专利名称：一种谐波电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种谐波电机，特别是一种基于谐波传动原理，利用功能伸缩材料的伸缩特性结合杠杆位移放大机构设计的谐波电机。
背景技术：
作为原动装置，目前电磁式电机应用非常广泛，其技术也已基本趋于成熟。但在大部分应用场合均是与减速器相结合而得到低速输出，所以结构复杂、体积较大。在伺服系统中，电机采用齿轮传动后，不仅使系统尺寸、重量增加，而且造成噪声、增加惯量及降低效率。同时，由于齿轮啮合精度的限制，在要求正反转和平稳快速反应时，齿轮转动往往影响系统性能。但目前所研制的各种电磁式低速电机，普遍存在着体积较大、功率较小、结构复杂等缺点，在尺寸体积相同的条件下，低速电机的功率就要比高速电机小得多。在满足同样的功率要求下，低速电机的体积和重量要比高速电机大得多，甚至比带上减速器的高速电机还要大。而仍采用电磁式电机型式，由于其“尺寸效应”，很难在此方面有所突破。
谐波传动装置具有体积小、噪声低、重量轻、惯量小及传动精度高等优点，其在实践应用中一般作为减速装置使用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种电机，该电机可直接得到低转速输出，且结构简单、重量轻、惯量小、响应快、精度高、效力高、噪音低、无磁场干涉。
为达到上述目的本实用新型采用以下技术方案一种谐波电机，它包括刚性齿轮、柔性齿轮、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与位移放大机构输入端连接，位移放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端为弹性铰链连接。
因功能伸缩材料的输出位移一般很小，单独应用它不足以使柔轮产生足够的变形量。所以本实用新型设计由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成位移放大器。
所述的杠杆、杠杆的位移输入端为基体上切口后形成的杠杆、杠杆的位移输入端，所述的支点为在基体上直接切口形成的支点。
所述的齿轮的齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。所述的切口为单面或双面。
柔轮轮齿与刚轮轮齿的模数相同，对于双波传动，齿数相差2n个；对于三波传动，齿数相差3n个，其中n为波数。位移放大器由kn组组成(其中，沿直径方向上的一对位移放大器为一组，n为波数，为2、3等整数；k为整数，当n＝2时，k为2-200的整数，当n＝3时，k为2-200的偶数)这样的位移放大器沿柔轮圆周方向均匀分布，驱动柔轮变形来和刚轮进行啮合。
按照谐波传动柔轮的弹性变形规律控制各位移放大器的变形量，通过柔轮和刚轮轮齿在各离散点处交替啮合，便可实现传动输出若固定刚轮，则柔轮低速旋转；若柔轮固定，则刚轮低速旋转。
本实用新型的优点本谐波电机不需要安装减速器便可直接得到低速的旋转输出，不仅克服了传统电机与减速器结合，致使结构复杂、重量重、体积过大等缺点，而且还具有结构简单、重量轻、惯量小、响应快、精度高、效率高、噪音低、还可以通过控制器实现智能化控制等特点，且无磁场干涉。本实用新型提供的位移放大机构，避免了机械间隙和摩擦，而且具有结构简单、体积小、位移损失小、放大效率高、响应快、精度高以及易于加工等特点。本谐波电机具有结构原理上的创新性，是一种新型的智能机电产品。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
图1是谐波电机原理图；图2是由电致伸缩功能材料和弹性铰链位移杠杆放大机构组成的位移放大器的结构图；图3是谐波电机结构图。
具体实施方式
图1是谐波电机原理图，谐波电机的柔轮内部固定有8组功能伸缩器件4和位移放大机构3，并沿周向呈均匀分布。工作时，同一径向的两组功能伸缩器件4变形量和变形规律完全相同，作为一相进行控制。这样通过控制四相位移放大器按一定规律进行交替变形，使柔轮2和刚轮1在各离散点处交替啮合。若固定柔轮2，则刚轮1旋转；若固定刚轮1，则柔轮2旋转。
在图2中，杠杆放大机构输入端20安有驱动器件19，驱动器件19与杠杆放大机构连接的两端面涂胶，并通过预紧螺栓18进行预紧连接。为了保证输入和输出处机构与其它构件的接触质量，在杠杆输入端20处设有一个弹性铰链。输出端17设置弹性铰链，可以是在基体上直接切口形成的弹性铰链。另外，也可以是在位移输出端装有滚球，滚球与柔轮紧密接触。
图3是谐波电机结构图，谐波电机由刚轮7、柔轮8和八组沿周向均匀分布的功能伸缩材料9及弹性铰链杠杆位移放大机构10组成。
功能伸缩材料9通过预紧螺栓6与弹性铰链杠杆位移放大机构10装配在一起，两端接触面涂有粘结材料。位移放大机构10通过两个紧固螺栓14固定在联结板16上，联结板16与支撑轴5通过螺栓联结。支撑轴5通过左壳体15和刚轮7固定在一起，刚轮7和右壳体11固定一起。右壳体11固定在机架13上，柔轮8和输出轴12相连。
功能伸缩材料有压电陶瓷、稀土磁伸材料、形状记忆合金等工作时，同一径向的两组位移放大器变形量和变形规律完全相同，作为一相进行控制。这样通过控制四相放大器按一定规律进行交替变形，使柔轮8和刚轮7在各离散点处交替啮合。固定刚轮7，则柔轮8旋转，若固定柔轮8，则刚轮7旋转。
权利要求1.一种谐波电机，它包括刚性齿轮、柔性齿轮、位移放大器，其特征在于所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与位移放大机构的输入端连接，放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端为弹性铰链连接。
2.根据权利要求1所述谐波电机，其特征在于所述的柔轮轮齿模数和刚轮轮齿模数相同，对于双波传动，齿数相差2n个；对于三波传动，齿数相差3n个，其中n为波数。
3.根据权利要求1所述谐波电机，其特征在于所述的位移放大器数目为kn组，n为波数，为2，3整数，k为整数，n＝2时，k为2-200的整数，n＝3时，k＝为2-200的偶数。
4.根据权利要求1所述谐波电机，其特征在于所述的杠杆、杠杆的位移输入端为基体上切口后形成的杠杆、杠杆的位移输入端，所述的支点为在基体上直接切口形成的支点。
5.根据权利要求4所述谐波电机，其特征在于所述的杠杆的位移输出端为弹性铰链或装有滚球。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述谐波电机，其特征在于所述的刚性齿轮与输出轴相连，柔性齿轮与机架固定，多组位移发生器平行于刚轮与柔轮轴线，并沿支撑轴周向均布。
7.根据权利要求1或2或3或4或5所述谐波电机，其特征在于所述的齿轮的齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。
8.根据权利要求6所述谐波电机，其特征在于所述的齿轮的齿形为渐开线或单圆弧齿形或双圆弧齿形或摆线齿形。
9.根据权利要求1或2或3或4或5所述谐波电机，其特征在于所述的切口为单面或双面。
10.根据权利要求6所述谐波电机，其特征在于所述的切口为单面或双面。
专利摘要本实用新型提供一种谐波电机，它包括刚性齿轮、柔性齿轮、位移放大器，所述的位移放大器由功能伸缩材料和弹性铰链杠杆位移放大机构组成，所述的功能伸缩材料与放大机构的输入端连接，放大机构包括基体、至少一个杠杆，所述的杠杆的支点为弹性铰链，杠杆的位移输入端为弹性铰链连接。本谐波电机不需要安装减速器便可直接得到低速的旋转输出，不仅克服了传统电机与减速器结合，致使结构复杂、体积过大等缺点，而且还具有结构简单、重量轻、惯量小、响应快、精度高、效率高、噪音低，且无磁场干涉。本实用新型提供的位移放大机构，避免了机械间隙和摩擦，而且具有结构简单、体积小、位移损失小、放大效率高、响应快、精度高以及易于加工等特点。
文档编号H02N2/10GK2641917SQ0320883
公开日2004年9月15日 申请日期2003年9月2日 优先权日2003年9月2日
发明者辛洪兵, 赵罘, 郑伟智 申请人:辛洪兵