪3的轉(zhuǎn)動傳遞給主軸5而輸出低轉(zhuǎn)速、大扭矩。
總之，本發(fā)明電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是通過轉(zhuǎn)子1上的擺線內(nèi)齒圈4與定子2上 的擺線外齒輪3在電磁驅(qū)動力作用下相互嚙合，縮短定子2與轉(zhuǎn)子1之間的作 用距離，增大作用力，使減速機(jī)和電動機(jī)真正成為一個整體。
本發(fā)明已經(jīng)研制成功試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了實(shí)施試驗(yàn)。該樣機(jī)的參數(shù)及性能 為內(nèi)齒圏齒數(shù)55,外齒輪齒數(shù)54，傳動比54: 1,電機(jī)的機(jī)殼外徑65mm, 電機(jī)總長104mm,加載電壓12V，測到的峰值電流3.6A。該電機(jī)采用四相八 拍的脈沖信號驅(qū)動，在轉(zhuǎn)速為3轉(zhuǎn)/分時，輸出力矩可達(dá)4.8Nm(需要說明的 是因加工設(shè)備的局限，樣機(jī)存在加工誤差，各個運(yùn)動約束零件之間有配合間 隙，致使擺線齒輪在嚙合時有時發(fā)生打滑，使得承載減小)。盡管存在一定缺陷， 但是，試驗(yàn)基本是成功的，實(shí)現(xiàn)了發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，是將電機(jī)和減速機(jī)集成為一體的大轉(zhuǎn)矩的低轉(zhuǎn)速電動機(jī)，包括有電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子，齒輪減速機(jī)的擺線內(nèi)齒圈和擺線外齒輪，磁極支架、主軸、平動約束機(jī)構(gòu)，以及機(jī)殼；其中擺線外齒輪通過平鍵連結(jié)主軸，由主軸帶動外齒輪作公轉(zhuǎn)運(yùn)動，再通過與外齒輪嚙合的固定的擺線內(nèi)齒圈，外齒輪輸出低速的自轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過連接鍵帶動主軸轉(zhuǎn)動，進(jìn)而通過聯(lián)軸器和輸出軸輸出該自轉(zhuǎn)運(yùn)動；其特征在于所述定子采用分布式結(jié)構(gòu)，每個定子為中間有凸柱的半圓環(huán)形構(gòu)件，各個凸柱上的線圈繞組構(gòu)成能夠分別控制的感應(yīng)磁極，位于所述轉(zhuǎn)子兩側(cè)的兩個定子繞組分別通電后，該兩個定子線圈繞組產(chǎn)生的電磁力將驅(qū)動該轉(zhuǎn)子向各自方向平動；因每個定子線圈繞組產(chǎn)生的電磁力僅流經(jīng)該定子自身和該轉(zhuǎn)子而形成閉合路徑，不通過其它定子，避免出現(xiàn)負(fù)功磁路；在徑向尺寸和鐵芯截面積相同時，該結(jié)構(gòu)能設(shè)置更多的線圈繞組匝數(shù)，提高電機(jī)的功率密度；所述轉(zhuǎn)子為長方體構(gòu)件，螺固于兩個轉(zhuǎn)子支架，每個轉(zhuǎn)子支架上設(shè)有凹槽與十字滑塊構(gòu)成的橫向平動約束副；該十字滑塊與另一個設(shè)有直槽的滑塊盤構(gòu)成縱向平動約束副；該十字滑塊約束機(jī)構(gòu)使所述轉(zhuǎn)子只能徑向平動而不能轉(zhuǎn)動；所述定子與轉(zhuǎn)子構(gòu)成的磁極模塊沿軸向設(shè)置，構(gòu)成多套模塊化的封裝磁極，該結(jié)構(gòu)能提高總的磁場力輸出，又便于根據(jù)用途而安置不同數(shù)量的封裝磁極，輸出不同的功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述主軸藉由滑 動軸承固裝于所述轉(zhuǎn)子的通孔內(nèi)，使得該轉(zhuǎn)子平動時能夠帶動主軸水平移動， 但不限制該主軸的自由轉(zhuǎn)動；該主軸通過鍵連接外齒輪，使得所述轉(zhuǎn)子平動時， 帶動主軸和外齒輪做公轉(zhuǎn)運(yùn)動，再通過與外齒輪嚙合的固定內(nèi)齒圏而帶動主軸 作自轉(zhuǎn)運(yùn)動，即主軸在公轉(zhuǎn)運(yùn)動時，也有自轉(zhuǎn)運(yùn)動；從而利用十字滑塊和輸出 軸構(gòu)成的輸出機(jī)構(gòu)輸出該主軸的低速、大轉(zhuǎn)矩自轉(zhuǎn)運(yùn)動，但不約束其公轉(zhuǎn)運(yùn)動； 以避免將負(fù)載轉(zhuǎn)矩施加給支撐約束結(jié)構(gòu)，減少約束機(jī)構(gòu)的磨損和效率的損失。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述磁極支架為 內(nèi)側(cè)設(shè)有多個凸柱和兩個螺紋孔的薄壁圓環(huán)型構(gòu)件，該多個凸柱與所述定子形 狀相對應(yīng)，用于將兩個定子固裝于磁極支架，并徑向定位分別固裝在每個轉(zhuǎn)子 的兩側(cè)，再藉由兩個螺紋孔中的螺釘將兩個定子在軸向螺固定位。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子支架為 截面形狀與轉(zhuǎn)子相近似的薄板構(gòu)件，該轉(zhuǎn)子支架中央通孔兩側(cè)分別對稱設(shè)有螺 孔和相互平行的直線凹槽，兩個螺孔用于螺固所述轉(zhuǎn)子，兩個直線凹槽和滑塊 盤上的兩個直槽通孔與兩個十字滑塊構(gòu)成橫向平動約束副，使得所述轉(zhuǎn)子只能 平動，不能轉(zhuǎn)動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述滑塊盤是設(shè) 有兩個直槽通孔和多個螺孔的薄板圓形構(gòu)件，其中多個螺孔分為兩組，分別用 于將該滑塊盤螺固在位于其兩側(cè)的》茲4 L支架，兩個直槽通孔與轉(zhuǎn)子支架的兩個 直線凹槽呈垂直相交狀，用于嵌入所述轉(zhuǎn)子支架的兩個十字滑塊，構(gòu)成^f黃向平 動約束副。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述每套》茲極由 一個轉(zhuǎn)子和位于其兩側(cè)的兩個定子所組成，該兩個定子上的線圏繞組分別驅(qū)動 該轉(zhuǎn)子向上、下方向平動，形成單向驅(qū)動結(jié)構(gòu)；同樣構(gòu)造的另一套》茲才及的兩個 定子上的線圏繞組在軸向與上述》茲極定子上的線圏繞組呈垂直交叉"i殳置，形成 左、右方向的馬區(qū)動-茲才及。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的平動式嚙合電機(jī)，其特征在于所述平動式嚙合電機(jī)在位于軸向M擺線內(nèi)齒圈和擺線外齒輪構(gòu)成的齒輪減速機(jī)的兩側(cè)分別 設(shè)置2套f茲極，形成對稱的兩套4相驅(qū)動方式。
全文摘要
一種結(jié)構(gòu)改進(jìn)的平動式嚙合電機(jī)，為將電機(jī)和減速機(jī)集成一體的低速、大轉(zhuǎn)矩電動機(jī)，軸向設(shè)有四套磁極，每套磁極由中間的轉(zhuǎn)子及其兩側(cè)定子組成，線圈繞組在定子上，繞組加電后驅(qū)動轉(zhuǎn)子左、右移動，形成單向驅(qū)動磁極；四套磁極分成安裝方向呈垂直交錯的兩對。轉(zhuǎn)子中間通孔的滑動軸套與主軸形成滑動旋轉(zhuǎn)副，主軸通過連接鍵連接擺線外齒輪?？刂扑奶状艠O繞組的工作狀態(tài)，能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)子帶動主軸在徑向上產(chǎn)生公轉(zhuǎn)方式的平動，再帶動擺線外齒輪與固定在機(jī)殼的擺線內(nèi)齒圈產(chǎn)生嚙合運(yùn)動，根據(jù)嚙合原理，擺線外齒輪帶動主軸輸出低速、大轉(zhuǎn)矩運(yùn)動。本發(fā)明電機(jī)特點(diǎn)是將多個單向驅(qū)動磁極在軸向上分布設(shè)置，既提高單個磁極的繞組填充率，又降低了分布式繞組的磁場力控制難度。
文檔編號H02K7/116GK101662181SQ20091009299
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者廖啟征, 李瑞華, 魏世民 申請人:北京郵電大學(xué)