机电集成空间环面低速电的制造方法
【专利摘要】本发明属于机电【技术领域】，涉及一种机电集成空间环面低速电机，包括电机机壳、电磁驱动部分、空间环面外滚道、转子、球形动齿、空间环面内滚道壳体、端盖、第一轴承、第二轴承及油杯，其特征是：电磁驱动部分置于电机机壳内，电磁驱动部分内轴与空间外环面滚道的主动端连接，转子圆周面上均匀分布着轴向动齿槽，动齿槽个数与球形动齿的动齿数n相等，转子由第一轴承支撑，空间外环面滚道的滚道数为z1，空间环面内滚道壳体内圆柱表面上有周期数为z3的内环面滚道，球形动齿安装在空间环面内滚道、空间环面外滚道及转子动齿槽的交错区域。其优点是：能够实现小尺寸电机的大转矩输出，尤其适用于径向上受限制的空间动力传输。
【专利说明】机电集成空间环面低速电机
【技术领域】
[0001]本发明属于机电【技术领域】，涉及一种机电集成空间环面低速电机。
【背景技术】
[0002]工业应用的许多传动领域，如风力发电、电动汽车及潜艇驱动等领域，往往需要实现低转速大力矩机械能与高转速低力矩机械能的相互转换，常用的机械齿轮变速传动技术存在机械疲劳、摩擦损耗、震动噪音及润滑等问题，导致维护极其繁琐、传动效率低、噪声大，尤其是对于大范围变矩变速的使用要求，机械齿轮传动的多级、多档调速机构或机械式离合变速机构的整体结构复杂，而且长期频繁的离合操作对系统的可靠性和寿命挑战极大，往往使得离合机构的操纵控制复杂化。
[0003]磁性齿轮传动系统是利用磁场实现运动和动力的非接触式传动，从根本上克服了机械齿轮传动过程中的疲劳、磨损、润滑等问题，具有噪音小、过载自我保护等功能，在工业领域得到广泛应用，早期的磁齿轮传动装置大多采用平行轴或交错轴拓扑结构，在运转过程中的任意时刻只有少数几对磁极处于相互磁耦合的工作状态，所传递转矩较小，转矩密度低，虽然在本世纪初，Atallah K等人提出了磁场调制型磁齿轮传动装置，采用同轴式拓扑结构，永磁体利用率大幅度提高，转矩密度明显提升，但由于调磁环的存在，使得该类磁齿轮具有多个气隙，需要消耗永磁体的大量磁动势，限制了该类磁齿轮的传动效率。
[0004]随着电子和控制等技术向机械领域的不断渗透，跨越传统机构组成概念，实现机、电、磁及控制有机结合的机电集成传动装置，具有结构紧凑、传动效率高和承载扭矩大等优点，对工程应用具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种集电磁驱动与空间环面减速机构于一体的机电集成空间环面低速电机，不仅能够克服机械齿轮传动过程中的疲劳、磨损、润滑等问题，而且能够大大提高传动装置的传动效率，实现小尺寸电机的大转矩输出，尤其适用于径向受限空间的动力传输。
[0006]本发明采用的技术方案如下:
[0007]本发明包括电机机壳、电磁驱动部分、空间环面外滚道、转子、球形动齿、空间环面内滚道壳体、端盖、第一轴承、第二轴承及油杯，所述电磁驱动部分置于电机机壳内，电磁驱动部分内轴与空间外环面滚道的主动端连接，转子圆周面上均匀分布着轴向动齿槽，动齿槽个数与球形动齿的动齿数η相等，转子由第一轴承支撑，空间外环面滚道的滚道数为Zl，空间环面内滚道壳体固定不动，其内圆柱表面上有周期数为Z3的内环面滚道，球形动齿安装在空
[0008]间环面内滚道、空间环面外滚道及转子动齿槽的交错区域，当电机的输出与输入同向时，球形动齿的齿数为，当电机的输入与输出反向时，球形动齿的齿数为。
[0009]所述电磁驱动部分内轴转动时，在空间环面外滚道及空间环面内滚道壳体的共同约束限制下，球形动齿绕公共轴线的圆周方向做等速运动，同时推动转子的动齿槽，由转子实现动力输出。
[0010]所述空间环面外滚道和空间环面内滚道壳体的滚道排布具有周期性。
[0011]所述空间环面外滚道，其滚道为空间齿廓曲面；其形状复杂，需要依靠五轴数控(NO机床来实现并保证滚道加工的精度和质量。
[0012]所述转子采用普通加工方法即可，其动齿槽数目与球形动齿的齿数相对应，是主要的输出部件。
[0013]所述空间环面内滚道壳体，其内环面滚道采用五坐标数控加工中心，将球状铣刀倾斜一定角度，斜插进壳体内圆柱表面进行铣削加工，壳体内圆柱面上的正线轨迹曲线L的方程表达
[0014]为:x= r3cosf, y = r3sinf, z = Asin (z3f),其中 r3 为壳体内圆柱面半径，r3 =R+rsina3n, R为动齿中心圆周方向旋转半径，r为动齿半径，f为动齿中心在圆周方向位置角，a3n为动齿与壳体的接触角，A为环面滚道波幅，Z3为壳体内环面滚道周期数。
[0015]本发明的有益效果是:该机电集成空间环面低速电机将空间环面传动技术与电磁驱动技术集成起来，结构合理，传动平稳，不仅能够消除磨损、振动、噪声，具有节约能源、减少污染的优点，而且能够实现小尺寸电机的大转矩输出，并且由于这种集成结构径向尺寸很小，可以广泛应用在众多径向上受限制的空间动力传输中，特别适于航空和航天以及石油钻井等【技术领域】。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的机电集成空间环面低速电机的结构示意图；
[0017]图2是本发明实施例的空间环面外滚道结构示意图；
[0018]图3是本发明实施例的转子结构示意图；
[0019]图4是本发明实施例的空间环面内滚道壳体结构示意图。
[0020]图中:1 一电磁驱动部分，2—电机机壳，3 —电磁驱动部分内轴，4一空间环面外滚道，5—转子，6—球形动齿，7—空间环面内滚道壳体，8—油杯，9一第一轴承，10—第二轴承，11一端盖。
【具体实施方式】
[0021]本发明提出了一种机电集成空间环面低速电机，它是针对机械式齿轮传动过程中的疲劳、磨损、发热及润滑等问题，以及永磁齿轮传动转矩密度较低或径向受限空间的动力传输等技术问题而提出的。
[0022]从图1可知，机电集成空间环面低速电机主要有电磁驱动部分I与空间环面传动部分构成，电磁驱动部分置于电机机壳2内，电磁驱动部分内轴3与空间外环面滚道4的主动端键连接，转子5圆周面上均匀分布着轴向动齿槽，其动齿槽个数与动齿数η相等，转子5由第一轴承9支撑，空间外环面滚道4的滚道数为Z1，空间环面内滚道壳体7固定不动，其内圆柱表面上有周期数为Z3的内环面滚道，球形动齿6安装在空间环面内滚道、空间环面外滚道及转子齿槽的交错区域，电磁驱动部分内轴3转动时，在空间环面外滚道4及空间环面内滚道壳体7的共同约束限制下，球形动齿6绕公共轴线的圆周方向做等速运动，同时推动转子5的动齿槽，由转子实现动力输出，当输出与输入同向时，球形动齿6的齿数为，当输入输出反向时，球形动齿6的齿数为。
[0023]从图1和图2可知，空间环面外滚道4为机电集成空间环面低速电机传动结构中的主要零件，其滚道为空间齿廓曲面，形状复杂，需要依靠五轴数控(NC)机床来实现并保证滚道加工的精度和质量。
[0024]从图1和图3可知，转子5是机电集成空间环面低速电机传动结构中的主要输出部件，其动齿槽数目与球形动齿6的齿数相对应，转子5采用普通加工方法即可。
[0025]从图1和图4可知，空间环面内滚道壳体7为机电集成空间环面低速电机传动结构中的另一主要零件，其内环面滚道采用五坐标数控加工中心，将球状铣刀倾斜一定角度，斜插进壳体内圆柱表面进行铣削加工，壳体内圆柱面上的正线轨迹曲线L的方程表达为:x=r3cosf, y = r3sinf, z = Asin (z3f),其中 r3 为壳体内圆柱面半径，r3 = R+rsina3n, R 为动齿中心圆周方向旋转半径，r为动齿半径，f为动齿中心在圆周方向位置角，a3n为动齿与壳体的接触角，A为环面滚道波幅，Z3为壳体内环面滚道周期数。
【权利要求】
1.一种机电集成空间环面低速电机，包括电机机壳、电磁驱动部分、空间环面外滚道、转子、球形动齿、空间环面内滚道壳体、端盖、第一轴承、第二轴承及油杯，其特征是:所述电磁驱动部分置于电机机壳内，电磁驱动部分内轴与空间外环面滚道的主动端连接，转子圆周面上均匀分布着轴向动齿槽，动齿槽个数与球形动齿的动齿数η相等，转子由第一轴承支撑，空间外环面滚道的滚道数为Z1，空间环面内滚道壳体固定不动，其内圆柱表面上有周期数为Z3的内环面滚道，球形动齿安装在空间环面内滚道、空间环面外滚道及转子动齿槽的交错区域，当电机的输出与输入同向时，球形动齿的齿数为，当电机的输入与输出反向时，球形动齿的齿数为。
2.根据权利要求1所述的机电集成空间环面低速电机，其特征是:所述电磁驱动部分内轴转动时，在空间环面外滚道及空间环面内滚道壳体的共同约束限制下，球形动齿绕公共轴线的圆周方向做等速运动，同时推动转子的动齿槽，由转子实现动力输出。
3.根据权利要求1所述的机电集成空间环面低速电机，其特征是:所述空间环面外滚道，其滚道为空间齿廓曲面。
4.根据权利要求1所述的机电集成空间环面低速电机，其特征是:所述空间环面内滚道壳体，其内环面滚道在壳体内圆柱面上的正线轨迹曲线L的方程表达为:x = r3cosf,y =r3sinf, z = Asin (z3f)，其中r3为壳体内圆柱面半径,r3 = R+rsina3n, R为动齿中心圆周方向旋转半径，r为动齿半径，f为动齿中心在圆周方向位置角，a3n为动齿与壳体的接触角，A为环面滚道波幅，Z3为壳 体内环面滚道周期数。
【文档编号】H02K7/116GK104022597SQ201410234742
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】许立忠, 朱学军, 王敏 申请人:燕山大学