СПОСОБ И СИСТЕМА ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ НА ОСНОВЕ КАЧАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ И ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО СОПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2020 года по МПК H02K7/116 F16H1/32 H02K41/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[001] Настоящее изобретение в целом относится к электродвигателям. В частности, варианты реализации настоящего изобретения относятся к системе зубчатой передачи на основе качательного движения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Электродвигатели получают механическую энергию из электромагнитной энергии. Двигатель переменного тока в общем случае содержит ротор и неподвижный статор. Неподвижный статор обычно содержит обмотки из электрических проводов, по которым проходит переменный ток, создающий вращающееся магнитное поле. Некоторые роторы включают в себя ферромагнитные компоненты, реагирующие на вращающееся магнитное поле, создаваемое статором, при этом вращение магнитного поля статора вызывает физическое вращение ротора. Посредством соединения ротора с выходным валом электромагнитную энергию переменного тока преобразуют в механическую энергию поворота выходного вала.

[003] Два или более зубчатых колес могут быть использованы для создания механического преимущества, выражаемого через передаточное отношение. Существует много способов размещения зубчатых колес таким образом, что один поворот первого зубчатого колеса приведет к тому, что второе зубчатое колесо выполнит больше или меньше, чем один поворот за то же время. Передаточное отношение является отношением этих двух поворотов. В случае, когда поворот второго зубчатого колеса меньше, чем поворот первого зубчатого колеса, можно говорить об обеспечении понижающей передачи. В некоторых случаях применения желательно иметь электродвигатель переменного тока с очень высоким передаточным отношением, понижающая передача которого реализована в минимально возможном объеме. Например, исполнительному механизму, преобразующему множество колебаний электрического тока в один оборот выходного вала, желательно иметь очень точное управление.

[004] С момента своего возникновения механизмы привода с качающейся шайбой представлялись многообещающим решением на пути создания двигателя, имеющего высокое передаточное отношение в небольшом объеме. Примеры таких механизмов привода с качающейся шайбой раскрыты в патентных публикациях США US 20140285072 и US 20150015174. Более ранние системы раскрыты в US 2275827 и US 3249776.

[005] В механизме с качающейся шайбой одно из зубчатых колес, например роторное зубчатое колесо, совершает нутацию вокруг другого зубчатого колеса, например статорного зубчатого колеса. Если число зубьев роторного зубчатого колеса и статорного зубчатого колеса отличается на один, такая система будет иметь передаточное отношение, равное числу зубьев статорного зубчатого колеса.

[006] В принципе, передаточные отношения в механизмах привода с качающейся шайбой могут быть довольно высокими. Теоретически механизм привода с качающейся шайбой, в котором используется только два зубчатых колеса, может обеспечить получение очень высокого отношения в небольшом объеме. Однако получить на практике эффективные и действенные системы привода с качающейся шайбой оказалось весьма затруднительным, поскольку задействованные в этом силы часто приводят к выходу механизма из зацепления, неприемлемым уровням вибрации и/или низкому КПД вследствие трения.

[007] Именно в связи с этими и другими соображениями представлено изобретение, раскрытое в настоящем документе.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[008] В различных вариантах реализации изобретения раскрыта усовершенствованная система привода с качающейся шайбой. Такие системы привода с качающейся шайбой могут включать в себя статор, имеющий центральную ось и множество зубьев статора, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности. Система может дополнительно включать в себя качающуюся шайбу, имеющую ось качания, расположенную под ненулевым углом относительно центральной оси, наружную цилиндрическую поверхность и верхнюю кольцевую поверхность. Множество зубьев качания может быть расположено на наружной цилиндрической поверхности, а множество лицевых зубьев может быть расположено на верхней кольцевой поверхности. Система может дополнительно включать в себя выходное зубчатое колесо, имеющее выходную ось, по существу выровненную с центральной осью, и нижнюю кольцевую поверхность. Множество выходных зубьев может быть расположено на нижней кольцевой поверхности. Качающаяся шайба может быть выполнена с возможностью поворота, множество зубьев качания могут быть выполнены с возможностью зацепления с множеством зубьев статора, а множество лицевых зубьев могут быть выполнены с возможностью зацепления с множеством выходных зубьев при нутации качающейся шайбы вокруг статора.

[009] Способ эксплуатации механизма привода с качающейся шайбой может включать в себя нутацию ротора вокруг точки опоры. Ротор может включать в себя множество зубьев качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности, и множество лицевых зубьев, расположенных на верхней кольцевой поверхности. Способ может включать в себя инициирование прижатия первой стороны ротора к статору на первом участке. Статор может включать в себя множество зубьев статора. Способ может включать в себя инициирование прижатия второй стороны ротора к выходной шайбе на втором участке. Второй участок может быть расположен на противоположной стороне ротора относительно первого участка. Выходная шайба может включать в себя множество выходных зубьев. Способ может включать в себя зацепление зубьев качания с зубьями статора и лицевых зубьев с выходными зубьями при нутации ротора вокруг точки опоры.

[0010] Качающаяся шайба для использования в нутационной системе привода с качающейся шайбой может включать в себя ось качания, наружную цилиндрическую поверхность, параллельную оси качания, и верхнюю кольцевую поверхность. Качающаяся шайба может включать в себя группу зубьев качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности. Зубья качания могут выступать из наружной цилиндрической поверхности в направлении от оси качания. Качающаяся шайба может дополнительно включать в себя группу лицевых зубьев, расположенных на верхней кольцевой поверхности. По меньшей мере один зуб из указанной группы зубьев качания может иметь форму поперечного сечения на участке, находящемся на удалении от наружной цилиндрической поверхности. Форма поперечного сечения может быть по меньшей мере частично задана составной эвольвентой окружности и эллипса (compound involute of a circle and an ellipse).

[0011] Настоящее изобретение обеспечивает разработку различных устройств и способов их применения. В некоторых вариантах реализации устройство может включать в себя статор, качающуюся шайбу/ротор и выходную шайбу/выходное зубчатое колесо. В некоторых вариантах реализации качающаяся шайба/ротор может осуществлять нутацию вокруг статора и выходной шайбы/выходного зубчатого колеса при повороте выходной шайбы/выходного зубчатого колеса. В некоторых вариантах реализации каждый элемент, выбранный из статора и качающейся шайбы/ротора, может включать в себя группу зубьев, имеющих формы, выполненные для ограничения внецентренных сил. В некоторых вариантах реализации зубья качающейся шайбы/ротора и зубья статора могут быть выполнены с возможностью зацепления посредством контакта качения, который может ограничить потери на трение. Особенности, функции и преимущества могут быть реализованы независимо в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть объединены в других вариантах реализации, подробные сведения о которых можно получить со ссылкой на последующее описание и чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0012] На ФИГ. 1 схематически представлен вид в изометрии варианта реализации системы привода с качающейся шайбой.

[0013] На ФИГ. 2 схематически представлен покомпонентный вид в изометрии системы привода по ФИГ. 1.

[0014] На ФИГ. 3 схематически представлен вид в изометрии статорного зубчатого колеса системы привода по ФИГ. 1, показывающий множество зубьев статора.

[0015] На ФИГ. 4 схематически представлен укрупненный вид по ФИГ. 3, показывающий несколько зубьев статора статорного зубчатого колеса по ФИГ. 4.

[0016] На ФИГ. 5 схематически представлен вид сверху статорного зубчатого колеса по ФИГ. 4, показывающий подгруппу зубьев статора.

[0017] На ФИГ. 6 схематически представлено сечение одного зуба статора, выполненное в плоскости 6-6 на ФИГ. 5.

[0018] На ФИГ. 7 схематически представлен вид в изометрии качающейся шайбы системы привода по ФИГ. 1, показывающий множество зубьев качания и множество лицевых зубьев.

[0019] На ФИГ. 8 схематически представлен укрупненный вид по ФИГ. 7, показывающий несколько зубьев качания и несколько лицевых зубьев качающейся шайбы по ФИГ. 7.

[0020] На ФИГ. 9 схематически представлен вид сверху качающейся шайбы по ФИГ. 7, показывающий подгруппу зубьев качания.

[0021] На ФИГ. 10 схематически представлено сечение одного зуба качания, выполненное в плоскости 10-10 на ФИГ. 9.

[0022] На ФИГ. 11 схематически представлен вид сверху качающейся шайбы по ФИГ. 7, показывающий подгруппу лицевых зубьев.

[0023] На ФИГ. 12 схематически представлено сечение одного лицевого зуба, выполненное в плоскости 12-12 на ФИГ. 11.

[0024] На ФИГ. 13 схематически представлен вид в изометрии выходного зубчатого колеса системы привода по ФИГ. 1, показывающий множество выходных зубьев, причем выходное зубчатое колесо находится в перевернутом положении по сравнению с тем, которое показано на ФИГ. 1.

[0025] На ФИГ. 14 схематически представлен укрупненный вид по ФИГ. 13, показывающий несколько выходных зубьев.

[0026] На ФИГ. 15 схематически представлен вид сверху качающейся шайбы по ФИГ. 14, показывающий подгруппу выходных зубьев.

[0027] На ФИГ. 16 схематически представлено сечение одного выходного зуба, выполненное в плоскости 16-16 на ФИГ. 15.

[0028] На ФИГ. 17 схематически представлен вид сбоку системы привода по ФИГ. 1, выполненный по направлению А на ФИГ. 1, показывающий нижнее положение качающейся шайбы.

[0029] На ФИГ. 18 схематически представлен вид сбоку системы привода по ФИГ. 1, выполненный по направлению В на ФИГ. 1, показывающий положение 90-градусов, отстоящее от нижнего положения на одну четверть пути перемещения вокруг системы привода.

[0030] На ФИГ. 19 схематически представлен вид сбоку системы привода по ФИГ. 1, выполненный по направлению С на ФИГ. 1, показывающий положение 180-градусов, отстоящее от нижнего положения на половину пути перемещения вокруг системы привода.

[0031] На ФИГ. 20 схематически представлен вид сбоку системы привода по ФИГ. 1, выполненный по направлению D на ФИГ. 1, показывающий положение 270-градусов, отстоящее от нижнего положения на три четверти пути перемещения вокруг системы привода.

[0032] На ФИГ. 21 схематически представлен увеличенный вид по ФИГ. 17, показывающий контакт между подгруппой зубьев качания и подгруппой зубьев статора при нахождении возле нижнего положения.

[0033] На ФИГ. 22 схематически представлен увеличенный вид по ФИГ. 18, показывающий подгруппу зубьев качания и подгруппу зубьев статора при нахождении возле положения 90-градусов.

[0034] На ФИГ. 23 схематически представлен увеличенный вид по ФИГ. 18, показывающий подгруппу зубьев качания и подгруппу зубьев статора при нахождении возле положения 180-градусов.

[0035] На ФИГ. 24 схематически представлен увеличенный вид по ФИГ. 20, показывающий подгруппу зубьев качания и подгруппу зубьев статора при нахождении возле положения 270-градусов.

[0036] На ФИГ. 25 схематически представлен один зуб качания и пара зубьев статора, показывающий один зуб качания в пяти положениях в течение одной полной нутации качающейся шайбы.

[0037] На ФИГ. 26 схематически представлена блок-схема, иллюстрирующая способ эксплуатации механизма привода с качающейся шайбой.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0038] Различные варианты реализации устройств и способов, относящихся к сопряжению в зубчатых передачах на основе качательной шайбы, описаны ниже и проиллюстрированы на соответствующих фигурах чертежей. Если иное не оговорено, устройство или способ и/или их различные компоненты могут, но не обязательно, содержать по меньшей мере одно из следующего: конструкция, компоненты, функциональность и/или описанных вариантов, проиллюстрированных и/или включенных в настоящий документ. Кроме того, указанные конструкции, компоненты, функциональности и/или их описанные варианты, проиллюстрированные и/или включенные в настоящий документ в связи с идеями настоящего изобретения, могут, но не обязательно, быть включены в другие аналогичные устройства или способы. Последующее описание различных вариантов реализации является лишь примерным и ни в коей мере не ограничивается раскрытием, его применением или вариантами использования. Кроме того, преимущества, обеспечиваемые вариантами реализации, как описано ниже, являются иллюстративными по своей сути, и не все варианты реализации обеспечивают одинаковые преимущества или одинаковый уровень преимуществ.

[0039] Далее следуют описания выбранных аспектов приведенных в качестве примера систем привода с качающейся шайбой и способов. Примеры предназначены для иллюстрации и не должны рассматриваться в качестве ограничения объема охраны настоящего изобретения. Описание может включать одно или более отличающихся раскрытий и/или приведенную в данном контексте или связанную с ними информацию, функцию и/или конструкцию.

[0040] На ФИГ. 1 представлен вид в изометрии приведенного в качестве примера варианта реализации системы привода с качающейся шайбой, в целом обозначенной 10. На ФИГ. 2 представлен покомпонентный вид в изометрии системы 10 привода с качающейся шайбой. Система 10 привода с качающейся шайбой может включать в себя статор или статорное зубчатое колесо 12, качающуюся шайбу, качающееся зубчатое колесо или ротор 14 и выходную шайбу или выходное зубчатое колесо 16. Как показано на ФИГ. 2, статор может иметь центральную ось 18, внутреннюю цилиндрическую поверхность 20, по существу параллельную центральной оси, и множество зубьев 22 статора, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности.

[0041] В отношении описания внутренней цилиндрической поверхности 20 как параллельной центральной оси, поверхность можно описать как параллельную прямой, если каждая точка на рассматриваемой поверхности содержит по меньшей мере одну прямую, проведенную через эту точку параллельно указанной прямой. Например, декартова плоскость х-у параллельна прямой, проходящей через две точки, имеющие в координатах (x, y, z) координаты (0, 0, 1) и (1, 0, 1), так как каждая точка в плоскости х-у, например произвольная точка (а, b, 0), имеет линию, проходящую через нее и другую точку, например точку (а+1, b, 0), и параллельно прямой, проходящей через точку (0, 0, 1). Эти две прямые имеют общую плоскость и никогда не будут пересекаться.

[0042] В другом примере внутренняя поверхность цилиндра параллельна центральной оси симметрии цилиндра, так как каждая точка на внутренней поверхности цилиндра имеет линию, проходящую через эту точку, которая параллельна оси центральной симметрии, а именно, линию на внутреннем цилиндре, которая проходит в продольном направлении вдоль цилиндра, но не оборачивается азимутально вокруг цилиндра. Эта линия и ось центральной симметрии имеют общую плоскость и никогда не будут пересекаться.

[0043] Качающаяся шайба 14 может иметь ось 24 качания, расположенную под ненулевым углом А1 качания относительно центральной оси. Качающаяся шайба 14 может иметь наружную цилиндрическую поверхность 26, по существу параллельную оси качания, и верхнюю кольцевую поверхность 28. Множество или группа зубьев 30 качания может быть расположено или расположена на наружной цилиндрической поверхности, а множество или группа лицевых зубьев 32 может быть расположено или расположена на верхней кольцевой поверхности.

[0044] Выходное зубчатое колесо 16 может иметь выходную ось 34, по существу выровненную с центральной осью 18, и нижнюю кольцевую поверхность 36. Множество выходных зубьев 38 может быть расположено на нижней кольцевой поверхности 36.

[0045] Качающаяся шайба 14 может быть выполнена с возможностью совершать нутацию вокруг статора 12. Иными словами, ось 24 качания может осуществлять прецессию вокруг центральной оси 18 статора таким образом, что угол А1 между двумя осями является относительно постоянным. При нутации качающейся шайбы, первый участок расположения точки на качающейся шайбе, находящейся дальше всего от выходной шайбы 16, может перемещаться по окружности вокруг статора. Во время нутации второй участок расположения точки на качающейся шайбе, находящейся ближе всего к выходной шайбе, может перемещаться по окружности вокруг выходного зубчатого колеса 16. Качающаяся шайба может быть выполнена с возможностью поворота при нутации вокруг статора.

[0046] В случае, когда качающаяся шайба выполнена с возможностью поворота при нутации вокруг статора, множество зубьев 30 качания могут быть выполнены с возможностью зацепления с множеством зубьев 22 статора, а множество лицевых зубьев 32 могут быть выполнены с возможностью зацепления с множеством выходных зубьев 38.

[0047] На ФИГ. 3 представлен вид в изометрии статора 12. Статор 12 может иметь основание 40, которое может иметь внутреннюю цилиндрическую поверхность 20. Помимо внутренней цилиндрической поверхности 20 основание 40 может иметь любую подходящую форму. Например, основание 40 может включать в себя точки прикрепления, выполненные с возможностью функционального соединения статора 12 с остальной частью любого устройства, в котором используется система 10 привода с качающейся шайбой. Статор 12 может быть выполнен неподвижным в отношении этого устройства.

[0048] Внутренняя цилиндрическая поверхность 20 может задавать внутренний объем 42. Внутренний объем 42 может быть выполнен с возможностью размещения в нем части или всей качающейся шайбы 14, как показано на ФИГ. 1 выше и ФИГ. 17-20 ниже.

[0049] Множество зубьев 22 статора может выступать из внутренней цилиндрической поверхности во внутренний объем 42 по направлению к центральной оси 18. Число зубьев статора в указанном их множестве может быть любым подходящим числом. В приведенном в качестве примера варианте реализации, изображенном на ФИГ. 3 используется 181 зуб статора.

[0050] На ФИГ. 4 представлен укрупненный вид статора 12, показывающий несколько зубьев 22 статора, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности 20. Каждый зуб статора может включать в себя первую приводную поверхность 44, также показанную на ФИГ. 3. Первая приводная поверхность 44 может проходить от ближней внутренней цилиндрической поверхности во внутренний объем 42. Первая приводная поверхность 44 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0051] На противоположной стороне зуба 22 статора от первой приводной поверхности может находиться вторая приводная поверхность 46. Вторая приводная поверхность 46 может проходить во внутренний объем статора от ближней внутренней цилиндрической поверхности 20. Вторая приводная поверхность 46 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0052] На ФИГ. 5 представлен вид сверху статора 12, показывающий подгруппу зубьев 22 статора. Каждый зуб статора может иметь участок, который является клинообразным в следующем смысле: первая приводная поверхность 44 зуба статора может содержать линию 48, которая находится в плоскости, перпендикулярной центральной оси 18, и проходит через центральную ось 18. Вторая приводная поверхность 46 может содержать линию 50, которая находится в плоскости, перпендикулярной центральной оси, и проходит через центральную ось. Линии 48 и 50 могут считаться радиальными линиями. Таким образом, каждый зуб статора может иметь угловую ширину А2, которая может представлять собой минимальное угловое расстояние между первой и второй приводными поверхностями на зубе статора, измеряемое в угловом направлении вокруг центральной оси 18.

[0053] Каждый зуб статора может иметь участок, угловая ширина А2 которого является по существу постоянной вдоль радиальной протяженности каждого зуба статора при измерении в радиальном направлении от центральной оси 18. В этом случае линейная толщина Т1 каждого зуба статора может линейно возрастать с увеличением радиального расстояния от центральной оси 18, при этом линейная толщина измеряется в азимутальном направлении вокруг центральной оси.

[0054] Пара смежных зубьев статора может иметь угловое разделение или угловой шаг A3, которое или который может представлять собой минимальное угловое расстояние между двумя смежными зубьями, измеряемое в азимутальном или угловом направлении вокруг центральной оси. Угловая ширина А2 одного зуба статора может быть меньше половины углового разделения A3 между любыми двумя смежными зубьями статора.

[0055] На ФИГ. 6 представлено сечение, выполненное в плоскости 6-6 на ФИГ. 5, приведенного в качестве примера одного зуба статора 22. Одна или обе из первой и второй приводных поверхностей 44 и 46 может быть задана или могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса. Иными словами, кривая второй приводной поверхности 46, показанная на ФИГ. 6, может быть задана уравнением:

y=C(tg(ϕ)-ϕ)^D,

где

С является постоянной, которая может быть пропорциональна радиусу качающейся шайбы 14,

ϕ может принимать значения от 0 до π/2 радиан, и

D может быть положительной постоянной меньше 1.

D может иметь значение приблизительно 0,65, хотя возможны также другие значения.

Кривая второй приводной поверхности 46, показанная на ФИГ. 6, может представлять собой проекцию виртуального эллипса на участок зуба для всех углов между 0 и 2π радиан.

[0056] Кривая первой приводной поверхности 44 может быть зеркальным отображением кривой второй приводной поверхности 46, с отражением в плоскости, которая показана вертикальной на ФИГ. 6 и перпендикулярна плоскости по ФИГ. 6. Иными словами, первая приводная поверхность может быть задана составной эвольвентой окружности и эллипса. Первая и вторая приводные поверхности 44 и 46 могут быть выполнены плавно встречающимися в вершине 52 каждого зуба статора.

[0057] Соединительная поверхность 54 может соединять первую и вторую приводные поверхности на стороне зуба статора, противоположной вершине 52. Толщина Т1 соединительной поверхности 54, измеряемая в направлении вокруг центральной оси статора, может возрастать линейно с радиальным расстоянием от центральной оси.

[0058] На ФИГ. 7 представлен вид в изометрии качающейся шайбы или ротора 14. Качающаяся шайба 14 может быть выполнена круговой, как изображено на ФИГ. 7, или может быть выполнена в виде цельного диска. Качающаяся шайба 14 может иметь любую конструкцию внутренней части, подходящую для указанных множеств зубьев 30 качания и лицевых зубьев 32. Качающаяся шайба 14 может быть функционально соединена с точкой опоры (не показано) возле оси 24 качания. Точка опоры может быть неподвижной в контексте любого устройства, в котором размещена система 10 привода с качающейся шайбой. Качающаяся шайба 14 может быть выполнена с возможностью совершать нутацию вокруг статора 12.

[0059] Часть качающейся шайбы 14 или вся качающаяся шайба 14 может быть выполнена с возможностью размещения статора 12 в пределах внутреннего объема 42. Множество зубьев 30 качания может выступать из наружной цилиндрической поверхности 26 в направлении от оси 24 качания. Число зубьев качания в указанном их множестве может быть любым подходящим числом. В приведенном в качестве примера варианте реализации, изображенном на ФИГ. 7, используется 180 зубьев качания. Число зубьев качания может быть больше или меньше, чем число зубьев статора. Число зубьев качания может отличаться от числа зубьев статора на любое число, включая ноль, один и число больше одного.

[0060] Верхняя кольцевая поверхность 28 может быть поверхностью, выполненной в форме усеченного конуса. Иными словами, верхняя кольцевая поверхность 28 может представлять собой участок конической поверхности или поверхность конуса. Верхняя кольцевая поверхность в форме усеченного конуса может быть выполнена таким образом, что центр масс 58 качающейся шайбы является вершиной этой поверхности, выполненной в форме усеченного конуса. Верхняя кольцевая поверхность 28 может быть вогнутой. Каждая точка на верхней кольцевой поверхности может иметь коническую линию, обозначенную 56 на ФИГ. 7, которая лежит в верхней кольцевой поверхности и может быть продолжена через центр масс 58 качающейся шайбы 14. Каждый из множества лицевых зубьев 32 может иметь ближний конец 60, расположенный на расстоянии D1 от центра масс 58 качающейся шайбы, и дальний конец 62, расположенный на расстоянии D2 от центра масс 58 качающейся шайбы, при этом расстояние D2 больше чем D1.

[0061] Число лицевых зубьев в указанном их множестве может быть любым подходящим числом. Число лицевых зубьев может быть больше, меньше или таким же по сравнению с числом выходных зубьев в указанном их множестве. Число лицевых зубьев может быть больше, меньше или таким же по сравнению с числом зубьев качания. В приведенном в качестве примера варианте реализации, изображенном на ФИГ. 7, используется 135 лицевых зубьев.

[0062] На ФИГ. 8 представлен укрупненный вид качающейся шайбы 14, показывающий несколько зубьев 30 качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности 26, и несколько лицевых зубьев 32, расположенных на верхней кольцевой поверхности 28. Каждый зуб 30 качания может иметь первую ведомую поверхность или поверхность 64 зацепления, также показанную на ФИГ. 7. Первая ведомая поверхность может проходить от ближней наружной цилиндрической поверхности 26 в направлении от оси качания. Первая ведомая поверхность 64 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну. Первая ведомая поверхность 64 может быть выполнена с возможностью зацепления с первой приводной поверхностью 44 зуба статора при нутации качающейся шайбы 14 вокруг статора в первом направлении нутации.

[0063] Каждый зуб 30 качания может иметь вторую ведомую поверхность или поверхность 65 зацепления напротив первой ведомой поверхности 64. Вторая ведомая поверхность 66 может проходить от ближней наружной цилиндрической поверхности 26 в направлении от оси качания. Вторая ведомая поверхность 66 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну. Вторая ведомая поверхность 66 может быть выполнена с возможностью зацепления со второй приводной поверхностью 46 зуба статора при нутации качающейся шайбы во втором направлении нутации.

[0064] Каждый лицевой зуб 32 может иметь третью приводную поверхность 68, проходящую от ближнего конца 60 к дальнему концу 62 лицевого зуба. Третья приводная поверхность 68 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0065] Каждый лицевой зуб 32 может иметь четвертую приводную поверхность 70, проходящую от ближнего конца 60 к дальнему концу 62 лицевого зуба. Четвертая приводная поверхность видна более отчетливо на ФИГ. 7. Четвертая приводная поверхность 70 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну.

[0066] Каждый лицевой зуб 32 может иметь верхнюю поверхность 72, проходящую от третьей приводной поверхности 68 к четвертой приводной поверхности 70. Верхняя поверхность 72 может задавать высоту Н1 лицевого зуба как расстояние между верхней кольцевой поверхностью 28 и верхней поверхностью 72 лицевого зуба, измеряемого вдоль направления, параллельного оси качания. Высота Н1 лицевого зуба может быть постоянной или не постоянной вдоль лицевого зуба. Высота Н1 лицевого зуба может иметь минимальное значение ближе к ближнему концу 60 лицевого зуба.

[0067] На ФИГ. 9 представлен вид сверху качающейся шайбы 14, показывающий подгруппу зубьев 30 качания. Каждый зуб качания может иметь клинообразный участок. Иными словами, каждый зуб качания может иметь угловую ширину А4, которая может представлять собой минимальное угловое расстояние между первой и второй ведомыми поверхностями 64 и 66 зуба качания, измеряемое в угловом направлении вокруг оси качания, и эта угловая ширина может быть постоянной вдоль зуба качания. В этом случае линейная толщина Т2 зуба качания может линейно возрастать с увеличением радиального расстояния от оси качания при измерении в пространстве вокруг оси качания.

[0068] Угловая ширина А4 может быть измерена между радиальными линиями, находящимися в первой и второй приводных поверхностях, которые могут быть продолжены через ось 24 качания. Первая и вторая приводные поверхности могут содержать линии, которые могут быть продолжены через центр масс качающейся шайбы.

[0069] Пара смежных зубьев качания может иметь угловое разделение А5, которое может представлять собой минимальное угловое расстояние между двумя смежными зубьями, измеряемое в угловом направлении вокруг центральной оси. Угловая ширина А4 одного зуба качания может быть меньше половины углового разделения А5 между любыми двумя смежными зубьями качания.

[0070] На ФИГ. 10 представлено сечение, выполненное в плоскости 10-10 на ФИГ. 9, приведенного в качестве примера одного зуба 30 качания. В отношении показанной формы поперечного сечения зуба качания, одна или обе из первой и второй ведомых поверхностей 64 и 66 может быть задана или могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса, как описано в отношении ФИГ. 5. В одном примере каждый зуб из указанной группы зубьев качания может иметь две поверхности 64 и 66 зацепления, задаваемые составной эвольвентой окружности и эллипса.

[0071] Первая и вторая ведомые поверхности 64 и 66 могут быть выполнены плавно встречающимися в вершине 74 каждого зуба качания. Кривая первой ведомой поверхности 64 может быть зеркальным отображением кривой второй ведомой поверхности, с отражением в плоскости, которая показана вертикальной на ФИГ. 10, перпендикулярна плоскости по ФИГ. 10 и проходит через вершину 74.

[0072] Соединительная поверхность 76 может соединять первую и вторую ведомые поверхности на стороне зуба качания, противоположной вершине 74. Линейная толщина Т2 соединительной поверхности 76, измеряемая в направлении вокруг оси качания, может возрастать линейно с расстоянием от оси качания.

[0073] На ФИГ. 11 представлен вид сверху качающейся шайбы 14, показывающий подгруппу лицевых зубьев 32. Каждый лицевой зуб может иметь клиновидное основание, размещенное на верхней кольцевой поверхности 28. Иными словами, линия 78, полученная соединением третьей приводной поверхности 68 с верхней кольцевой поверхностью 28, может проходить через ось качания. Еще одна линия 80, полученная соединением четвертой приводной поверхности 70 с верхней кольцевой поверхностью 28, может проходить через ось качания. Линии 78 и 80 могут проходить через центр масс качающейся шайбы.

[0074] На ФИГ. 12 представлено сечение, выполненное в плоскости 12-12 на ФИГ. 11, приведенного в качестве примера одного лицевого зуба 32. Одна или обе из третьей и четвертой приводных поверхностей 68 и 70 может быть по существу плоской или могут быть по существу плоскими. Верхняя поверхность 72 каждого лицевого зуба может иметь ширину W1. Ширина верхней поверхности может изменяться вдоль лицевого зуба, см., например, на ФИГ. 11. Ширина W1 может иметь максимальное значение ближе к ближнему концу 60 лицевого зуба, см. ФИГ. 11. Ширина W1 может изменяться вдоль лицевого зуба по мере изменения высоты Н1.

[0075] Посредством выполнения зубьев качания и лицевых зубьев клиновидной формы, а верхней кольцевой поверхности - конической, контактные усилия, прикладываемые зубьями качания и лицевыми зубьями к лицевым зубьям и зубьям качания, могут проходить по существу перпендикулярно радиальным линиям, проходящим от центра масс качающейся шайбы. В частности, контактные усилия, прикладываемые к зубьям качания другим зубчатым колесом в нутационной системе привода с качающейся шайбой, например статором, будут проходить в направлениях, по существу перпендикулярных линии, параллельной оси качания и радиальным линиям, проходящим от точек контакта к оси качания. Указанное может обеспечить движение качающейся шайбы без эксцентриситета, то есть отсутствие перемещения центра масс качающейся шайбы, в контексте любого устройства при использовании с системой 10 привода с качающейся шайбой, при нутации качающейся шайбы.

[0076] На ФИГ. 13 представлен вид в изометрии выходного зубчатого колеса 16. Для ясности, выходное зубчатое колесо 16 на ФИГ. 11 показано "перевернутым", относительно его ориентации, показанной на ФИГ. 1 и 2. Выходное зубчатое колесо 16 может быть свободным для поворота вокруг выходной оси 34 в контексте любого устройства при использовании с системой 10 привода с качающейся шайбой. Выходное зубчатое колесо 16 может быть соединено с выходным валом или выходным звеном. Между выходной осью 34 и множеством выходных зубьев 38 выходное зубчатое колесо 16 может иметь любую подходящую конструкцию.

[0077] Нижняя кольцевая поверхность 36 может быть конической поверхностью или поверхностью, выполненной в форме усеченного конуса, в следующем смысле: рассмотрим три произвольные точки Р1, Р2 и Р3, расположенные на нижней кольцевой поверхности и на расстоянии друг от друга в угловом направлении вокруг выходной оси 34. Может быть проведена коническая линия L1, L2, и L3 соответственно через каждую из этих точек с каждой конической линией, находящейся на нижней кольцевой поверхности. Три указанные конические линии могут быть продолжены через четвертую точку Р4, расположенную на выходной оси вдоль выходной оси и на расстоянии от плоскости, заданной тремя точками Р1, Р2 и Р3. Нижняя кольцевая поверхность 36 может быть вершиной.

[0078] Каждый из множества выходных зубьев может иметь ближний конец 82, расположенный на расстоянии D3 от точки Р4, и дальний конец 84, расположенный на расстоянии D4 от точки Р4, при этом расстояние D4 больше чем D3.

[0079] Число выходных зубьев в указанном их множестве может быть любым подходящим числом. Число выходных зубьев может быть больше, меньше или таким же по сравнению с числом лицевых зубьев в указанном их множестве. В приведенном в качестве примера варианте реализации, изображенном на ФИГ. 13, используется 135 выходных зубьев.

[0080] На ФИГ. 14 представлен укрупненный вид выходного зубчатого колеса 16, показывающий несколько выходных зубьев 38, расположенных на нижней кольцевой поверхности 36. Каждый выходной зуб может включать в себя третью ведомую поверхность 86. Третья ведомая поверхность видна более отчетливо на ФИГ. 13. Третья ведомая поверхность 86 может проходить от ближнего конца 82 к дальнему концу 84 выходного зуба. Третья ведомая поверхность 86 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну. Третья ведомая поверхность 86 может быть выполнена с возможностью зацепления с третьей приводной поверхностью 68 зуба 32 качания при нутации качающейся шайбы 14 (см. ФИГ. 8) вокруг выходного зубчатого колеса 16 в первом направлении нутации.

[0081] На противоположной стороне выходного зуба 38 от третьей ведомой поверхности 86 может находиться четвертая ведомая поверхность 88. Четвертая ведомая поверхность 88 может проходить от ближнего конца 82 к дальнему концу 84 выходного зуба. Четвертая ведомая поверхность 88 может быть плоской, образована более чем одной плоскостью или может быть образована одной или более поверхностями, имеющими кривизну. Четвертая ведомая поверхность 88 может быть выполнена с возможностью зацепления с четвертой приводной поверхностью 70 зуба 32 качания при нутации качающейся шайбы 14 вокруг выходного зубчатого колеса 16 во втором направлении нутации (см. ФИГ. 8).

[0082] Каждый выходной зуб 38 может иметь нижнюю поверхность 90, проходящую от третьей ведомой поверхности 86 к четвертой ведомой поверхности 88. Нижняя поверхность 90 может задавать высоту Н2 выходного зуба как расстояние между нижней кольцевой поверхностью 36 и нижней поверхностью 90 выходного зуба, измеряемого вдоль направления, параллельного выходной оси. Высота Н2 выходного зуба может быть постоянной или не постоянной вдоль выходного зуба. Высота Н2 выходного зуба может иметь минимальное значение ближе к своему ближнему концу 82.

[0083] На ФИГ. 15 представлен вид сверху выходной шайбы 16, показывающий подгруппу выходных зубьев 38. Каждый выходной зуб может иметь клиновидное основание, размещенное на нижней кольцевой поверхности 36 аналогично лицевому зубу 32, который может иметь клиновидное основание, размещенное на верхней кольцевой поверхности 28, см. ФИГ. 11. Иными словами, линия 92, полученная соединением третьей ведомой поверхности 86 с нижней кольцевой поверхностью 36, может проходить через выходную ось. Еще одна линия 94, полученная соединением четвертой ведомой поверхности 88 с нижней кольцевой поверхностью 36, может проходить через выходную ось.

[0084] На ФИГ. 16 представлено сечение, выполненное в плоскости 16-16 на ФИГ. 15, приведенного в качестве примера одного выходного зуба 38. Одна или обе из третьей и четвертой ведомых поверхностей 86 и 88 могут быть по существу плоской. Нижняя поверхность 90 каждого выходного зуба может иметь ширину W2. Ширина нижней поверхности может изменяться вдоль выходного зуба, см., например, на ФИГ. 15. Ширина W2 может иметь максимальное значение ближе к ближнему концу 82 лицевого зуба, см. ФИГ. 15. Ширина W2 может изменяться вдоль выходного зуба по мере изменения высоты Н2.

[0085] На ФИГ. 17 представлен вид сбоку системы 10 привода с качающейся шайбой, выполненный по направлению А на ФИГ. 1. Качающаяся шайба 14 может иметь нижнее положение, положение 0-градусов или точку 0-градусов 100, которое или которая может быть положением или точкой на качающейся шайбе, находящимся или находящейся дальше всего от выходной шайбы, при измерении в направлении, параллельном центральной оси 18. В точке 0-градусов качающаяся шайба может находиться ближе всего к статору 12, при измерении в направлении, параллельном центральной оси.

[0086] Система 10 привода с качающейся шайбой может быть выполнена таким образом, что качающаяся шайба осуществляет нутацию вокруг статора и выходного зубчатого колеса в первом направлении нутации, обозначенном стрелкой 102. Когда качающаяся шайба 14 совершает нутацию в первом направлении нутации, нижнее положение 100 может перемещаться в направлении 102, то есть вправо на ФИГ. 17. Система 10 привода с качающейся шайбой может быть выполнена таким образом, что качающаяся шайба 14 осуществляет нутацию вокруг статора и выходного зубчатого колеса во втором направлении нутации, обозначенном стрелкой 104. Когда качающаяся шайба 14 совершает нутацию во втором направлении нутации, нижнее положение 100 качающейся шайбы 14 может перемещаться в направлении 104.

[0087] На ФИГ. 18 представлен вид сбоку системы 10 привода с качающейся шайбой, выполненный по направлению В на ФИГ. 1. Качающаяся шайба 14 может иметь положение 90-градусов 106, то есть 90 градусов от нижнего положения 100 в первом направлении 102 нутации. Иными словами, положение 90-градусов может представлять собой одну четверть пути перемещения вокруг качающейся шайбы 14 от положения 0-градусов 100 в направлении, обозначенном стрелкой 102.

[0088] При нутации качающейся шайбы 14 в первом направлении нутации, положение 90-градусов 106 может перемещаться в направлении 102. При нахождении между нижним положением 100 (см. ФИГ. 17) и положением 90-градусов 106 множество зубьев качания по существу может не вступать в контакт с множеством зубьев статора. При нахождении между нижним положением и положением 90-градусов по существу может отсутствовать контакт между множеством лицевых зубьев и множеством выходных зубьев.

[0089] На ФИГ. 19 представлен вид сбоку системы 10 привода с качающейся шайбой, выполненный по направлению С на ФИГ. 1. Качающаяся шайба 14 может иметь положение 180-градусов 108, то есть 180 градусов от нижнего положения 100 в первом направлении 102 нутации. Иными словами, положение 180-градусов может находиться на противоположной стороне качающейся шайбы 14 от нижнего положения.

[0090] При нутации качающейся шайбы 14 в первом направлении нутации, положение 180-градусов 108 может перемещаться в направлении 102. Между положением 90-градусов 106 (см. ФИГ. 18) и положением 180-градусов 108 по существу может отсутствовать контакт между множествами зубьев качания и зубьев статора. Между положением 90-градусов 106 (см. ФИГ. 18) и положением 180-градусов 108 по существу может отсутствовать контакт между множествами лицевых и выходных зубьев.

[0091] На ФИГ. 20 представлен вид сбоку системы 10 привода с качающейся шайбой, выполненный по направлению D на ФИГ. 1. Качающаяся шайба 14 может иметь положение 270-градусов или точку 270-градусов 110, то есть 270 градусов от нижнего положения по периметру качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации. Иными словами, положение 270-градусов (110) может представлять собой три четверти пути перемещения вокруг качающейся шайбы 14 от положения 0-градусов 100 в направлении, обозначенном стрелкой 102.

[0092] При нутации качающейся шайбы 14 в первом направлении нутации, положение 270-градусов (110) может перемещаться в направлении 102. При нахождении между положением 180-градусов 108 (см. ФИГ. 19) и положением 270-градусов 110 по существу может отсутствовать контакт между множествами зубьев качания и зубьев статора. При нахождении между положением 180-градусов и положением 270-градусов возможно зацепление или возможен контакт между множеством лицевых зубьев и множеством выходных зубьев.

[0093] В примере, изображенном на ФИГ. 1-24, число зубьев качания на один меньше, чем число зубьев статора. Как описано более подробно ниже в отношении ФИГ. 21-25, когда качающаяся шайба 14 совершает нутацию в первом направлении 102 нутации, она также может выполнять поворот медленнее в первом направлении 112 вращения. В этом примере первое направление 112 вращения противоположно первому направлению 102 нутации.

[0094] Дополнительно, в этом примере число лицевых зубьев одинаково с числом выходных зубьев. При нутации качающейся шайбы вокруг выходной шайбы в первом направлении нутации каждый лицевой зуб из множества лицевых зубьев может поочередно входить в зацепление и выходить из зацепления с множеством выходных зубьев. Природа выполнения лицевых и выходных зубьев может предотвращать любое проскальзывание качающейся шайбы относительно выходной шайбы. Следовательно, если конкретный лицевой зуб, например лицевой зуб 32а, зацеплен с конкретным выходным зубом, например с выходным зубом 38а, во время первой нутации, этот же лицевой зуб 32а может быть зацеплен с этим же выходным зубом 38а во время последующей второй нутации. Это зацепление может происходить в виде контакта между третьей приводной поверхностью 68а лицевого зуба 32а и третьей ведомой поверхностью 86а выходного зуба 38а. Когда качающаяся шайба 14 может выполнять поворот в первом направлении 112 вращения и третья приводная поверхность 68а может прикладывать контактное усилие к третьей ведомой поверхности 86а, выходная шайба 16 может затем также выполнять поворот в первом направлении 112 вращения. Указанное взаимодействие может иметь место между каждой взаимодействующей парой лицевых и выходных зубьев, так что выходная шайба 16 может выполнять непрерывный поворот, когда качающаяся шайба 14 выполняет поворот.

[0095] При нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации по существу может отсутствовать контакт между множествами лицевых и выходных зубьев при нахождении между положением 270-градусов и положением 0-градусов, см. ФИГ. 17. При нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации множество зубьев качания может быть зацеплено с множеством зубьев статора. Это зацепление зубьев качания и зубьев статора более подробно будет описано в отношении ФИГ. 21-25.

[0096] На ФИГ. 21 представлен увеличенный вид по ФИГ. 17, показывающий относительное расположение подгруппы зубьев 30 качания и подгруппы зубьев 22 статора при нахождении возле нижнего положения качающейся шайбы. Как описано выше, указанное множество зубьев качания может быть зацеплено с множеством зубьев статора между положением 0-градусов, по центру на ФИГ. 21, и положением 270-градусов, расположенным слева, если смотреть на ФИГ. 21, когда качающаяся шайба осуществляет нутацию в первом направлении 102 нутации. Например, в отношении конкретных зубьев качания и зубьев статора, зубья 30а и 30b качания могут быть зацеплены с зубьями 22а статора и 22b, соответственно, зуб 30с качания может только начинать свое зацепление с зубом 22с статора, а зубья 30d и 30е качания могут быть еще не зацеплены с зубьями 22d статора и 22е, соответственно.

[0097] Первая точка контакта или зацепления между зубом качания и зубом статора может иметь место при нахождении возле вершин каждого зуба. Например, первая точка контакта между зубом 30с качания и зубом 22с статора может находиться между вершиной 74с зуба 30с качания и вершиной 52с зуба 22с статора. В альтернативном варианте реализации изобретения, соответствующие вершины зубьев качания и зубьев статора могут не быть непосредственно выровнены, когда зубья сначала вступают в контакт, а могут находиться на расстоянии друг относительно друга в направлении 102 или направлении 112.

[0098] При нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации, контакт между приведенным в качестве примера зубом 30а качания и приведенным в качестве примера зубом 22а статора может иметь место по существу между первой приводной поверхностью 44а зуба 22а статора и первой ведомой поверхностью 64а зуба 30а качания. Этот контакт может иметь место, когда зуб 30а качания находится между положением 0-градусов и положением 270-градусов.

[0099] На ФИГ. 22 представлен увеличенный вид по ФИГ. 18, показывающий относительное расположение подгруппы зубьев 30 качания и подгруппы зубьев 22 статора при нахождении возле положения 90-градусов качающейся шайбы, при этом качающаяся шайба осуществляет нутацию в первом направлении 102 нутации. Как описано выше, множество зубьев качания по существу может не вступать в контакт с множеством зубьев статора между положением 0-градусов и положением 90-градусов.

[00100] На ФИГ. 23 представлен увеличенный вид по ФИГ. 19, показывающий относительное расположение подгруппы зубьев 30 качания и подгруппы зубьев 22 статора при нахождении возле положения 180-градусов качающейся шайбы. Как описано выше, множество зубьев качания по существу может не вступать в контакт с множеством зубьев статора между положением 90-градусов и положением 180-градусов при нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации.

[00101] На ФИГ. 24 представлен увеличенный вид по ФИГ. 20, показывающий относительное расположение подгруппы зубьев 30 качания и подгруппы зубьев 22 статора при нахождении возле положения 270-градусов качающейся шайбы. Как описано выше, множество зубьев качания по существу может не вступать в контакт с множеством зубьев статора между положением 180-градусов и положением 270-градусов при нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации.

[00102] Множество зубьев качания может быть зацеплено с множеством зубьев статора между положением 0-градусов и положением 270-градусов, когда качающаяся шайба совершает нутацию в первом направлении 102 нутации, то есть в пределах четверти статора между нижним положением и положением 270-градусов. При этом зуб качания не обязательно должен быть зацеплен с зубом статора на каждом участке между положением 0-градусов и положением 270-градусов. Зацепление сперва может начинаться, когда зуб качания находится возле положения 0-градусов, и может заканчиваться, когда этот зуб качания находится на любом участке между положением 0-градусов и положением 270-градусов. Например, зуб 30f качания может начать зацепление с соответствующим зубом 22f статора, когда зуб 30f качания находился возле нижнего положения. Этот контакт могут начинать с того, что вершина 74f зуба 30f качания вступает в контакт с зубом 22f статора при нахождении возле вершины 52f зуба статора. Как изображено на ФИГ. 24, зацепление между зубом 30f качания и зубом 22f статора закончилось до того, как зуб 30f качания находился возле положения 270-градусов.

[00103] На ФИГ. 25 схематически представлен вид одного зуба 30g качания и пары смежных зубьев 22g и 22h статора, показывающий зуб 30g качания в пяти последовательных положениях, 120, 122, 124, 126, и 128, в течение одной полной нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации. При нутации качающейся шайбы в первом направлении 102 нутации, качающаяся шайба может выполнять поворот в первом направлении 112 вращения. Иными словами, когда нижнее положение качающейся шайбы перемещается вправо, как показано на ФИГ. 25, качающаяся шайба и множество ее зубьев качания может перемещаться влево, как показано на ФИГ. 25.

[00104] Зуб 30g качания может принимать первое положение 120 в первый момент времени, когда зуб 30g находится возле нижнего положения качающейся шайбы, см. ФИГ. 17 и 21. Зуб 30g качания может принимать второе положение 122 во второй момент времени, когда зуб 30g находится возле положения 270-градусов качающейся шайбы, см. ФИГ. 20 и 24. Зуб 30g качания может принимать третье положение 124 в третий момент времени, когда зуб 30g находится возле положения 180-градусов качающейся шайбы, см. ФИГ. 19 и 23. Зуб 30g качания может принимать четвертое положение 126 в четвертый момент времени, когда зуб 30g находится возле положения 90-градусов качающейся шайбы, см. ФИГ. 18 и 22. Зуб 30g качания может принимать пятое положение 128 в пятый момент времени, когда зуб 30g находится возле положения 0-градусов качающейся шайбы, см. ФИГ. 17 и 21. Между первым моментом времени и пятым моментом времени качающаяся шайба может совершить одну полную нутацию. Необходимо отметить, что угол зуба 30g качания в положениях 122 и 126 может быть преувеличен с целью различения пяти положений.

[00105] Статор 12 и множество его зубьев 22 может задавать плоскость 130, показанную сечением на ФИГ. 25. Плоскость 130 может быть перпендикулярна центральной оси 18 и может пересекать каждый из множества зубьев 22 статора на общем участке, см. ФИГ. 3. Иными словами, плоскость 130 может пересекать каждый зуб статора в любой точке между вершиной 52 и соединительной поверхностью 54 зуба статора, см. ФИГ. 6. Для ясности, плоскость 130 была изображена как делящая каждый зуб статора 22 на ФИГ. 25 примерно пополам.

[00106] Первое положение 120 и пятое положение 128 могут находиться ниже множества зубьев статора и плоскости 130. Третье положение 124 может находиться выше множества зубьев статора и плоскости 130. Зуб 30g качания во время единичной нутации качающейся шайбы может перемещаться из первого положения 120 ниже множества зубьев статора, через плоскость 130, заданную множеством зубьев статора, в третье положение 124 выше множества зубьев статора, назад через плоскость 130, заданную множеством зубьев статора, и в пятое положение ниже множества зубьев статора. Для целей настоящего документа «выше и ниже» может рассматриваться относительно плоскости 130 и вдоль центральной оси 18, см. ФИГ. 3.

[00107] При перемещении зуба 30g качания между первым положением 120 и вторым положением 122 первая приводная поверхность 44g зуба 22g статора может быть зацеплена с первой ведомой поверхностью 64g зуба 30g качания. Это зацепление может происходить в форме контакта качения, при котором первая ведомая поверхность прокатывается вдоль первой приводной поверхности. Этот контакт качения может отличаться от сопряжений в известных зубчатых передачах, в которых противоположные поверхности зубьев шестерни взаимодействуют посредством контакта скольжения. В общем случае, для двух одних и тех же поверхностей контакт качения приводит к гораздо меньшему трению, чем контакт скольжения между этими двумя поверхностями. Поскольку качающаяся шайба может вступать в контакт со статором только между положением 0-градусов и положением 270-градусов при выполнении нутации в первом направлении нутации, и этот контакт может быть ограничен контактом качения между подгруппами указанных множеств зубьев качания и зубьев статора, качающаяся шайба осуществляет нутацию вокруг статора с очень небольшим трением. Такая конфигурация может обеспечить эффективное преобразование нутационного движения в поворотное движение.

[00108] Поскольку каждый из зубьев качания и зубьев статора может быть выполнен клинообразным, контактные усилия между зубом 22g статора и зубом 30g качания могут быть приложены в точке контакта между этими зубьями, и упомянутые контактные усилия могут быть по существу перпендикулярны линии, параллельной центральной оси и радиальной линии, проходящей от точки контакта к центральной оси. Зацепление зуба 22g статора и зуба 30g качания может иметь место вдоль линии контакта, перпендикулярной на схематическом виде по ФИГ. 25 и проходящей через центр масс качающейся шайбы.

[00109] Передаточное отношение для системы 10 привода с качающейся шайбой может быть вычислено с помощью численных показателей указанных множеств выходных зубьев статора, качания и лицевых зубьев. В примере, показанном на ФИГ. 1-25, используется 181 зуб статора, 180 зубьев качания, 135 лицевых зубьев и 135 выходных зубьев. Во время каждой нутации каждый зуб качания может входить в зацепление с конкретным зубом статора, выходить из зацепления с указанным множеством зубьев статора и затем входить в зацепление с зубом статора, расположенным возле первоначального зуба статора. Таким образом, может совершаться 181 нутация качающейся шайбы для любого зуба качания для возвращения в его начальное положение. Иными словами, 181 нутации качающейся шайбы могут соответствовать одному повороту качающейся шайбы. Поскольку выходная шайба имеет число зубьев, одинаковое с числом лицевых зубьев качающейся шайбы, выходная шайба может выполнять поворот с такой же скоростью, что и качающаяся шайба. Система 10 привода с качающейся шайбой может иметь передаточное отношение, равное числу зубьев статора, которое может находиться в диапазоне от десятков зубьев статора до сотен зубьев статора. Указанное представляет собой замечательно большое передаточное отношение для системы только с двумя двигающимися частями.

[00110] Для специалиста в данной области техники очевидно, что существует множество возможностей для чисел выходных зубьев статора, качания и лицевых зубьев, а также разностей между этими числами зубьев. Выбор подходящих чисел для соответствующих множеств зубьев может быть осуществлен в зависимости от необходимого применения системы 10 привода с качающейся шайбой и/или материалов, которые должны быть использованы для указанной системы.

[00111] Приведенное выше раскрытие в отношении ФИГ. 17-25 в целом сконцентрировано на качающейся шайбе, осуществляющей нутацию в первом направлении 102 нутации, см. ФИГ. 17. Качающаяся шайба 14 также может осуществлять нутацию во втором направлении 104 нутации. При нутации во втором направлении нутации нижнее положение 100 может перемещаться влево, если смотреть на ФИГ. 17.

[00112] При выполнении качающейся шайбой 14 нутации во втором направлении 104 нутации каждый лицевой зуб из множества лицевых зубьев может поочередно входить в зацепление и выходить из зацепления с множеством выходных зубьев. Например, конкретный лицевой зуб 32b может входить в зацепление с конкретным выходным зубом 38b во время первой нутации, см. ФИГ. 20. Во время последующей второй нутации лицевой зуб 32b может входить в зацепление с тем же самым выходным зубом 38b в том случае, когда число лицевых зубьев и выходных зубьев является одинаковым. Это зацепление может принимать форму контакта между четвертой приводной поверхностью 70b лицевого зуба 32b и четвертой ведомой поверхностью 88b выходного зуба 38b. Поскольку качающаяся шайба может выполнять поворот во втором направлении 132 вращения, а четвертая приводная поверхность 70b может прикладывать контактное усилие к четвертой ведомой поверхности 88b, выходная шайба 16 впоследствии может также выполнять поворот во втором направлении 132 вращения.

[00113] Когда качающаяся шайба 14 осуществляет нутацию во втором направлении 104 нутации, каждый зуб в указанном множестве зубьев качания может выполнять поворот во втором направлении 132 вращения. Как показано на ФИГ. 25, один зуб 30g качания может последовательно занимать положения 128, 126, 124, 122 и 120 в обратном порядке по сравнению с ситуацией, когда качающаяся шайба 14 совершает нутацию в первом направлении. Иными словами, зуб 30g качания сначала может вступать в контакт с зубом статора в пятом положении 128. Зуб 30g качания может затем вступать в контакт качения с зубом 22h статора вдоль второй ведомой поверхности 66g зуба 30g качания и второй приводной поверхностью 46h зуба 22h статора между пятым положением 128 и четвертым положением 126. Зуб 30g качания по существу может не вступать в контакт с множеством зубьев статора, когда он перемещается из четвертого положения 126 в третье положение 124, второе положение 122 и первое положение 120. При достижении первого положения 120 зуб 30g качания может вступать в контакт с зубом 22g, когда начинается следующая нутация.

[00114] На ФИГ. 26 показано множество этапов способа, в целом обозначенного 200, эксплуатации механизма привода с качающейся шайбой согласно аспектам настоящего изобретения. Механизм привода с качающейся шайбой может представлять собой любой из вариантов реализации, изображенных и раскрытых в отношении ФИГ. 1-25. Хотя различные этапы способа 200 описаны ниже и показаны на ФИГ. 26, не все эти этапы обязательно должны быть выполнены, в некоторых случаях они могут быть выполнены в другом порядке, отличном от показанного, а в некоторых случаях они могут быть выполнены одновременно.

[00115] Способ 200 может включать в себя этап 202 нутации ротора вокруг точки опоры, при этом ротор содержит множество зубьев качания и множество лицевых зубьев. Как раскрыто в отношении ФИГ. 7, качающаяся шайба или ротор 14 может опираться на точку опоры. Ротор 14 может иметь ось 24 качания, которая может осуществлять прецессию или нутацию вокруг неподвижной центральной оси 18. Выполняющая нутацию ось 24 качания и неподвижная центральная ось 18 показаны и раскрыты в отношении ФИГ. 2. Множество зубьев качания может быть расположено на наружной цилиндрической поверхности, а множество лицевых зубьев может быть расположено на верхней кольцевой поверхности. Верхняя кольцевая поверхность может быть конической поверхностью.

[00116] Ротор может иметь множество зубьев качания и множество лицевых зубьев, см., например, множество зубьев 30 качания и множество лицевых зубьев 32, раскрытых в отношении ФИГ. 2-25. Каждый зуб из множества зубьев качания может иметь поверхность, задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса, как раскрыто в отношении ФИГ. 6. Каждый зуб из множества лицевых зубьев может иметь клиновидное основание, размещенное на верхней кольцевой поверхности.

[00117] Способ 200 может включать в себя этап 204 инициирования прижатия первой стороны ротора к неподвижному статору на первом участке, при этом статор содержит множество зубьев статора. Например, первой участок может представлять собой нижнее положение 100, изображенное на ФИГ. 17. При нахождении возле нижнего положения зуб качания из множества зубьев качания может вступать в контакт с зубом статора из множества зубьев статора, как описано в отношении ФИГ. 21.

[00118] Статор может включать в себя множество зубьев статора, см., например, множество зубьев 22 статора, изображенных на ФИГ. 2. Как раскрыто в отношении ФИГ. 6, каждый зуб из множества зубьев статора может иметь поверхность, задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса.

[00119] Пара смежных зубьев статора может задавать шаг зубьев как угловое разделение между соответствующими участками на каждом зубе из этой пары смежных зубьев статора. Например, как показано на ФИГ. 5, шаг зубьев может быть суммой угловой ширины одного зуба А2 статора и углового разделения A3 между любыми двумя смежными зубьями статора, измеряемых в угловом направлении вокруг центральной оси 18, см. ФИГ. 3. Каждый зуб статора может иметь форму поперечного сечения, взятого на участке, находящемся на удалении от внутренней цилиндрической поверхности, см., например, ФИГ. 6. Форма поперечного сечения зуба статора может иметь угловую ширину, которая меньше половины шага зубьев. Угловая ширина формы поперечного сечения зуба статора может быть угловой шириной А2, показанной на ФИГ. 5.

[00120] Статор может включать в себя группу электромагнитов. Каждый электромагнит из указанной группы может быть выполнен с возможностью создания переменного магнитного поля. Напряженность и направление магнитных полей могут быть переменными. Каждый электромагнит из указанной группы может быть выполнен с возможностью независимого управления. Каждый электромагнит из указанной группы может создавать магнитное поле, когда через электромагнит проходит ток. Ток может быть переменным или постоянным.

[00121] Ротор может включать в себя магнитный материал, способный реагировать на магнитные поля, создаваемые указанной группой электромагнитов в неподвижном статоре. Для прижатия к статору первая сторона ротора может подталкиваться магнитными силами, прикладываемыми к ротору и представляющими собой реакцию ротора на магнитные поля, создаваемые электромагнитами статора.

[00122] Способ 200 может включать в себя этап 206 инициирования прижатия второй стороны ротора к выходной шайбе на втором участке напротив первого участка, при этом выходная шайба содержит множество выходных зубьев. Вторая сторона ротора может быть верхней кольцевой поверхностью 28, видной из ФИГ. 2. Второй участок может находиться в положении 180-градусов (108), изображенном на ФИГ. 19, которое может находиться на противоположной стороне ротора в качестве нижнего положения.

[00123] Выходная шайба может представлять собой выходное зубчатое колесо 16, а множество выходных зубьев может представлять собой множество выходных зубьев 38, показанных на ФИГ. 2. Каждый из множества выходных зубьев может иметь клиновидное основание, размещенное на нижней кольцевой поверхности выходной шайбы.

[00124] Вторая сторона ротора может подталкиваться магнитными силами, прикладываемыми к ротору, для прижатия к выходной шайбе. Второй участок на роторе может подталкиваться к выходной шайбе непосредственно или опосредованно посредством магнитных сил. Для первого примера, сила может быть приложена к ротору на втором участке, по направлению к выходной шайбе. Для второго примера, ротор может опираться на точку опоры возле оси качания. Если магнитная сила приложена к ротору на первом участке в направлении от выходной шайбы, то второй участок на противоположной стороне ротора может испытывать воздействие рычага по направлению к выходной шайбе, подобно качелям. Таким образом, второй участок на роторе может подталкиваться по направлению к выходной шайбе за счет объединенного воздействия сил, прикладываемых к ротору на первом участке и опорном участке для точки опоры.

[00125] Статор на этапе 204 может задавать плоскость статора, например плоскость 130, описанную в отношении ФИГ. 25. Выходная шайба на этапе 206 может быть выполнена параллельно плоскости статора. Например, выходная шайба и статор могут иметь по существу совпадающие оси 34 и 18 симметрии, соответственно, показано на ФИГ. 2. Ротор на этапе 202 может быть наклонен под углом относительно плоскости статора и выходной шайбы и расположен между статором и выходной шайбой, см. например, ФИГ. 2.

[00126] Способ 200 может включать в себя этап 210 зацепления зубьев качания с зубьями статора и лицевых зубьев с выходными зубьями при нутации ротора вокруг точки опоры. Этап 210 может быть выполнен одновременно с этапом 202, то есть зацепление указанных множеств зубьев может иметь место при нутации ротора вокруг точки опоры. При нутации ротора любой отдельный зуб качания находится в периодах зацепления с первым зубом статора, в периодах, в которые нижний зуб ротора не зацеплен ни с какими зубьями, и в периодах зацепления со вторым зубом статора, смежным с первым зубом статора, см. раскрытие в отношении ФИГ. 24-25. Зацепление может представлять собой контакт качения между поверхностями, которые могут быть заданы составной эвольвентой окружности и эллипса.

[00127] При нутации ротора любой отдельный лицевой зуб может иметь периоды зацепления с первым выходным зубом, периоды, в которые лицевой зуб не зацеплен ни с одним из зубьев, и периоды зацепления снова с первым выходным зубом.

[00128] Число зубьев в указанных множествах зубьев статора, зубьев качания, лицевых зубьев и выходных зубьев может быть подобрано с возможностью обеспечения ряда нутаций для каждого одного поворота выходной шайбы. Например, в примере, показанном на ФИГ. 1-25, используется 181 зуб статора, 180 зубьев качания, 135 лицевых зубьев и 135 выходных зубьев. Как раскрыто в отношении ФИГ. 25, указанная конфигурация обеспечивает создание передаточного отношения, при котором ротор будет осуществлять нутацию приблизительно 181 раз для каждого одного оборота выходной шайбы. Тем не менее, могут быть выбраны другие численные показатели для указанных множеств зубьев в зависимости от необходимого передаточного отношения и других конструктивных ограничений.

[00129] Способ 200 в частном случае может включать этап 208 приложения силы к ротору в направлении к статору на третьем участке. Третий участок может находиться в положении 90-градусов (106), показанном на ФИГ. 18. Иными словами, третий участок может быть смещен на 90 градусов от первого участка вокруг ротора в первом направлении нутации, см. 102 на ФИГ. 17. В альтернативном варианте реализации изобретения третий участок может находиться в положении 270-градусов (110), показанном на ФИГ. 20. Иными словами, третий участок может быть смещен на 90 градусов от первого участка вокруг ротора во втором направлении нутации, см. 104 на ФИГ. 17.

[00130] Если ротор вступает в контакт со статором на первом участке и сила приложена на третьем участке 90-градусов вокруг ротора от первого участка, эта сила может вынуждать ротор совершать нутацию в направлении к третьему участку. Иными словами, если сила притяжения приложена к положению 90-градусов (106), показанному на ФИГ. 18, и ротор 14 в этом положении перемещается по направлению к статору 12, реагируя на эту силу, то через четверть периода полной нутации этот же самый участок на роторе 14 окажется в нижнем положении 100, см. ФИГ. 17, при нутации качающейся шайбы в первом направлении нутации. Приложение силы в положении 270-градусов (110) может вынуждать качающуюся шайбу совершать нутацию во втором направлении нутации.

[00131] Приложение силы к ротору, который всегда находится на 90 градусов впереди нижнего положения, в любом направлении нутации, может вызывать нутацию ротора вокруг точки опоры. Как описано в отношении этапа 204, магнитные силы могут быть приложены к ротору магнитными полями, создаваемыми группой электромагнитов статора. Поскольку напряженностью и направлением магнитных полей, создаваемых указанной группой электромагнитов, можно управлять, силы, прикладываемые к ротору, могут изменять свои напряженность, направление и место своего расположения на роторе. Электромагнитные силы могут быть использованы для инициирования зацепления зубьев ротора с зубьями статора и выходной шайбой, а также для вызова нутации самого ротора.

[00132] Способ 200 в частном случае может включать в себя этап 212 соединения выходного звена с выходной шайбой. Существует множество способов соединения вращающейся шайбы или зубчатого колеса с механическим звеном или валом таким образом, что угловой поворот шайбы соответствует линейному перемещению механического звена. Поскольку механизм привода с качающейся шайбой, используемый в способе 200, может быть выполнен таким образом, что множество нутаций ротора приводит только к одному повороту выходной шайбы, такой механизм может быть использован для создания исполнительного механизма, выполненного с возможностью очень точного управления выходной шайбой или выходным звеном.

[00133] Механизм привода с качающейся шайбой согласно способу 200 может быть выполнен таким образом, что по меньшей мере один зуб из множества зубьев качания выполнен с возможностью перемещения во время единичной нутации качающейся шайбы из первого положения ниже множества зубьев статора, через плоскость, заданную множеством зубьев статора, во второе положение выше множества зубьев статора, назад через плоскость, заданную множеством зубьев статора, и в третье положение ниже множества зубьев статора, см., например, раскрытие в отношении ФИГ. 25.

[00134] Этапы способа 200 не обязательно должны быть выполнены в порядке, приведенном выше или показанном на ФИГ. 26. На практике, некоторые или все этапы способа 200 могут быть выполнены в одно и то же время. Некоторые или все этапы способа 200 могут быть выполнены во время части или всего периода использования механизма привода с качающейся шайбой.

[00135] Способ 200 в целом описывает использование механизма привода с качающейся шайбой в качестве электрического двигателя, в котором электрическую энергию преобразуют в механическую энергию нутации и поворота качающейся шайбы, а также поворота выходной шайбы. Такой механизм привода с качающейся шайбой может быть использован по-другому. Например, описанное выше преобразование энергии может быть выполнено в обратном порядке, при котором механическую энергию поступательного перемещения выходного вала или осуществляющей поворот выходной шайбы преобразуют в механическую энергию нутации и поворота качающейся шайбы. Эта энергия затем может быть преобразована в электрическую энергию в электромагнитных катушках статора. Таким образом, механизм привода с качающейся шайбой может быть использован в качестве электрического генератора или механического регулятора, выполненного с возможностью ограничения энергии поворота выходной шайбы.

Кроме того, настоящее раскрытие содержит варианты реализации изобретения согласно следующим пунктам:

1. Система привода с качающейся шайбой, содержащая:

статор, имеющий центральную ось и множество зубьев, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности;

качающуюся шайбу, имеющую ось качания, расположенную под ненулевым углом относительно центральной оси, наружную цилиндрическую поверхность, верхнюю кольцевую поверхность, множество зубьев качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности, и множество лицевых зубьев, расположенных на верхней кольцевой поверхности; и

выходное зубчатое колесо, имеющее выходную ось, по существу выровненную с центральной осью, нижнюю кольцевую поверхность и множество выходных зубьев, расположенных на нижней кольцевой поверхности; причем

качающаяся шайба выполнена с возможностью поворота, множество зубьев качания выполнены с возможностью зацепления с множеством зубьев статора, а множество лицевых зубьев выполнены с возможностью зацепления с множеством выходных зубьев при нутации качающейся шайбы вокруг статора.

2. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой каждый зуб из множества зубьев качания выполнен с возможностью зацепления с зубом из множества зубьев статора посредством контакта качения при нутации качающейся шайбы вокруг статора.

3. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой качающаяся шайба имеет точку 0-градусов, находящуюся дальше всего от выходного зубчатого колеса в направлении вдоль центральной оси, и положение 270-градусов, находящееся в 270 градусах по периметру качающейся шайбы от положения 0-градусов в направлении нутации, а один зуб из множества зубьев качания зацеплен с соответствующим зубом из множества зубьев статора, расположенным в четверти статора между положением 270-градусов и точкой 0-градусов.

4. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой каждый зуб из множества зубьев статора имеет форму поперечного сечения зуба статора, получаемого на удалении от внутренней цилиндрической поверхности, и каждый зуб из множества зубьев качания имеет форму поперечного сечения зуба качания, получаемого на удалении от наружной цилиндрической поверхности, причем

форма поперечного сечения каждого зуба статора и форма поперечного сечения каждого зуба качания по меньшей мере частично задана составной эвольвентой окружности и эллипса.

5. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой контактное усилие между одним зубом из множества зубьев статора и одним зубом из множества зубьев качания приложено в точке контакта между этими зубьями,

причем контактное усилие по существу перпендикулярно линии, параллельной центральной оси и радиальной линии, проходящей от точки контакта к центральной оси.

6. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой зацепление одного из множества зубьев статора с одним из множества зубьев качания имеет место вдоль линии контакта, проходящей через центр масс качающейся шайбы.

7. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой каждый из множества зубьев качания имеет угловую ширину, измеряемую в угловом направлении вокруг оси качания, которая меньше половины углового шага между смежными зубьями статора из множества зубьев статора, измеряемого в угловом направлении вокруг центральной оси.

8. Система привода с качающейся шайбой по пункту 1, в которой по меньшей мере один зуб из множества зубьев качания выполнен с возможностью перемещения во время единичной нутации качающейся шайбы из первого положения ниже множества зубьев статора, через плоскость, заданную множеством зубьев статора, во второе положение выше множества зубьев статора, назад через плоскость, заданную множеством зубьев статора, и в третье положение ниже множества зубьев статора, причем ниже и выше заданы относительно плоскости, заданной множеством зубьев статора.

9. Способ эксплуатации механизма привода с качающейся шайбой, включающий:

нутацию ротора вокруг точки опоры, при этом ротор содержит множество зубьев качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности, и множество лицевых зубьев, расположенных на верхней кольцевой поверхности,

инициирование прижатия первой стороны ротора к статору на первом участке, при этом статор содержит множество зубьев статора,

инициирование прижатия второй стороны ротора к выходной шайбе на втором участке, расположенном на противоположной стороне ротора относительно первого участка, причем выходная шайба содержит множество выходных зубьев, и

зацепление зубьев качания с зубьями статора и лицевых зубьев с выходными зубьями при нутации ротора вокруг точки опоры.

10. Способ по пункту 9, согласно которому каждый зуб из множества зубьев качания и множества зубьев статора имеет поверхность, задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса.

11. Способ по пункту 9, согласно которому пара смежных зуба статора задает шаг зубьев как угловое разделение между соответствующими участками на каждом зубе указанной пары смежных зубьев статора; и

каждый зуб статора имеет форму поперечного сечения, получаемого на удалении от внутренней цилиндрической поверхности и имеющего угловую ширину, которая меньше половины шага зубьев.

12. Способ по пункту 9, согласно которому статор задает плоскость статора, выходная шайба выполнена параллельной плоскости статора, а ротор выполнен наклоненным под углом относительно плоскости статора и выходной шайбы и расположен между статором и выходной шайбой.

13. Способ по пункту 9, также включающий приложение к ротору силы в направлении к статору на третьем участке, выполненном со смещением на 90 градусов от первого участка вокруг ротора в направлении нутации.

14. Способ по пункту 9, согласно которому по меньшей мере один зуб из множества зубьев качания выполнен с возможностью перемещения, во время одной нутации ротора, из первого положения ниже множества зубьев статора, через плоскость, заданную множеством зубьев статора, во второе положение выше множества зубьев статора, назад через плоскость, заданную множеством зубьев статора, и в третье положение ниже множества зубьев статора, причем ниже и выше заданы относительно плоскости, заданной множеством зубьев статора.

15. Качающаяся шайба для использования в нутационной системе привода с качающейся шайбой, содержащая:

ось качания, наружную цилиндрическую поверхность, параллельную оси качания, и верхнюю кольцевую поверхность;

группу зубьев качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности и выступающих из наружной цилиндрической поверхности в направлении от оси качания; и

группу лицевых зубьев, расположенных на верхней кольцевой поверхности; причем

по меньшей мере один зуб из указанной группы зубьев качания имеет форму поперечного сечения, получаемого на удалении от наружной цилиндрической поверхности и по меньшей мере частично задаваемого составной эвольвентой окружности и эллипса.

16. Качающаяся шайба по пункту 15, в которой каждый зуб из указанной группы зубьев качания имеет по меньшей мере одну поверхность зацепления, ориентированную таким образом, что линия, проходящая вдоль поверхности зацепления, также проходит через центр масс качающейся шайбы.

17. Качающаяся шайба по пункту 15, в которой каждый зуб из указанной группы зубьев качания имеет угловую ширину, которая меньше половины углового разделения между смежными зубьями указанной группы зубьев качания, измеряемого в угловом направлении вокруг оси качания.

18. Качающаяся шайба по пункту 15, в которой каждый зуб из указанной группы зубьев качания имеет две поверхности зацепления с каждой из двух поверхностей зацепления, заданных составной эвольвентой окружности и эллипса, причем указанные две поверхности зацепления задают противоположные стороны зуба качания.

19. Качающаяся шайба по пункту 15, в которой указанная группа зубьев качания выполнена таким образом, что контактные усилия, прикладываемые к зубьям другим зубчатым колесом в нутационной системе привода с качающейся шайбой, будут проходить в направлениях, по существу перпендикулярных линии, параллельной оси качания и радиальным линиям, проходящим от точек контакта к оси качания.

20. Качающаяся шайба по пункту 15, в которой верхняя кольцевая поверхность является поверхностью, выполненной в форме усеченного конуса таким образом, что центр масс качающейся шайбы является вершиной этой поверхности, выполненной в форме усеченного конуса.

Преимущества, особенности, достигаемые технические результаты

Различные варианты реализации системы привода с качающейся шайбой, описанные в настоящем документе, обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с известными решениями в отношении разработки двигателей с высокими передаточными отношениями, которые при этом занимают небольшой объем. Согласно настоящему изобретению можно получить передаточные отношения до нескольких сотен при использовании только статора, качающейся шайбы и выходной шайбы, и при этом такие механизмы могут быть размещены в небольшом объеме. Например, иллюстративные варианты реализации, описанные в настоящем документе, обеспечивают перемещение нутационной качающейся шайбы без эксцентриситета и с высоким КПД. Ни одна из известных систем или ни одно из известных устройств не может реализовать эти функции, в частности, в таком небольшом объеме. Таким образом, иллюстративные варианты реализации, описанные в настоящем документе, являются особенно полезными для создания исполнительных механизмов, имеющих очень точное управление от двигателя. Тем не менее не все варианты реализации, описанные в настоящем документе, обеспечивают одинаковые преимущества или одинаковую степень преимущества.

Вывод

Раскрытие, изложенное выше, может включать в себя несколько различных вариантов раскрытия с независимой эффективностью. Хотя каждый из вариантов раскрытия был описан в отношении предпочтительной формы (предпочтительных форм) реализации, конкретные варианты его реализации, представленные и проиллюстрированные в настоящем документе, не должны рассматриваться в ограничивающем смысле, поскольку возможны различные многочисленные его варианты. В той степени, в которой заголовки разделов используются в данном описании, они служат в целях систематизации материала и не представляют собой характеристику каких-либо пунктов раскрытия. Объект настоящего раскрытия (раскрытий) включает в себя все новые и неочевидные комбинации и подкомбинации различных указанных элементов, признаков, функциональностей и/или характеристик, раскрытых в настоящем документе. Следующая далее формула изобретения в частности указывает на определенные комбинации и подкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Раскрытие (раскрытия), реализованное (реализованные) в других комбинациях и подкомбинациях признаков, функций, элементов и/или свойств, могут быть заявлены в приложениях, претендующих на приоритет этого или связанного с ним применения. Такая формула изобретения, будь то рассматриваемая с другим раскрытием или с этим же раскрытием и являющаяся более широкой, более узкой, равной по объему первоначальной формуле изобретения, также считается включенной в объект раскрытия (раскрытия) настоящего изобретения.

Изобретение относится к электродвигателям. Технический результат состоит в повышении надежности. Система привода с качающейся шайбой включает статор, имеющий центральную ось и множество зубьев статора, выполненных на внутренней цилиндрической поверхности. Система дополнительно содержит качающуюся шайбу с осью качания, расположенную под ненулевым углом относительно центральной оси, наружную цилиндрическую поверхность и верхнюю кольцевую поверхность. Множество зубьев качания расположено на наружной цилиндрической поверхности, а множество лицевых зубьев - на верхней кольцевой поверхности. Система дополнительно включает выходное зубчатое колесо с выходной осью, по существу выровненной с центральной осью, и нижнюю кольцевую поверхность. Множество выходных зубьев выполнено на нижней кольцевой поверхности. Качающаяся шайба выполнена с возможностью поворота. Множество зубьев качания выполнены с возможностью зацепления с множеством зубьев статора, а множество лицевых зубьев - с возможностью зацепления с множеством выходных зубьев при нутации качающейся шайбы вокруг статора. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Система (10) привода с качающейся шайбой, содержащая:

статор (12), имеющий центральную ось (18) и множество зубьев (22) статора, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности (20);

качающуюся шайбу (14), имеющую ось (24) качания, расположенную под ненулевым углом относительно центральной оси, наружную цилиндрическую поверхность (26), верхнюю кольцевую поверхность (28), множество зубьев (30) качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности, и множество лицевых зубьев (32), расположенных на верхней кольцевой поверхности; и

выходное зубчатое колесо (16), имеющее выходную ось (34), по существу выровненную с центральной осью, нижнюю кольцевую поверхность (36) и множество выходных зубьев (38), расположенных на нижней кольцевой поверхности; причем

качающаяся шайба выполнена с возможностью поворота, множество зубьев качания выполнены с возможностью зацепления с множеством зубьев статора, а множество лицевых зубьев выполнены с возможностью зацепления с множеством выходных зубьев при нутации качающейся шайбы вокруг статора.

2. Система (10) привода с качающейся шайбой по п. 1, в которой каждый из множества зубьев (30) качания выполнен с возможностью зацепления с одним из множества зубьев (22) статора посредством контакта качения при нутации качающейся шайбы (14) вокруг статора (12).

3. Система (10) привода с качающейся шайбой по п. 1, в которой качающаяся шайба (14) имеет точку (100) 0 градусов, находящуюся дальше всего от выходного зубчатого колеса (16) в направлении вдоль центральной оси (18), и положение (110) 270 градусов, находящееся в 270 градусах по периметру качающейся шайбы от положения 0 градусов в направлении нутации, а

один из множества зубьев (30) качания зацеплен с соответствующим одним из множества зубьев (22) статора, расположенным в четверти статора (12) между положением 270 градусов и точкой 0 градусов.

4. Система (10) привода с качающейся шайбой по п. 1, в которой каждый из множества зубьев (22) статора имеет форму поперечного сечения зуба статора, получаемого на удалении от внутренней цилиндрической поверхности (20), и каждый из множества зубьев (30) качания имеет форму поперечного сечения зуба качания, получаемого на удалении от наружной цилиндрической поверхности (26), причем

форма поперечного сечения каждого зуба статора и форма поперечного сечения каждого зуба качания по меньшей мере частично задана составной эвольвентой окружности и эллипса.

5. Система (10) привода с качающейся шайбой по любому из пп. 1-4, в которой контактное усилие между одним из множества зубьев (22) статора и одним из множества зубьев (30) качания приложено в точке контакта между этими зубьями,

причем контактное усилие по существу перпендикулярно линии, параллельной центральной оси (18) и радиальной линии, проходящей от точки контакта к центральной оси.

6. Система (10) привода с качающейся шайбой по любому из пп. 1-4, в которой зацепление одного из множества зубьев (22) статора с одним из множества зубьев (30) качания имеет место вдоль линии контакта, проходящей через центр масс (58) качающейся шайбы (14).

7. Система (10) привода с качающейся шайбой по любому из пп. 1-4, в которой угловая ширина (А4) каждого из множества зубьев (30) качания, измеряемая в угловом направлении вокруг оси (24) качания, меньше половины углового шага между смежными зубьями статора указанного множества зубьев (22) статора, измеряемого в угловом направлении вокруг центральной оси (18).

8. Система (10) привода с качающейся шайбой по любому из пп. 1-4, в которой по меньшей мере один из множества зубьев (30) качания выполнен с возможностью перемещения во время единичной нутации качающейся шайбы (14) из первого положения ниже указанного множества зубьев (22) статора через плоскость, заданную этим множеством зубьев статора, во второе положение выше этого множества зубьев статора, назад через плоскость, заданную этим множеством зубьев статора, и в третье положение ниже этого множества зубьев статора, причем ниже и выше заданы относительно плоскости, заданной указанным множеством зубьев статора.

9. Способ эксплуатации механизма привода с качающейся шайбой, включающий:

нутацию ротора (14) вокруг точки опоры, при этом ротор содержит множество зубьев (30) качания, расположенных на наружной цилиндрической поверхности (26), и множество лицевых зубьев (32), расположенных на верхней кольцевой поверхности (28),

инициирование прижатия первой стороны ротора к статору (12) на первом участке, при этом статор содержит множество зубьев (22) статора,

инициирование прижатия второй стороны ротора к выходной шайбе (16) на втором участке, расположенном на противоположной стороне ротора относительно первого участка, причем выходная шайба содержит множество выходных зубьев (38), и

зацепление зубьев качания с зубьями статора и лицевых зубьев с выходными зубьями при нутации ротора вокруг точки опоры.

10. Способ по п. 9, согласно которому каждый из множества зубьев (30) качания и множества зубьев (22) статора имеет поверхность, задаваемую составной эвольвентой окружности и эллипса.

11. Способ по п. 9, согласно которому пара смежных зубьев статора задает шаг зубьев как угловое разделение (A3) между соответствующими участками на каждом зубе указанной пары смежных зубьев статора; и

каждый зуб статора имеет форму поперечного сечения, получаемого на удалении от внутренней цилиндрической поверхности (20) и имеющего угловую ширину (А2), которая меньше половины шага зубьев.

12. Способ по любому из пп. 9-11, согласно которому статор (12) задает плоскость (130) статора, выходная шайба (16) выполнена параллельной плоскости статора, а ротор (14) выполнен наклоненным под углом относительно плоскости статора и выходной шайбы и расположен между статором и выходной шайбой.

13. Способ по любому из пп. 9-11, также включающий приложение к ротору (14) силы в направлении к статору (12) на третьем участке, выполненном со смещением на 90 градусов от первого участка вокруг ротора в направлении нутации.

14. Способ по любому из пп. 9-11, согласно которому по меньшей мере один из множества зубьев (30) качания выполнен с возможностью перемещения, во время одной нутации ротора (14), из первого положения ниже указанного множества зубьев (22) статора, через плоскость, заданную этим множеством зубьев статора, во второе положение выше этого множества зубьев статора, назад через плоскость, заданную этим множеством зубьев статора, и в третье положение ниже этого множества зубьев статора, причем ниже и выше заданы относительно плоскости, заданной указанным множеством зубьев статора.