CN105351450B - 三点式谐波传动 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种谐波传动，并且该谐波传动包括：带齿谐波环形齿轮；包括转子单元的谐波发生器，该转子单元包括外部三凸耳波轮廓；以及被构造来驱动转子单元旋转的定子单元。该谐波传动进一步包括径向插在谐波环形齿轮和转子单元之间的谐波挠曲脊。该谐波挠曲脊包括带齿部和可旋转支撑在带齿部内的转子单元的轴承单元。该带齿部被设置来根据转子单元的旋转在由外部三凸耳波轮廓所限定的三个接触点与带齿谐波环形齿轮对齐。

Description

三点式谐波传动

技术领域

本文公开的主题涉及三点式谐波传动，并且更具体地涉及电机的三点式谐波传动。

背景技术

谐波传动齿轮是应变波齿轮，其与传统齿轮***相比可提高某些特性。当重新定位惯性载荷、高转矩能力与同轴输入和输出轴时，谐波传动齿轮的优点包括在标准外壳内无齿隙、紧凑和重量轻、高齿轮传动比、可重构比、良好的分辨率和优异的重复性。高减速比在小体积中是可能的（在相同空间中从30：1至高达320：1的比率是可能的，其中行星齿轮通常仅产生10：1的比率）。谐波传动齿轮通常在工业运动控制、机床、印刷机、机器人和航空航天中用于齿轮减速，并且也可用于增加旋转速度，或用于差动齿轮传动。

典型的谐波传动包含具有两点式接触装置的波发生器。通常情况下，提供该结构以增加谐波传动的齿轮传动比。然而，两点式装置在径向上不稳定，并且需要附加轴承来支撑径向对准。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种谐波传动，并且该谐波传动包括：带齿谐波环形齿轮；包括转子单元的谐波发生器，该转子单元包括具有至少三个凸耳的外波轮廓；以及被构造来驱动转子单元旋转的定子单元；以及谐波挠曲脊，其径向插在谐波环形齿轮和转子单元之间，并且包括可旋转支撑在带齿部内的转子单元的带齿部和分轴承单元。带齿部被设置来根据转子单元的旋转在对应于由波轮廓所限定的凸耳的接触点与带齿谐波环形齿轮对齐。

根据附加或替代实施方案，带齿谐波环形齿轮和谐波挠曲脊的带齿部具有不同数量的齿。

根据附加或替代实施方案，转子单元包括：环形基座构件，其包括外波轮廓和耦接到该环形基座构件内径的环形永磁材料阵列。

根据附加或替代实施方案，定子单元包括：轮毂；从轮毂向外径向延伸的多个轮辐；以及围绕轮辐缠绕以形成绕组的导电单元。

根据附加或替代实施方案，轴承单元包括滚柱轴承。

根据附加或替代实施方案，谐波挠曲脊进一步包括具有内径和外径的柔性轴承座圈，内径经设置与轴承单元接触，以及外径支撑带齿部。

根据附加或替代实施方案，谐波挠曲脊包括弹簧钢，并且被调整尺寸以使得其挠曲小于弹性疲劳极限。

根据本发明的另一方面，提供了一种谐波传动，并且该谐波传动包括：谐波环形齿轮，其包括围绕旋转轴线设置的第一带齿部；谐波发生器，其围绕旋转轴线设置并且具有中央部和外部，外部包括转子单元，该转子单元包括具有向外径向延伸的至少三个凸耳的外波轮廓，并且中央部包括经构造驱动转子单元围绕旋转轴线旋转的定子单元和径向插在谐波环形齿轮和转子单元之间的谐波挠曲脊。谐波挠曲脊包括：第二带齿部；和轴承单元，其可旋转地支撑在第二带齿部内的转子单元。第二带齿部被设置成根据转子单元的旋转在对应于由外波轮廓所限定的接触点与第一带齿部对齐。

根据附加或替代实施方案，第一和第二带齿部具有不同数量的齿。

根据附加或替代实施方案，转子单元包括：包括波轮廓的环形基座构件；以及耦接到环形基座构件内径的环形永磁材料阵列。

根据附加或替代实施方案，定子单元包括：轮毂；从轮毂向外径向延伸的多个轮辐；以及围绕轮辐缠绕卷绕以形成绕组的导电单元。

根据附加或替代实施方案，轴承单元包括滚柱轴承。

根据附加或替代实施方案，谐波挠曲脊进一步包括具有内径和外径的柔性轴承座圈，内径经设置与轴承单元接触，以及外径支撑第二带齿部。

根据附加或替代实施方案，谐波挠曲脊包括弹簧钢，并且被调整尺寸以使得其挠曲小于弹性疲劳极限。

根据本发明的另一方面，提供了一种谐波传动***，并且该谐波传动***包括如上所述的谐波传动和电路单元，电流通过该电路单元施加到定子单元以对转子单元旋转的驱动供电。谐波传动***可设置在固定航空器结构和航空器的飞行控制面的联轴节耦接，并且经构造控制飞行控制面相对于固定航空器结构的运动。

这些和其它优点和特征将从下列结合附图的描述变得更加显而易见。

附图说明

被视为本发明的主题在本说明书结论的权利要求中被特别指出并要求特殊保护。本发明的前述和其它特征和优点从下列结合附图的详细描述中是显而易见的，其中：

图1是根据实施方案的谐波传动的轴向视图；

图2是图1的谐波传动沿线A-A截取的侧视图；

图3是根据实施方案的图1的谐波传动的环绕部分的放大轴向视图；

图4是图1的谐波传动的定子和转子单元的轴向视图；以及

图5是图1的谐波传动可设置在其中的机翼结构的侧视图。

借助于参考附图的示例，下面的具体实施方式解释了本发明的实施方案连同优点和特征。

具体实施方式

谐波传动往往包括具有两点式接触装置的波发生器，该接触装置增加谐波传动的齿轮传动比。这种两点式接触装置对整体式波发生器是稳定的，但是当波发生器不是整体式仅具有两个接触点时，在径向上是不稳定的，并且需要额外轴承来支撑径向对准。因此，如下面将要描述的，具有三点式接触装置的谐波传动已被开发出来，其采用不太结实的轴承支撑来保持径向稳定性。该三点式谐波传动可以应用在使用谐波齿轮的任何地方，并且非常适用于期望高转矩低转速的致动器的地方。

参考图1至4，提供三点式谐波传动10，并且该三点式谐波传动包括谐波环形齿轮20、谐波发生器30和谐波挠曲脊40。谐波环形齿轮20包括第一带齿部21，并且围绕旋转轴线W设置向内径向延伸的个别齿210。谐波发生器30围绕旋转轴线W设置并且具有通过径向间隙G彼此分开的中央径向部31和外径向部32。外径向部32包括转子单元320，并且中央径向部包括定子单元310。定子单元310经构造驱动转子单元320围绕旋转轴线W的旋转，从而形成电动机被嵌入在谐波传动内的结构。

谐波挠曲脊40被径向插在谐波环形齿轮20和转子单元320之间。谐波挠曲脊40可以例如由弹簧钢制成，并且被调整尺寸以使得对于无限数量的挠曲，谐波挠曲脊40的挠曲小于谐波挠曲脊40的弹性疲劳极限。谐波挠曲脊40包括具有径向向外延伸的个别齿410的第二带齿部41、轴承单元42以及具有内径和外径的柔性轴承座圈43。柔性轴承座圈43的内径经设置与轴承单元42接触。柔性轴承座圈43的外径支撑第二带齿部41。

第二带齿部41的个别齿410中的每个经设置在三个均匀距离的接触点P1、P2和P3处与第一带齿部21的个别齿210对齐，三个均匀距离的接触点P1、P2和P3限定在旋转轴线W具有几何中心的等边三角形AX。根据进一步的实施方案，应当理解第二带齿部41的个别齿410可以经设置在三个以上的点与第一带齿部21的个别齿210对齐。

根据实施方案，第一带齿部21的个别齿210和第二带齿部41的个别齿410可以在约0.015-0.030英寸的量级来调整尺寸。此外，个别齿210、410具有预定深度，以使得径向延伸以限定接触点P1、P2和P3的凸耳的尺寸被调整以促使带齿部21啮合带齿部41。

第二带齿部41的个别齿410的数量小于第一带齿部21的个别齿210的数量。个别齿410、210的这种数量差异限定谐波传动10的齿轮传动比（即差异越小，齿轮传动比越大）。

轴承单元42可以作为滚柱轴承421来提供，该滚柱轴承包括沿着脊柱单元彼此附接的环形滚柱系列。轴承单元42经构造可旋转地支撑在由第二带齿部41所限定的内部区域内的转子单元320。

根据实施方案，转子单元320包括环形基座构件321，分别耦接到环形基座构件321内径的环形永磁材料阵列322，和从环形基座构件321向外径向延伸以限定接触点P1、P2和P3相应位置的外部三凸耳波轮廓323。根据进一步的实施方案，定子单元310包括轮毂311，该轮毂经形成以限定轴或支撑单元可延伸通过其中的孔；从轮毂311向外径向延伸的多个轮辐312；以及围绕轮辐312缠绕以形成绕组的导电单元313。

如图4所示，转子单元320的外部三凸耳波轮廓323包括第一凸部（或凸耳）3231、第二凸部（或凸耳）3232和第三凸部（或凸耳）3233。当谐波发生器30被激活时，电流被施加到导电单元313，以使得产生磁场，并且该磁场与永磁材料322相互作用，以使转子单元320在第一方向围绕旋转轴线W来旋转。在这种旋转期间，第一、第二和第三凸部3231、3232、3233逆谐波挠曲脊40向外推，并促使谐波挠曲脊40径向向外挠曲，以使得局部个别齿410与局部个别齿210对齐以分别形成第一、第二和第三接触点P1、P2和P3。这反过来促使谐波环形齿轮20在与第一方向相反的第二方向围绕旋转轴线W旋转。因此，转子单元320在第一方向的持续旋转产生谐波环形齿轮20在第二方向具有个别齿410、210的数量差异的继续旋转，个别齿410、210的数量差异限定转子单元320和谐波环形齿轮20的相对转速差。

如图2所示，并在谐波传动***1中，电路单元50可被耦接到定子单元310。电路单元50可以包括接地单元51和输出单元52，电流通过该输出单元52可以被施加到定子单元310的导电单元312，以对转子单元320旋转的驱动供电。

参考图5，图2的谐波传动***1可以可操作地设置在航空器或旋翼航空器的飞行控制***中。即，在航空器包括诸如翼2的固定航空器结构和诸如副翼3的可动飞行控制面的情况下，谐波传动***1的三点式谐波传动10可以被设置在翼2和副翼3的联轴节，并且可以经构造控制副翼3相对翼2的枢轴转动。如图1和5所示，翼2包括翼梁4，三点式谐波传动10的定子单元310的接地臂6连接到该翼梁4，并且副翼3包括副翼梁5，副翼梁5被连接到三点式谐波传动10的谐波环形齿轮20的输出臂7。翼2可进一步包括经设置保持三点式谐波传动10的轴向位置的轴承。更具体地，翼2可以包括经设置保持谐波环形齿轮20、谐波发生器30和谐波挠曲脊40的相对轴向位置的轴承。

利用在零枢轴条件的副翼3，翼梁4和副翼梁5的相应上表面和下表面被对准。然而，当谐波发生器30被激活时，转子单元320可在两个枢转方向中的一个方向被驱动。转子单元320的这种驱动促使谐波环形齿轮20围绕旋转轴线W旋转，并且反过来，谐波环形齿轮20的旋转经由输出臂7被传递至副翼梁5，从而引起副翼梁5围绕副翼枢轴轴线枢转。根据实施方案，副翼枢轴轴线可被限定与旋转轴线W同轴。根据相关联航空器的飞行条件，副翼梁5的枢转可以是正或负的方向。但是应当理解，其它飞行控制面，如升降舵、方向舵、板条、扰流板等可使用谐波传动***来控制。

尽管本发明已经结合仅有限数量的实施方案详细地进行了描述，但是应当容易理解，本发明并不限于这些公开的实施方案。相反，本发明可以被修改以并入此前未描述的任何数量的变化、变更、替换或等效布置，但应与本发明的精神和范围相称。另外，虽然描述了本发明的各种实施方案，但是应当理解，本发明的各方面可仅包括所述实施方案的某些实施方案。因此，本发明不应被视为局限于前面的描述，而是仅由所附权利要求的范围限制。

Claims (13)

1.一种谐波传动，其包括：

带齿谐波环形齿轮；

谐波发生器，所述谐波发生器包括转子单元，所述转子单元包括具有至少三个凸耳的外波轮廓，和被构造来驱动所述转子单元旋转的定子单元，其中所述转子单元包括：包括外波轮廓的环形基座构件；以及耦接到所述环形基座构件内径的环形永磁材料阵列；以及

谐波挠曲脊，所述谐波挠曲脊径向插在所述谐波环形齿轮和所述转子单元之间，并且包括带齿部和可旋转地支撑位于所述带齿部内的转子单元的轴承单元，

所述带齿部被设置来根据所述转子单元的旋转在对应于由所述外波轮廓所限定的所述凸耳的接触点与所述带齿谐波环形齿轮对齐。

2.根据权利要求1所述的谐波传动，其中所述带齿谐波环形齿轮和所述谐波挠曲脊的带齿部具有不同数量的齿。

3.根据权利要求1所述的谐波传动，其中所述定子单元包括：

轮毂；

从所述轮毂向外径向延伸的多个轮辐；以及

围绕所述轮辐缠绕以形成绕组的导电单元。

4.根据权利要求1所述的谐波传动，其中所述轴承单元包括滚柱轴承。

5.根据权利要求1所述的谐波传动，其中所述谐波挠曲脊进一步包括具有内径和外径的柔性轴承座圈，

所述内径被设置来与所述轴承单元接触，以及

所述外径支撑所述带齿部。

6.根据权利要求1所述的谐波传动，其中所述谐波挠曲脊包括弹簧钢，并且被调整尺寸以使得其挠曲小于弹性疲劳极限。

7.一种谐波传动，其包括：

谐波环形齿轮，所述谐波环形齿轮包括围绕旋转轴线设置的第一带齿部；

谐波发生器，所述谐波发生器围绕所述旋转轴线设置并且具有中央部和外部，所述外部包括转子单元，所述转子单元包括具有向外径向延伸的至少三个凸耳的外波轮廓，并且所述中央部包括被构造来驱动所述转子单元围绕所述旋转轴线旋转的定子单元；以及

谐波挠曲脊，所述谐波挠曲脊径向插在所述谐波环形齿轮和所述转子单元之间，并且包括：

第二带齿部；以及

轴承单元，所述轴承单元可旋转地支撑位于所述第二带齿部内的转子单元，

所述第二带齿部被设置来根据所述转子单元的旋转在由所述外波轮廓所限定的接触点与所述第一带齿部对齐；

其中所述转子单元包括：

包括所述外波轮廓的环形基座构件；以及

耦接到所述环形基座构件内径的环形永磁材料阵列。

8.根据权利要求7所述的谐波传动，其中所述第一带齿部和第二带齿部具有不同数量的齿。

9.根据权利要求7所述的谐波传动，其中所述定子单元包括：

轮毂；

从所述轮毂向外径向延伸的多个轮辐；以及

围绕所述轮辐缠绕以形成绕组的导电单元。

10.根据权利要求7所述的谐波传动，其中所述轴承单元包括滚柱轴承。

11.根据权利要求7所述的谐波传动，其中所述谐波挠曲脊进一步包括具有内径和外径的柔性轴承座圈，

所述内径被设置来与所述轴承单元接触，以及

所述外径支撑所述第二带齿部。

12.根据权利要求7所述的谐波传动，其中所述谐波挠曲脊包括弹簧钢，并且被调整尺寸以使得其挠曲小于弹性疲劳极限。

13.一种谐波传动***，其包括根据权利要求7所述的谐波传动和电路单元，电流通过所述电路单元被施加到所述定子单元以对所述转子单元旋转的驱动供电，

所述谐波传动***可设置在固定航空器结构和航空器的飞行控制面的联轴节，并且被构造来控制所述飞行控制面相对于所述固定航空器结构的运动。