应力波驱动器和减速器制造技术

本发明专利技术公开了一种应力波驱动器，其中，受力弹性构件摩擦地接触刚性元件。应力改变元件沿该弹性构件移动，临时地减小该弹性构件的一部分中的应力，使该受力构件相对于该刚性元件移动。当该刚性元件为末端开口的腔体时，该弹性构件的形状和尺寸设为在圆周上比该末端开口的腔体稍大，从而使该弹性构件压缩并受力。移动地减小该弹性构件的一部分中的应力使其相对于该刚性元件移位。根据该弹性构件的物理性质，可通过磁、电或物理手段来实现应力改变。该应力波驱动器可以配置为用作高转矩电机、高传动比的运动传递装置以及离合器。

Stress wave driver and reducer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应力波驱动器和减速器优先权要求本申请要求申请号为16/139,125且申请日为2018年09月24日的美国专利申请、申请号为62/735,128且申请日为2018年09月23日的美国专利申请以及申请号为62/688,385且申请日为2018年06月22日的美国专利申请的优先权，该美国专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。
本专利技术涉及运动产生和传递机构，尤其涉及产生或传递运动的应力波驱动机构，该机构也可用作电机、无齿轮减速传感器以及离合器。
技术介绍
在机械和机电工程
，产生和/或传递运动的技术问题是固有的。一个特别的问题是旋转运动的产生。另一个问题是旋转运动的传递，以提供按要求速度旋转的轴，并在需要时能够按要求转矩提供动力。传统上通过使用带和带轮或使用齿轮(包括但不限于行星齿轮)实现旋转运动的变速传递。在开发这些方案以有效用于大范围实际应用的同时，这些方案也存在局限性。例如，带轮受带的摩擦损耗、带轮自身惯性以及其尺寸等因素的限制。因此，实用的带轮系统，即效率为至少60％或更高的带轮系统的传动比通常被限制在15:1或更小。齿轮传动系统趋于更为高效，通常能够实现高达90％的动力传递效率。然而，即使是行星齿轮系统，其传动比通常被限制在10:1或更小。某些应用要求或期望从更紧凑、更轻便以及更耐用的传递系统中实现更高的传动比。其中一项著名的应用便是阿波罗登月车，其中三辆在1972至1973年期间部署在月球上。这些电动汽车由电池供电。由于对轻便紧凑设计的特殊需求，每辆车的四个车轮均有一个0.25HPDC的电机，其能够以高达10,000rpm的转速运行。这些电机通过一种特殊的装置(谐波驱动器)驱动车轮，其传动比为80:1，以便在月球条件下传递足够的转矩。例如，美国专利2,906,143中详细描述了与更常规的传动装置相比，该谐波驱动器具有很多优势，包括但不限于几乎无反冲、紧凑性高、重量轻、传动比高、转矩能力高以及同轴的输入轴和输出轴。因此，该谐波驱动器在机器人技术和太空探索中持续应用。然而，该驱动器有缺点，例如但不限于效率显著降低、由于偏心驱动器负载导致轴承阻力一定程度上增加以及低比值传动选项的数量有限。因此，需要的是，例如具有谐波驱动器的一些或全部优势并克服其一些或全部缺点的机电运动传递系统。更期望的是，这种系统也可适于用作电机。
技术介绍
的描述。相关的
技术介绍
包括：在1959年09月29日授予C.W.Musser的标题为“应变波传动”的美国专利2,906,143中描述了一种装置。该装置的内外同心齿轮在多个间隔区域中形成配合关系。具有该配合关系的区域在一种被描述为应变波的波动中向前传播。该应变波在一个或两个齿轮的圆周上叠加并行进，其行进速率由对该机构施加负载的速率决定。在1968年06月18日授予H.J.Robertson的标题为“蠕动驱动器”的美国专利3,389,274中描述了一种装置。在该装置中，对由磁致伸缩材料或压电材料制成的构件按一定顺序施加脉动型信号而进行激励。沿该材料的长度施加场。该材料的一部分按方向顺序伸缩并导致该构件相对于与其摩擦接触的另一构件发生蠕动型运动。在2000年12月05日授予Marriott的标题为“压电差动凸轮相位”的美国专利6,155,220中描述了一种紧凑的凸轮相位器。该相位器的柔性花键变形为非圆形并在呈角度间隔的位置与配合齿圈或环状构件相啮合，用以在它们之间传递凸轮轴驱动转矩。该花键的凸角带有齿形或摩擦表面，其与在该配合齿圈或构件上形成的类似表面相啮合。该花键和齿圈具有不同的长度或齿数。该相位器包括多个呈角度间隔的径向压电驱动器，其伸缩使该凸角(但不是柔性花键本身)在旋转波动中围绕该环状齿圈行进。因此，当接触点(凸角)呈波浪形旋转时，该柔性花键的每个点依次移入并移出该齿圈。由于花键齿数与齿圈不同，每波动一圈，该花键会相对于该齿圈移动与差速器相等的齿数。因此，该柔性花键相对于该齿圈的相位角以及该凸轮轴相对于曲轴的相位角的变化量与该波动的转数成比例。该压电驱动器按已知的方式通过施加和撤销电压而控制，使驱动器交替伸缩，从而快速驱动该花键凸角的波浪形旋转以改变相位角。以上内容已在各个实施例中公开。在本领域中已知的各种实施例不能解决本专利技术在此描述的所有问题。因此，下面通过附图示出并更加详细地描述本专利技术的实施例。
技术实现思路
本专利技术涉及一种独特的应力波驱动器。在一实施例中，受力弹性构件具有一个至少部分地与刚性元件相接触的表面。应力减小元件可以沿该弹性构件移动，临时地减小该受力弹性构件的一部分中的应力。当应力减小的波动沿该受力构件移动时，该受力构件可以相对于与其相接触的该刚性元件移动。在本专利技术的另一优选实施例中，该刚性元件可以形成腔体。该弹性构件的形状和尺寸可以设为在圆周上比该刚性元件的腔体稍大。当位于该腔体内时，该弹性构件的外表面可以与该腔体的内表面相接触，但可以被压缩，并因此受力。通过移动地减小在该内外表面间接触部附近的该弹性构件的一部分中的应力，该内外表面可以相对于彼此移位或移动。在本专利技术的一具体实施例中，该刚性元件可以是刚性外部结构，其可以是具有直圆柱形的腔体。该压缩受力的弹性构件可以是内部结构，例如但不限于弹性管。该内部结构的外周长可以在长度上大于圆柱形开口的周长。因此，当该内部结构包含在外部结构内时，可以在该内部结构内产生应力。根据该压缩受力的内部结构的材料性质，可以使用不同的方法来减小局部区域的应力。例如，在一实施例中，该内部结构可以是由铁磁材料制成的管状弹性构件。该可移动的应力减小元件则可以是磁体。该磁体可通过向其内吸引铁磁管的局部区域来减轻该铁磁管的区域中的应力，从而形成临时轻微的鼓起部。如果该弹性构件中的应力小于临界应力，当磁性吸引移除时，该鼓起部将快速返回至外部容器。因此，当该磁体围绕该内表面的周长移动时，该临时鼓起部也将移动，详细描述如下。当两个平面重新相互接触时，该平面相对于彼此轻微移位。该磁体可以布置在驱动轴上，并且当磁体围绕该直环状圆柱形开口的轴线旋转一圈时，该内部结构也可以旋转，但仅为少量旋转，该旋转量与该内部和外部结构的周长间的差值成比例或相等。该驱动结构也可以功能性地连接至输入轴，并且该内部结构可以功能性地连接至输出轴。这种布置可使该装置用作该输入轴与该输出轴间的无齿轮减速器。在一替代的示例性实施例中，该内部结构可以是由电活性材料制成的管状弹性构件。其可通过在局部区域适当地施加电流或电压而激活。可使该激活的局部区域围绕周长移动，从而使该内部结构可以相对于该外部结构旋转。该内部结构可以功能性地连接至输出轴，从而使该应力波驱动器用作电机。在上述实施例中，产生的应力可以小于临界鼓起应力。在其他实施例中，产生的应力可以大于临界鼓起应力，导致该内部结构变形为可包括一个或多个鼓起部的形状。在这些实施例中，该内部结构的应力可通过一个或多个鼓起部驱动元件而减轻。这些鼓起部驱动元件例如可以是辊，其将鼓起部的一部分与刚性元件的内表面机械地分离。该鼓起部驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应力波驱动器，包括：/n刚性元件，其具有平整的或有纹路的第一表面；/n受力弹性构件，其具有第二表面，该第二表面具有至少一个与该第一表面相接触的区域；以及/n装置，其用于依次并临时地改变该受力弹性构件的一部分中的应力，从而使该弹性构件相对于该刚性元件移位第一移位距离。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180622 US 62/688,385;20180923 US 62/735,128;20181.一种应力波驱动器，包括：
刚性元件，其具有平整的或有纹路的第一表面；
受力弹性构件，其具有第二表面，该第二表面具有至少一个与该第一表面相接触的区域；以及
装置，其用于依次并临时地改变该受力弹性构件的一部分中的应力，从而使该弹性构件相对于该刚性元件移位第一移位距离。


2.根据权利要求1所述的应力波驱动器，其中，该受力弹性构件包括该装置，该装置用于依次并临时地改变该受力弹性构件的一部分中的该应力，并且其中，临时地改变该受力弹性构件的一部分中的该应力导致该第二表面的一部分与该第一表面相接触，成为临时分离的部分，并且该第一表面与该第二表面重新接触，该第二表面与该第一表面接触的该部分与该应力变化的运动方向平行地移位。


3.根据权利要求1所述的应力波驱动器，其中，
该刚性元件的该平整的第一表面形成腔体；以及
该受力弹性构件包含在该壳体内以被压缩并因此受力。


4.根据权利要求1所述的应力波驱动器，其中，
该受力弹性构件的该第二表面形成腔体；以及
该刚性元件被包围在该受力弹性构件内，从而使该受力弹性构件拉伸并因此受力。


5.根据权利要求3所述的应力波驱动器，其中，
该刚性元件为刚性外部结构，其包括具有第一周长的直圆柱形腔体；
该受力弹性构件为内部结构，其具有在长度上大于该第一周长的第二外周长，从而在该内部结构内产生应力；以及
在该受力弹性构件的所述一部分中临时且依次施加的应力改变驱动导致该外部结构相对于该内部结构移位与该第一和第二周长间的差值成比例的距离。


6.根据权利要求5所述的应力波驱动器，其中，该内部结构包括中空弹性管。


7.根据权利要求6所述的应力波驱动器，其中，产生的该应力小于临界鼓起应力。


8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：单保祥，
申请(专利权)人：单保祥，
类型：发明
国别省市：美国;US