Комбинированный торцевой волновой электродвигатель
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в робототехнических установках с программным управлением, включающих электропривод с шаговым двигателем, в частности, линейными или двухкоординатными, и требующих точного позиционирования исполнительного механизма. Технический результат заключается в увеличении быстродействия электродвигателя в результате расширения диапазона угловых скоростей выходного вала электродвигателя; увеличении точности позиционирования выходного вала электродвигателя. Торцевой волновой электродвигатель, содержащий корпус, в котором размещен статор, обмотку, выполненную в виде катушек, ротор, выполненный в виде гибкого колеса, выходной вал с жестким зубчатым колесом, при этом зубья на гибком и жестком колесе выполнены торцевыми, отличающийся тем, что: электродвигатель выполнен сдвоенным, с последовательным соединением ступеней; волновые ступени выполнены с разными передаточными отношениями; жесткое колесо первой ступени жестко связано с корпусом, а гибкое - с первичным выходным валом, гибкое колесо второй ступени жестко связано с первичным выходным валом, а жесткое - со вторичным выходным валом; обмотка, выполненная в виде электромагнитных катушек, расположена на полюсных наконечниках (в торцевых прорезях) жесткого колеса; при этом гибкое колесо выполнено из магнитного материала.
Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в робототехнических установках с программным управлением, включающих электропривод с шаговым двигателем, в частности, линейным или двухкоординатными, и требующих точного позиционирования исполнительного механизма.
Известен дифференциальный привод, содержащий корпус, по меньшей мере, два двигателя, по меньшей мере две дифференциальные передачи, связанные между собой посредством зубчатых передач, отличающийся тем, что дифференциальные передачи выполнены волновыми, в которых жесткое колесо одной из передач связано с корпусом, а другой с выходным валом (Авторское свидетельство СССР 
2064105, кл. F16H 3/72, 1996 г.).
Недостатком представленного дифференциального привода является малая частота переключений и приемистости, значительные массогабаритные параметры и трудоемкость в изготовлении.
За прототип принят торцевой волновой электродвигатель, содержащий корпус, в котором размещен магнитопровод статора, выполненный в виде П-образных шихтованных стержней с торцевыми поверхностями, равномерно расположенных по окружности, обмотку, выполненную в виде катушек, размещенных на шихтованных стержнях статора, ротор, выполненный в виде гибкой диафрагмы, соединенной с корпусом, на которой закреплены шихтованные магнитопроводы ротора и выходной вал с жестким колесом, отличающийся тем, что с целью повышения КПД и упрощения конструкции шихтованные магнитопроводы ротора выполнены П-образной формы и обращены своими торцевыми частями к соответствующим П-образным шихтованным стержням магнитопровода статора, диафрагма выполнена в форме диска и в ней имеются отверстия по форме торцевых частей магнитопроводов ротора, в которых размещены их торцевые части, при этом зубья на гибком диске и жестком колесе выполнены торцевыми (Авторское свидетельство СССР 1584699, кл. H02R 41/06, 1992 г.).
Недостатком известного торцевого волнового электродвигателя является низкая частота переключений фаз электромагнитных катушек и низкая частота приемистости, связанная с большой массой подвижных якорей, соединенных с шихтованными магнитопроводами, а так же невозможность достижения высокой угловой скорости вращения при сохранении высокой точности.
Технический результат заключается в увеличении быстродействия электродвигателя в результате расширения диапазона угловых скоростей выходного вала электродвигателя; увеличении точности позиционирования выходного вала электродвигателя.
Технический результат достигается тем, что торцевой волновой электродвигатель содержит корпус, в котором размещен статор, обмотку, выполненную в виде катушек, ротор, выполненный в виде гибкого колеса, выходной вал с жестким зубчатым колесом, при этом зубья на гибком и жестком колесе выполнены торцевыми.
Новизна заключается в том, что электродвигатель выполнен сдвоенным, с последовательным соединением ступеней; волновые ступени выполнены с разными передаточными отношениями; жесткое колесо первой ступени жестко связано с корпусом, а гибкое - с первичным выходным валом, гибкое колесо второй ступени жестко связано с первичным выходным валом, а жесткое - со вторичным выходным валом; обмотка, выполненная в виде электромагнитных катушек, расположена на полюсных наконечниках (в торцевых прорезях) жесткого колеса; при этом гибкое колесо выполнено из магнитного материала.
На фиг.1 изображен продольный разрез комбинированного торцевого волнового электродвигателя; на фиг.2 изображен поперечный разрез комбинированного торцевого волнового электродвигателя.
Комбинированный торцевой волновой электродвигатель содержит корпус 1, в котором закреплено жесткое колесо 2 первой ступени, с размещенными в его прорезях электромагнитными катушками индуктивности 3, зубчатый венец 4 жесткого колеса 2 первой ступени находится в зацеплении с зубчатым венцом 5 гибкого колеса 6 первой ступени, закрепленного на подшипниках 7 в корпусе 1 и жестко связанного с первичным выходным валом 8.
На первичном выходном валу 8 расположено гибкое колесо 9 второй ступени, зубчатый венец 10 которого находится в зацеплении с зубчатым венцом 11 жесткого колеса 12 второй ступени, закрепленного на подшипниках 13 в корпусе 1 и жестко связанного с вторичным выходным валом 14.
На вторичном выходном валу 14 расположен комплект контактных колец 15 и щеток 16 для осуществления электрической связи с вращающимися электромагнитными катушками 3 жесткого колеса 12 второй ступени, и соединенный посредством проводов 17 с коммутационной коробкой 18. Для подачи напряжения на электромагнитные катушки 3 жесткого колеса 2 первой ступени используется коммутационная коробка 19.
Подшипники 7 и 13 обеспечивают коаксиальное расположение жестких колес 2 и 12, гибких колес 6 и 9, возможность вращения первичного выходного вала 8 и вторичного выходного вала 14 относительно корпуса 1 двигателя.
Электродвигатель работает следующим образом. При подаче напряжения на электромагнитные катушки индуктивности 3, гибкое колесо 6 первой ступени деформируется, притягиваясь к жесткому колесу 2 первой ступени, обеспечивая зацепление зубчатых венцов 4 и 5.
При поочередном подключении каждой пары электромагнитных катушек двигателя к источнику питания происходит поворот волны деформации гибкого колеса 6 первой ступени и его прокатывание по жесткому колесу 2 первой ступени. Так как при этом жесткое колесо 2 жестко закреплено в корпусе 1, то гибкое колесо 5, установленное на подшипниках 7 и жестко соединенное с первичным выходным валом 8, приходит во вращение.
В процессе работы магнитный поток каждой электромагнитной катушки замыкается через тело жесткого колеса 2, соседние полюсные наконечники жесткого колеса 2, зубчатому венцу 4 жесткого колеса 2, воздушному зазору, зубчатому венцу 5 гибкого колеса 6, телу гибкого колеса 6.
Вследствие разницы числа зубьев зубчатого венца 4 жесткого колеса 2 первой ступени и зубчатого венца 5 гибкого колеса 6 первой ступени волновой передачи, первичный выходной вал 8 будет иметь малую частоту вращения.
Вторая ступень торцевого волнового электродвигателя работает аналогично первой. Энергия через коммутационную коробку 18, соединительные провода 17 посредством щеток 16 подводится к комплекту контактных колец 15, обеспечивающих связь с вращающимся жестким колесом 12 второй ступени.
При поочередном подключении каждой пары электромагнитных катушек второй ступени двигателя к источнику питания происходит поворот волны деформации гибкого колеса 9 второй ступени и его прокатывание по жесткому колесу 12 второй ступени. Так как при этом гибкое колесо 9 второй ступени жестко закреплено на первичном выходном валу 8, то жесткое колесо 12, установленное на подшипниках 13 и жестко соединенное со вторичным выходным валом 14, приходит во вращение.
Волновая передача собрана с преднатягом в зацеплении так, что обеспечивает эффект самоторможения в отключенном состоянии. При отсутствии напряжения на второй ступени электродвигателя вращение гибкого колеса 6 первой ступени передается на первичный выходной вал 8, а через жестко сцепленные гибкое 9 и жесткое 12 колесо второй ступени на вторичный выходной вал 14 электродвигателя. При отсутствии напряжения на первой ступени электродвигателя первичный выходной вал остается жестко закрепленным относительно корпуса 1, а вращение жесткого колеса 12 второй ступени относительно гибкого колеса 9 второй ступени передается на вторичный выходной вал 14.
Выполнение гибкого колеса 2 волновой передачи двигателя в виде диска упрощает конструкцию волновой передачи и устройства в целом.
Торцевой волновой электродвигатель, содержащий корпус, в котором размещен статор, обмотку, выполненную в виде катушек, ротор, выполненный в виде гибкого колеса, выходной вал с жестким зубчатым колесом, при этом зубья на гибком и жестком колесе выполнены торцевыми, отличающийся тем, что электродвигатель выполнен сдвоенным с последовательным соединением ступеней, волновые ступени выполнены с разными передаточными отношениями, жесткое колесо первой ступени жестко связано с корпусом, а гибкое - с первичным выходным валом, гибкое колесо второй ступени жестко связано с первичным выходным валом, а жесткое - со вторичным выходным валом, обмотка, выполненная в виде электромагнитных катушек, расположена на полюсных наконечниках (в торцевых прорезях) жесткого колеса, при этом гибкое колесо выполнено из магнитного материала.
