均衡化的偏心齿轮设计和方法与流程

本公开总体涉及电动马达。更具体地，本公开的实施方式涉及一种摆动板齿轮接口。

背景技术：

电动马达从电磁能量中产生机械能。交流(AC)马达一般包括转子和固定不动的定子。固定不动的定子通常具有电线绕组，该绕组承载产生旋转磁场的交流电流。一些转子由对由定子生成的旋转磁场作出响应的铁磁材料制成，并且随着定子的磁场旋转，转子将物理地旋转。通过将转子联接到输出轴，AC电流的电磁能量被转换为输出轴的旋转机械能。

两个或更多个齿轮可以用于经由齿轮比来产生机械优势。存在许多种方式来布置齿轮，使得单次旋转第一齿轮将导致第二齿轮在相同的时间量里旋转多于或少于一次。齿轮比是这两个旋转之比。在第二齿轮的旋转少于第一齿轮的情况下，齿轮组合可以认为是提供齿轮减速。在某些应用中，期望使AC马达具有很高的齿轮比，其中齿轮减速发生在尽可能小的空间中。例如，将许多电流振荡转换为输出轴的单次旋转的致动器可以实现非常精细的控制。

从历史上看，摆动板驱动机构似乎对于在小空间内具有高齿轮比的马达是一个有希望的途径。在美国专利公布US20140285072和US20150015174中公开了这样的摆动板驱动机构的示例。在US2275827和US3249776中公开了更老的系统。

在摆动板机构中，齿轮中的一个(例如转子齿轮)绕着另一个齿轮(例如定子齿轮)章动。如果转子齿轮和定子齿轮的齿轮齿数相差一个，则这样的系统将具有等于定子齿轮的齿数的齿轮比。

原则上，摆动板驱动机构的齿轮比可能相当高。仅使用两个齿轮的理论摆动板驱动机构可在小空间中实现很高的比率。然而，在实践中，高效且有效的摆动板驱动系统已被证明难以实现，这是因为涉及的力往往致使机构断开接合或不可接受的振动水平。

本文提出的公开内容涉及这些及其它考虑。

技术实现要素：

在各个实施方式中公开了一种改进的摆动板驱动系统。这些摆动板驱动系统可包括定子，所述定子具有中央轴线、垂直于所述中央轴线的上表面以及布置在所述上表面上的多个定子齿。所述系统可进一步包括摆动板，所述摆动板具有相对于所述中央轴线以非零角度布置的摆动轴线、垂直于所述摆动轴线的下摆动表面以及垂直于所述摆动轴线的上摆动表面。

多个下摆动齿可布置在所述下摆动表面上，并且多个上摆动齿可布置在所述上摆动表面上。所述系统可包括输出齿轮，所述输出齿轮具有基本与所述中央轴线对准的输出轴线和垂直于所述输出轴线的下表面。多个输出齿可布置在所述下表面上。所述摆动板可被构造成随着该摆动板绕着所述定子章动而旋转。

一种用于操作摆动板驱动机构的方法可包括：使转子围绕支点章动。所述转子可包括多个下转子齿和多个上转子齿。所述方法可进一步包括：将所述转子的第一侧推动成在第一位置处压靠在固定不动的定子上。所述定子可包括多个定子齿。所述方法可进一步包括：将所述转子的第二侧推动成在第二位置处压靠在输出板上。所述第二位置可以在所述转子的与所述第一位置对置的那一侧上，并且所述输出板可包括多个输出齿。所述方法可包括：当所述转子围绕所述支点章动时，使所述下转子齿与所述定子齿并使所述上转子齿与所述输出齿接合。

一种供章动摆动板使用的齿轮可包括中央轴线、垂直于所述中央轴线的表面、内径以及外径。一组齿可布置在所述内径和所述外径之间的表面上。所述一组齿中的至少一个可具有从所述内径延伸到所述外径的第一驱动面。所述第一驱动面可由圆和椭圆的复合渐开线限定。所述一组齿中的所述至少一个可布置在所述内径和所述外径之间的所述表面上。

本公开提供了各种设备及其使用方法。在一些实施方式中，一种装置可包括定子、摆动板/转子以及输出板/输出齿轮。在一些实施方式中，所述摆动板/转子可随着所述输出板/输出齿轮的旋转而绕着所述定子和所述输出板/输出齿轮章动。在一些实施方式中，所述定子、所述摆动板/转子以及所述输出板/输出齿轮均可包括具有设计成限制偏心力的形状的一组齿。特征、功能及优点可在本公开的各个实施方式中独立地实现，或者可与其它实施方式组合，其进一步细节可以参考以下描述和附图看出。

附图说明

图1是摆动板驱动系统的实施方式的等距视图的图形表示。

图2是图1的驱动系统的等距分解视图的图形表示。

图3是图1的驱动系统的定子齿轮的等距视图的图形表示，示出了多个定子齿。

图4是图3的详细视图的图形表示，示出了图4的定子齿轮的若干定子齿。

图5是图4的定子齿轮的俯视平面图的图形表示，示出了定子齿的子组。

图6A是沿着图5中的平面6-6截取的单个定子齿的横截面视图的图形表示，水平尺度被夸大以示出曲率。

图6B是沿着图5中的平面6-6截取的单个定子齿的横截面视图的图形表示，水平尺度和竖直尺度是相同的。

图7是图1的驱动系统的摆动板的等距视图的图形表示，示出了多个下摆动齿和多个上摆动齿。

图8是图7的详细视图的图形表示，示出了图7的摆动板的若干上摆动齿和下摆动齿。

图9是单个下摆动齿的俯视平面图的图形表示。

图10A是沿着图9中的平面10-10截取的单个下摆动齿的横截面视图的图形表示，水平尺度被夸大以示出曲率。

图10B是沿着图9中的平面10-10截取的单个下摆动齿的横截面视图的图形表示，水平尺度和竖直尺度是相同的。

图11是图1的驱动系统的输出齿轮的等距视图的图形表示，示出了多个输出齿，输出齿轮处于与图1比较的倒置位置中。

图12是图11的详细视图的图形表示，示出了若干输出齿。

图13是单个输出齿的仰视平面图的图形表示。

图14A是沿着图13中的平面14-14截取的单个输出齿的横截面视图的图形表示，水平尺度被夸大以示出曲率。

图14B是沿着图13中的平面14-14截取的单个定子齿的横截面视图的图形表示，水平尺度和竖直尺度是相同的。

图15是在图1中的A处截取的图1的驱动系统的侧视平面图的图形表示，示出了摆动板的下位。

图16是在图1中的B处截取的图1的驱动系统的侧视平面图的图形表示，示出了从下位起绕着驱动系统的四分之一路程的90度位置。

图17是在图1中的C处截取的图1的驱动系统的侧视平面图的图形表示，示出了从下位起绕着驱动系统的一半路程的180度位置。

图18是在图1中的D处截取的图1的驱动系统的侧视平面图的图形表示，示出了从下位起绕着驱动系统的四分之三路程的270度位置。

图19是图15的放大视图的图形表示，示出了摆动板的下位。

图20是图16的放大视图的图形表示，示出了摆动板的90度位置、定子齿与下摆动齿之间的接触以及上摆动齿与输出齿之间的接触。

图21是图17的放大视图的图形表示，示出了180度位置。

图22是图18的放大视图的图形表示，示出了270度位置。

图23是图示用于操作摆动板驱动机构的方法的流程图的图形表示。

具体实施方式

与摆动板齿轮接口相关的设备和方法的各个实施方式在下面进行描述，并在关联的图中加以图示。除非另有规定，否则设备或方法和/或其各种部件或步骤可以但不需要包含本文描述、图示和/或并入的结构、部件、功能性和/或变型中的至少一个。此外，本文结合设备和方法描述、图示和/或并入的结构、部件、功能性和/或变型可以但不需要被包括在其它类似的设备或方法中。各个实施方式的以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且绝不意图限制本公开、其应用或用途。另外，由实施方式提供的如下面描述的优点在本质上是说明性的，并非所有实施方式都提供了相同的优点或相同程度的优点。

图1是一般指示为10的摆动板驱动系统的示例性实施方式的等距视图。图2是摆动板驱动系统10的分解等距视图。摆动板驱动系统10可包括定子或定子齿轮12、摆动板或摆动齿轮或转子14以及输出板或输出齿轮16。参考图2，定子可具有中央轴线18、基本垂直于中央轴线的上表面20和布置在上表面上的多个定子齿22。

摆动板14可具有摆动轴线24，摆动轴线24相对于中央轴线布置成非零摆动角度A1。摆动板14可具有基本垂直于摆动轴线的下摆动表面26，并具有基本垂直于摆动轴线并与下摆动表面对置的上摆动表面28。多个下摆动齿30可布置在下摆动表面上，并且多个上摆动齿32可布置在上摆动表面上。

输出齿轮16可具有基本与中央轴线18对准的输出轴线34，并具有基本垂直于输出轴线的下表面36。多个输出齿38可布置在下表面36上。

摆动板14可被构造成绕着定子12章动。也就是说，摆动轴线24可绕着定子的中央轴线18产生进动，使得两个轴线之间的角度A1相对恒定。随着摆动板章动，下摆动表面26上的最低点的第一位置可绕着定子移动成圆，并且上摆动表面28上的最高点的第二位置可绕着输出齿轮移动成圆。摆动板可被构造成随着它绕着定子章动而旋转。

图3是定子12的等距视图。定子12可具有内径D1和外径D2。定子12可以是如图3中描绘的环，或者可以是实心盘。在中央轴线18与内径D1之间，定子12可具有任何合适的结构。定子12可具有布置在内径和外径之间的节圆P1。节圆P1可以位于内径和外径之间的中途处。

多个定子齿22可布置在上表面20上，位于内径D1和外径D2之间。多个定子齿的数量可以是任何适当的数量。在图3描绘的示例性实施方式中，存在180个定子齿。在使用摆动板驱动系统10的任何装置的背景内，定子12可以是固定不动的。

图4是定子12的详细视图，示出了布置在上表面20上的若干定子齿22。每个定子齿22均可包括第一驱动面40，另见图3。第一驱动面40可从内径D1延伸到外径D2。第一驱动面40可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。

定子齿22的与第一驱动面对置的那一侧可以是第二驱动面42。第二驱动面42可从内径D1延伸到外径D2。第二驱动面42可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。

每个定子齿22均可具有上定子齿面44，上定子齿面44从第一驱动面40延伸到第二驱动面42。上定子齿面44可将齿高H1定义为沿着平行于中央轴线18的方向测量的上定子齿面44与定子12的上表面20之间的距离，另见图6A。

齿高H1可在内径D1和外径D2之间具有最大值。齿高可在节圆P1处具有最大值。齿高H1可在内径D1和外径D2之一处具有最小值。齿高可在内径D1和外径D2中的一者或两者处为零。存在许多可行的途径使齿高H1可在内径和外径之间变化，同时仍在内径和外径之间具有最大值并在内径或外径任一处具有最小值。在图4示出的示例性实施方式中，上定子齿面44由半圆限定。可以限定上定子齿面44的其它形状包括但不限于椭圆、三角形、抛物线或任何其它适当的曲线、曲线的组合、直线的组合或曲线与直线的组合。

图5是定子12的俯视平面图，示出了定子齿22的子组。每个定子齿均可在上表面20上制出基本矩形覆盖区(footprint)。也就是说，由第一驱动面40与上表面20的连接点制出的第一线46可平行于由第二驱动面42与上表面20的连接点制出的第二线48。第一线46和第二线48两者均可平行于从中央轴线18(见图3)延伸的径向线50。每个定子齿均可具有厚度T1、在第一驱动面40与第二驱动面42之间测得的线性距离。每个定子齿22的厚度T1可在内径D1和外径D2处具有基本相同的值。

一对相邻定子齿可将齿距A2定义为这一对相邻定子齿中的每个齿22的对应位置之间的角间隔。例如，齿距A2可以是从第二线48与齿22上的内径D1的交叉处到相邻齿的同一交叉处测得的角间隔。每个齿覆盖区均可具有角宽度A3，由厚度T1除以内径D1的一半给出该角宽度A3。齿覆盖区的角宽度A3可比齿距A2的一半小。

图6A和图6B是示例性单个定子齿22的沿着图5中的平面6-6截取的横截面视图。图6A的水平尺度被夸大以便示出齿侧面的曲率，而图6B的水平尺度和竖直尺度基本是相同的。

在图6A和图6B示出的示例性实施方式中，第一驱动面40和第二驱动面42可由圆和椭圆的复合渐开线限定。也就是说，图6A中示出的第二驱动面42的曲线可由下面的公式限定：y＝A(sin(θ)-θcos(θ))^D，其中A是可与节圆P1的半径和摆动角度A1成比例的常数，θ可采用从0到π/2弧度的值，并且D可以是小于1的正常数。D的值可以是0.65。第一驱动面40的曲线可以是第二驱动面42的曲线的镜像，关于在图6A的视图中是竖直的且垂直于图6A的平面的平面映射出该镜像。

齿厚度T1，见图5，可分为三段：第一面厚度T2、第二面厚度T3和上定子齿面厚度T4。第一面厚度T2可以是覆盖区的位于第一驱动面40下方的部分的线性宽度。第二面厚度T3可以是覆盖区的位于第二驱动面42下方的部分的线性宽度。厚度T2和T3可以是相同的。上定子齿面厚度T4可以是覆盖区的位于上定子齿面44下方的部分的线性宽度。

图7是摆动板或转子14的等距视图。摆动板14可以是如图7中描绘的环，或者可以是实心盘。摆动板14可具有位于多个上摆动齿32和下摆动齿30内部的任何合适的结构。摆动板14可被可操作地联接到紧靠摆动轴线24(见图2)的支点(未示出)。在容纳摆动板驱动系统10的任何装置的背景内，支点可以是固定不动的。摆动板14可被构造成绕着定子12(见图2)章动。

上摆动齿32和下摆动齿30可布置在上摆动表面28和下摆动表面26上，位于摆动内径D3和摆动外径D4之间。下摆动齿30的数量可以是任何适当的数目。在图7示出的示例性实施方式中，存在181个下摆动齿30。下摆动齿30的数量可以比定子齿22(见图2)的数量多一个或少一个。下摆动齿30的数量可与定子齿22(见图2)的数量相差任何数目，包括1和0。

上摆动齿32的数量可以是任何适当的数目。在图7示出的示例性实施方式中，存在182个上摆动齿32。上摆动齿32的数量可与下摆动齿30的数量相差任何数目，包括0、1或大于1。可存在多于或少于下摆动齿30的上摆动齿32。

图8是摆动板14的详细视图，示出了布置在下摆动表面26上的若干下摆动齿30和布置在上摆动表面28上的若干上摆动齿32。每个下摆动齿30均可具有从摆动内径D3延伸到摆动外径D4(见图7)的第一从动面52。第一从动面52可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。第一从动面52可被构造成随着摆动板14在第一章动方向上绕着定子12(见图2)章动而与定子齿22的第一驱动面40(见图4)接合。

每个下摆动齿30均可具有与第一从动面52对置的第二从动面54。第二从动面54可在图7中看得更清楚。第二从动面54可从摆动内径D3延伸到摆动外径D4。第二从动面54可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。第二从动面54可被构造成随着摆动板14在第二章动方向上章动而与定子齿22的第二驱动面42(见图4)接合。

每个下摆动齿30均可具有从第一从动面52延伸到第二从动面54的下摆动齿面56。下摆动齿面56可将齿深H2定义为沿着平行于摆动轴线24(见图2)的方向测得的下摆动齿面56与摆动板14的下摆动表面26之间的距离。齿深H2也可在图10A中看到。

齿深H2可在摆动内径D3和摆动外径D4之间具有最大值，也就是说，距离下摆动表面26最远。齿深H2可在摆动内径D3和摆动外径D4之一处具有最小值，也就是说，最接近下摆动表面26。下摆动齿面56可采取任何适当的方式从摆动内径D3变化到摆动外径D4，包括但不限于沿着由半圆、椭圆、三角形、抛物线或曲线和直线的任何其它组合限定的路径。

每个上摆动齿32均可具有从摆动内径D3延伸到摆动外径D4的第三驱动面58。第三驱动面58可在图7中看得更清楚。第三驱动面58可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。

每个上摆动齿32均可包括与第三驱动面58对置且从摆动内径D3延伸到摆动外径D4的第四驱动面60。第四驱动面60可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。

每个上摆动齿32均可具有从第三驱动面58延伸到第四驱动面60的上摆动齿面62。上摆动齿面62可将齿高H3定义为沿着平行于摆动轴线24(见图2)的方向测得的上摆动齿面62与摆动板14的上摆动表面28之间的距离。

齿高H3可在摆动内径D3和摆动外径D4之间具有最大值。齿高H3可在摆动内径D3和摆动外径D4之一处具有最小值。上摆动齿面62可采取任何适当的方式从摆动内径D3变化到摆动外径D4，包括但不限于沿着由半圆、椭圆、三角形、抛物线或曲线和直线的任何其它组合限定的路径。

图9是单个下摆动齿30的俯视平面图。与参考图5所描述的定子齿22可具有矩形覆盖区相同的方式，下摆动齿30可在下摆动表面26(见图7和图8)上具有矩形覆盖区。下摆动齿30的线性厚度T5可在摆动内径D3处具有与摆动外径D4(见图7)处相同的值。

图10A和图10B是在图9中的10-10处截取的示例性下摆动齿30的横截面视图。如同图6A和图6B，图10A的水平尺度被夸大，以便示出第一从动面52和第二从动面54的曲率。

在图10A和图10B示出的示例性实施方式中，如参考图6A和图6B描述的，第一从动面52和第二从动面54可由圆和椭圆的复合渐开线限定。也就是说，图10A示出的第一从动面52的曲线可匹配图6A的第一驱动面40的曲线。第一从动面52可与第一驱动面40互补。第一从动面52和第一驱动面40可以是互补的，而不管第一驱动面40的曲线的具体形状是什么样的。

图10A示出的第二从动面54的曲线可匹配图6A的第二驱动面42的曲线。也就是说，第二从动面54可与第二驱动面42互补。第二从动面54和第二驱动面42可以是互补的，而不管第二驱动面的曲线的具体形状是什么样的。

下摆动齿30的厚度T5(见图9)可分为三段，包括第一从动面厚度T6、第二从动面厚度T7和下摆动齿面厚度T8。第一从动面厚度T6可以是覆盖区的位于第一从动面52下方的部分的线性宽度。第二从动面厚度T7可以是覆盖区的位于第二从动面54下方的部分的线性宽度。厚度T6和T7可以是相同的。下摆动齿面厚度T8可以是覆盖区的位于下摆动齿面56下方的部分的线性宽度。第一从动面厚度T6可与第一面厚度T2相同，见图6A。第二从动面厚度T7可与第二面厚度T3相同，见图6A。

再次参考图7和图8，多个上摆动齿32可具有与多个下摆动齿30基本相同的形状。也就是说，每个上摆动齿32均可在上摆动表面28上具有矩形覆盖区，如在图9中针对下摆动表面26上的下摆动齿30所描绘的。上摆动齿32的横截面形状可以是图10A和图10B的下摆动齿30的横截面形状关于由摆动板14本身限定的平面的映射。也就是说，上摆动齿32和下摆动齿30可具有与从下摆动表面26朝向定子12(见图2)向下延伸的下摆动齿30和从上摆动表面28朝向输出齿轮16(见图2)向上延伸的上摆动齿32相同的横截面。

每个上摆动齿32均可具有如参考图6A和图6B讨论的由圆和椭圆的复合渐开线限定的至少一个面。上摆动齿32的第三驱动面58和第四驱动面60可由圆和椭圆的复合渐开线限定。

如果存在不同数目的上摆动齿32和下摆动齿30，则上摆动齿32的厚度可与下摆动齿30的厚度不同。例如，如果存在181个下摆动齿30和182个上摆动齿32，则上摆动齿32可比下摆动齿30薄181/182的因子。

图11是输出齿轮16的等距视图。为清晰起见，图11中的输出齿轮16相对于其在图1和图2中的取向呈现“倒置”。输出齿轮16可具有输出内径D5和输出外径D6。在输出轴线34和输出内径D5之间，输出齿轮16可具有任何合适的结构。

多个输出齿38可布置在下表面36上，位于输出内径D5和输出外径D6之间。多个输出齿的数量可以是任何适当的数目。在图11描绘的示例性实施方式中，存在181个输出齿。在使用摆动板驱动系统10的任何装置的背景内，输出齿轮16可绕着输出轴线34自由旋转。输出齿轮16可联接到输出轴或输出臂。

图12是输出齿轮16的详细视图，示出了布置在下表面36上的若干输出齿38。每个输出齿38可包括第三从动面64。第三从动面64可在图11中看得更清楚。第三从动面64可从输出内径D5延伸到输出外径D6。第三从动面64可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。第三从动面64可被构造成随着摆动板14(见图7和图8)在第一章动方向上绕着输出齿轮16章动而与上摆动齿32的第三驱动面58接合。

输出齿38的与第三从动面64对置的那一侧可以是第四从动面66。第四从动面66可从输出内径D5延伸到输出外径D6。第四从动面66可以是平面的，由多于一个平面构成，或者可由带曲率的一个或多个表面构成。第四从动面66可被构造成随着摆动板14(见图7和图8)在第二章动方向上绕着输出齿轮16章动而与上摆动齿32的第四驱动面60(见图8)接合。

每个输出齿38均可具有从第三从动面64延伸到第四从动面66的下输出齿面68。下输出齿面68可将输出齿深H4定义为沿着平行于输出轴线34(见图11)的方向测得的下输出齿面68与下表面36之间的距离。

输出齿深H4可在输出内径D5和输出外径D6之间具有最大值，也就是说，下输出齿面68可更远离下表面36。输出深度H4可在输出内径D5和输出外径D6之一处具有最小值，也就是说，下输出齿面68可最接近下表面36。下输出齿面68可采取任何适当的方式从输出内径D5变化到输出外径D6，包括但不限于沿着由半圆、椭圆、三角形、抛物线或曲线和直线的任何其它组合限定的路径。

图13是单个输出齿38的仰视平面图。与参考图5描述的定子齿22可具有矩形覆盖区采取相同的方式，输出齿38可在下表面36(见图11和图12)上具有矩形覆盖区。输出齿38的线性厚度T9可在输出内径D5处具有与输出外径D6(见图11)处相同的值。

图14A和图14B是在图13中的14-14处截取并且当输出齿38呈现在图1和图2中时指向下的示例性输出齿38的横截面视图。如同图6A和图6B，图14A的水平尺度被夸大，以便示出第三从动面64和第四从动面66的曲率。

在图14A和图14B示出的示例性实施方式中，如参考图6A和图6B描述的，第三从动面64和第四从动面66可由圆和椭圆的复合渐开线限定。也就是说，图14A示出的第三从动面64的曲线可匹配第三驱动面58(见图7和图8)的曲线。第三从动面64可与第三驱动面58互补。第三从动面64和第三驱动面58可以是互补的，而不管第三驱动面58的曲线的具体形状是什么样的。

图14A示出的第四从动面66的曲线可匹配第四驱动面60(见图8)的曲线。也就是说，第四从动面66可与第四驱动面60互补。第四从动面66和第四驱动面60可以是互补的，而不管第四驱动面60的曲线的具体形状是什么样的。

输出齿38的厚度T9(见图13)可分为三段，包括第三从动面厚度T10、第四从动面厚度T11和下输出齿面厚度T12。第三从动面厚度T10可以是覆盖区的位于第三从动面64下方的部分的线性宽度。第四从动面厚度T11可以是覆盖区的位于第四从动面66下方的部分的线性宽度。厚度T10和T11可以是相同的。下输出齿面厚度T12可以是覆盖区的位于下输出齿面68下方的部分的线性宽度。第三从动面厚度T10可与第三驱动面58(见图7和图8)的厚度相同。第四从动面厚度T11可与第四驱动面60(见图8)的厚度相同。

图15是在图1中的A处截取的摆动板驱动系统10的侧视平面图。摆动板14可具有其中摆动板14最接近定子12的下位70。摆动板驱动系统10可被构造成使得摆动板14在由箭头72指示的第一章动方向上绕着定子12和输出齿轮16章动。

当摆动板14在第一章动方向上章动时，下位70可在方向72上移动，也就是说，移向图15中的右侧。摆动板驱动系统10可被构造成使得摆动板14可在由箭头74指示的第二章动方向上绕着定子12和输出齿轮16章动。当摆动板14在第二章动方向上章动时，摆动板14的下位70可在方向74上移动。

图16是在图1中的B处截取的摆动板驱动系统10的侧视平面图。摆动板14可具有在第一章动方向72上远离下位70(见图15)90度的位置76。也就是说，90度位置76可以是在由箭头72指示的方向上从下位70绕着摆动板14的路程的四分之一。

当摆动板14在第一章动方向上章动时，90度位置76可在方向72上移动。在下位70(见图15)与90度位置76之间，多个下摆动齿30的子组可与多个定子齿22的子组接触。这种接触可在下面描述的图19和图20中看得更清楚。在下位70与90度位置76之间，可能没有上摆动齿32与任何的输出齿38接触，见图19和图20。

图17是在图1中的C处截取的摆动板驱动系统10的侧视平面图。摆动板14可具有在第一章动方向72上远离下位70(见图15)180度的位置78。也就是说，180度位置78可位于摆动板14的与下位70对置的那一侧上。

当摆动板14在第一章动方向上章动时，180度位置78可在方向72上移动。在90度位置76(见图16)与180度位置78之间，多个上摆动齿32的子组可与多个输出齿38的子组接触。这种接触可在下面描述的图20和图21中看得更清楚。在90度位置76与180度位置78之间，在多个下摆动齿30与多个定子齿22之间可能基本没有接触，见图20和图21。

图18是在图1中的D处截取的摆动板驱动系统10的侧视平面图。摆动板14可具有在第一章动方向72上远离下位70(见图15)270度的位置80。也就是说，270度位置可位于摆动板14的与90度位置76(见图16)对置的那一侧上。

当摆动板14在第一章动方向上章动时，270度位置80可在方向72上移动。在180度位置78(见图17)与270度位置80之间，在下摆动齿30与定子齿22(见图21和图22)之间可能基本不存在接触。在180度位置78与270度位置80之间，在上摆动齿32与输出齿38(见图21和图22)之间可能基本不存在接触。

在270度位置80与下位70(见图15)之间，在下摆动齿30与定子齿22(见图22)之间可能基本不存在接触。在270度位置80与下位70之间，在上摆动齿32与输出齿38(见图22)之间可能基本不存在接触。

图19是图15的放大视图，示出了摆动板14的下位70。如参考图16描述的，在下位70与90度位置76(见图19)之间，定子齿22的子组可与下摆动齿30的子组接触或接合，其中90度位置76在方向72上远离下位70。定子齿22与下摆动齿30之间的接触可介于定子齿22的第一驱动面40与下摆动齿30的第一从动面52之间。

图20是图16的放大视图，示出了摆动板14的90度位置76。当摆动板在第一章动方向72上章动时，在90度位置76与下位70(见图19)之间，下摆动齿30的子组可与定子齿22的子组接触。例如，在使摆动板14章动期间，图20的下摆动齿30a可与定子齿22a接触。这种接触可首次发生在下摆动齿30a紧靠90度位置76的时候，并且可在下摆动齿30a紧靠下位70(见图19)时停止。下摆动齿30a与定子齿22a之间的首次接触可发生在90度位置76与下位70(见图19)之间的任何位置处，并且可在下位70与首次接触点之间的任何位置处停止。

当摆动齿在方向72上章动时，下摆动齿30a可与定子齿22a滑动接触。也就是说，下摆动齿30a的第一从动面52a可能顺着定子齿22a的第一驱动面40a向下滑。当摆动板在第一章动方向72上章动时，由多个定子齿22的第一驱动面40施加在多个下摆动齿30的第一从动面52上的接触力可基本沿着方向箭头72。这些力可能造成摆动板14相对于定子12在方向82上旋转。

第一章动方向72可取为与图3中描绘的节圆P1相切的方向。由此，由多个定子齿22的第一驱动面40施加在多个下摆动齿30的第一从动面52上的接触力可基本平行于与节圆P1相切的方向。接触力的方向可以是下摆动齿30和定子齿22的相应形状的结果。

如果接触力反而指向除了与节圆P1相切的方向的其它方向上，则这些非切向力可能造成摆动板驱动系统10中的偏心运动。例如，如果非切向接触力指向从定子朝向摆动板的方向，则这样的力可能造成下摆动齿30与定子齿22之间断开接合。在另一示例中，如果非切向接触力指向背离或朝向中央轴线18(见图2)的径向方向，则这样的力可能造成转子14的非圆形或偏心运动，这可致使不需要的振动。

在图20示出的示例性实施方式中，定子12具有180个定子齿，摆动板14具有181个下摆动齿30和182个上摆动齿32，并且输出板16具有181个输出齿。然而，任何适当的数目都可以选为各种多个齿的数目。

在章动期间，下摆动齿30a可与定子齿22a接触，下摆动齿30b可与定子齿22b接触，等等。进一步，上摆动齿32a可与输出齿38a接触，上摆动齿32b可与输出齿38b接触，等等。在下摆动齿比定子齿多一个的情况下，在下一次章动时，下摆动齿30a可接合定子齿22b，等等。也就是说，在一次章动之后，下摆动齿30a可处于下摆动齿30b的当前位置。在一次章动期间，摆动板14可在第一章动方向72上前进大约1.99度，也就是说，360度除以181个齿。

在同一次章动期间，上摆动齿32可在方向72上前进与下摆动齿30相同的角度量，即大约1.99度，这是因为摆动板14及相关联的上摆动齿32和下摆动齿30形成刚性对象。然而，相邻上摆动齿32(例如上摆动齿32a和32b)之间的角间隔可大约为1.98度，也就是说，360度除以182个齿。由此，在一次章动之后，上摆动齿32a可能比上摆动齿32b的当前位置更往右0.01度。也就是说，上摆动齿32b可能在当前远离上摆动齿32a达1.98度，但在一次章动之后，上摆动齿32a可能已在方向72上前进1.99度。

上摆动齿32b被描绘为在图20示出的章动期间与输出齿38b接触。在存在182个上摆动齿和181个输出齿的情况下，在下一次章动期间，上摆动齿32a可与输出齿38b接触。也就是说，输出齿轮16可相对于摆动板14在方向84上移动。

在图20示出的章动期间，输出齿38b与上摆动齿32b接触。在下一次章动期间，输出齿38b可与上摆动齿32a接触，上摆动齿32a可能比上摆动齿32b的当前位置更往右0.01度。也就是说，在摆动板14的一次完整章动期间，输出齿38b且因此输出板16本身可能已沿着方向72前进0.01度。

可通过输出齿轮16在一次完整章动期间的角位移除360度来计算齿轮比。对于图20示出的示例性实施方式，该齿轮比可以示出为上摆动齿32和下摆动齿30的数目的乘积。当上摆动齿和下摆动齿的数目分别为182和181时，齿轮比将大约是33,000。换句话说，摆动板14可需要大约33,000次章动来生成输出齿轮16一次完整的旋转。

图21是图17的放大视图，示出了摆动板14的180度位置78。如参考图17描述的，在90度位置76(见图20)与180度位置78之间，上摆动齿32的子组可与输出齿38的子组接触或接合。随着摆动板14章动，输出齿38与上摆动齿32之间的接触可以是滑动接触。上摆动齿32与输出齿38之间的接触可介于上摆动齿32的第三驱动面58与输出齿38的第三从动面64之间。

在摆动板14章动期间，上摆动齿32与输出齿38之间的首次接触可发生在上摆动齿32紧靠180度位置78的时候。当上摆动齿32紧靠90度位置76(见图20)时，这种接触可停止。上摆动齿32与输出齿38之间的首次接触可位于180度位置78与90度位置76之间的任何位置。上摆动齿32之间的最后接触可位于首次接触位置与90度位置76之间的任何位置。

图22是图18的放大视图，示出了摆动板14的270度位置80。在270度位置80处，当摆动板14在第一章动方向72上章动时，在上摆动齿32与输出齿38之间，还有下摆动齿30与定子齿22之间可能基本不存在接触。沿着方向72在180度位置78(见图21)与下位70(见图19)之间，在任何位置的任何齿之间可能基本不存在接触。

上面参考在第一章动方向72上章动的摆动板14讨论了图16至图22。如参考图15描绘并讨论的，摆动板14还可在第二章动方向74上章动。当摆动板14在第二方向74上章动时，下位70可如图15所示移向左，也就是说，在方向74上移动。90度位置76可以是在方向74上绕着摆动板14的路程的四分之一。180度位置78可位于摆动板14的与下位70对置的那一侧上。270度位置80可以是在方向74上绕着摆动板14的路程的四分之三。

当摆动板14在第二章动方向74上章动时，定子齿22的第二驱动面42(见图4)可与下摆动齿30的第二从动面54(见图7和图8)接合。当摆动板14在第二章动方向74上章动时，上摆动齿32的第四驱动面60(见图8)可与输出齿38的第四从动面66(见图12)接合。齿的这些接合可造成输出齿轮16相对于固定不动的定子12在方向74上旋转，类似于参考图20讨论的第一章动方向72上的章动方式。

图23描绘了一般指示为100的方法的多个步骤，用于操作根据本公开的各方面的摆动板驱动机构。摆动板驱动机构可以是参考图1至图22描绘并讨论的任何实施方式。虽然在下面描述并在图23中描绘了方法100的各种步骤，但是各步骤不一定都需要执行，在某些情况下可采取以与示出的次序不同的次序执行，并且在某些情况下可同时执行。

方法100可包括步骤102：使转子围绕支点章动，所述转子包括多个下转子齿和多个上转子齿。如参考图7讨论的，摆动板或转子14可由支点支撑。转子14可具有摆动轴线24，摆动轴线24可绕着固定不动的中央轴线18产生进动或章动。章动的摆动轴线24和固定不动的中央轴线18可参考图2看到并讨论。

所述转子可具有多个下转子齿和多个上转子齿，参见例如在图2至图22中分别讨论的下摆动齿30和上摆动齿32。多个上转子齿和下转子齿均可具有如关于图6A、图6B、图10A和图10B讨论的由圆和椭圆的复合渐开线限定的面。多个上转子齿均可在转子的上转子表面上具有如关于图9讨论的矩形覆盖区。多个下转子齿均可在转子的下转子表面上具有如关于图9讨论的矩形覆盖区。

方法100可包括步骤104：将转子的第一侧推动成在第一位置处压靠在固定不动的定子上，所述定子包括多个定子齿。例如，所述第一位置可以是图15和图19中描绘的下位70，在该下位，转子14压靠在固定不动的定子12上。转子14的第一侧可以是图2中示出的下摆动表面26。在第一位置处，下转子齿30的下转子齿面56可与定子12的上表面20接触。参见针对下转子齿面56的视图的图8，并参见针对定子12的上表面20的视图的图2。

所述定子可包括多个定子齿，参见例如图2中描绘的多个定子齿22。如关于图6A和图6B讨论的，多个定子齿22中的每个齿均可具有由圆和椭圆的复合渐开线限定的面。如关于图5讨论的，多个定子齿22中的每个齿均可在定子的上表面20上具有矩形覆盖区。

如关于图5进一步讨论的，一对相邻定子齿22可将齿距A2定义为一对相邻定子齿22中的每个齿上的对应位置之间的角间隔。一对相邻定子齿22的每个齿覆盖区均可具有比齿距A2的一半小的角宽度A3。

如参考图4讨论的，多个定子齿22中的每个齿均可布置在内径D1和外径D2之间并可具有齿高H1。齿高H1可在内径D1和外径D2之间具有最大值，并在内径D1或外径D2之一处具有最小值。

所述定子可包括一组电磁体。一组电磁体均能够产生可变磁场。磁场的强度和方向都可以是可变的。一组电磁体均可以是独立可控的。一组电磁体均可在电流穿过电磁体时产生磁场。电流可以是交流或直流电流。

所述转子可包括能够响应于由固定不动的定子中的一组电磁体产生的磁场的磁性材料。所述转子的第一侧可被施加到所述转子的磁力推动而压靠在所述定子上，所述磁力是所述转子对由所述定子的电磁体产生的磁场的响应。

方法100可包括步骤106：将所述转子的第二侧推动成在第二位置处压靠在输出板上，所述第二位置位于所述转子的与所述第一位置对置的那一侧上，所述输出板包括多个输出齿。所述转子的所述第二侧可以是图2中看到的上摆动表面28。所述第二位置可以是图17和图21中描绘的180度位置78，其可位于转子的与图15和图19中示出的下位70对置的那一侧上。

所述输出板可以是输出齿轮16，并且所述多个输出齿可以是图2中示出的多个输出齿38。如关于图14A和图14B讨论的，多个输出齿38中的每个齿均可具有由圆和椭圆的复合渐开线限定的面。如关于图13讨论的，多个输出齿38中的每个齿均可在所述输出板的下表面上具有矩形覆盖区。

所述转子的所述第二侧可被施加到所述转子的磁力推动而压靠在所述输出板上。所述转子上的所述第二位置可被磁力直接或间接地推动而压靠在所述输出板上。针对直接示例，力可在所述第二位置处施加到所述转子，所述力朝向所述输出板。在间接示例中，所述转子可由紧靠所述摆动轴线的支点支撑。如果在远离所述输出板的方向上在所述第一位置处将磁力施加到所述转子，则所述转子的对置侧面上的所述第二位置可朝向所述输出板起到杠杆作用，非常像跷跷板。由此，所述转子上的所述第二位置可通过在所述第一位置处施加到所述转子的力与所述支点的支撑的组合效果被推向所述输出板。

步骤104的所述定子可限定定子平面。步骤106的所述输出板可被构造成平行于所述定子平面，并且步骤102的所述转子可被构造成关于所述定子平面和所述输出板倾斜一角度并且布置在所述定子与所述输出板之间，参见例如图2。

方法100可包括步骤110：使所述下转子齿与所述定子齿接合，并使所述上转子齿与所述输出齿接合。步骤110可与步骤102同时执行，也就是说，随着所述转子围绕所述支点章动，可发生多个齿的接合。随着所述转子章动，任何单独的下转子齿都可具有：与第一定子齿接合的周期、所述下转子齿与任何齿都未接合的周期以及与相邻于所述第一定子齿的第二定子齿接合的周期，参见与图20相关的讨论。

随着所述转子章动，任何单独上转子齿都可具有：与第一输出齿接合的周期、所述上转子齿与任何齿都未接合的周期以及与相邻于所述第一输出齿的第二输出齿接合的周期。齿之间的接合可以是可由圆和椭圆的复合渐开线限定的面之间的滑动接触。

多个定子齿、下转子齿、上转子齿和输出齿的齿数的数量可被构造成为所述输出板的每单次旋转提供章动的数目。例如，在图1至图22示出的示例性实施方式中，存在180个定子齿、181个下转子齿、182个上转子齿和181个输出齿。如关于图20讨论的，该构造致使对于所述输出板每旋转一次所述转子将章动大约33,000次的齿轮比。也就是说，所述输出板可被构造成随着所述转子的章动而旋转。然而，取决于期望的齿轮比及其它设计约束，多个齿的数量可以作出其它选择。

方法100可选地包括步骤108：在第三位置处在朝向所述定子的方向上将力施加到所述转子。所述第三位置可以是图16和图20示出的90度位置76。也就是说，第三位置可以是在章动方向上绕着所述转子从所述第一位置移动90度的位置，其中所述第一位置可以是下位70，并且章动方向可以是第一章动方向72或第二章动方向74(见图15和图19)中的任一者。

如果所述转子在所述第一位置处与所述定子接触并且在绕着所述转子距离所述第一位置90度的第三位置处施加力，则该力可能造成所述转子在朝向所述第三位置的方向上章动。也就是说，如果将引力施加到图20中示出的90度位置76，并且转子14在此位置处响应于该力而朝向定子12移动，则在转子14上的同一位置随后章动四分之一现在将到达下位70(见图19)。

将力施加到在章动方向上总是在下位之前90度的转子可驱动所述转子围绕所述支点章动。如参考步骤104描述的，可由所述定子的一组电磁体产生的磁场将磁力施加到所述转子。因为可控制由这一组电磁体产生的所述磁场的强度和方向，所以施加到所述转子的力可改变其在所述转子上的方向和位置。电磁力可用于推动转子齿与所述定子和所述输出板的接合，以及驱动所述转子本身的章动。

方法100可选地包括步骤112：将输出臂联接到所述输出板。存在多种方式将旋转板或齿轮联接到臂或轴，使得所述板的角度旋转对应于所述臂的线性移动。因为在方法100中使用的摆动板驱动机构可被构造成使得所述转子的大量章动导致所述输出板仅旋转一次，参见步骤110的讨论，所以这样的机构可用于产生能够非常精细地控制输出板或输出臂的致动器。

方法100的各步骤不需要按照上面列出或图23示出的次序来完成。当然，方法100中的部分或全部的步骤可同时执行。方法100中的部分或全部的步骤可针对使用摆动板驱动机构的持续时间的部分或全部来执行。

进一步，本公开包括根据以下条款的实施方式：

1、一种摆动板驱动系统，所述摆动板驱动系统包括：

定子，所述定子具有中央轴线、垂直于所述中央轴线的上表面和布置在所述上表面上的多个定子齿；

摆动板，所述摆动板具有相对于所述中央轴线以非零角度布置的摆动轴线、垂直于所述摆动轴线的下摆动表面、垂直于所述摆动轴线的上摆动表面、布置在所述下摆动表面上的多个下摆动齿和布置在所述上摆动表面上的多个上摆动齿；以及

输出齿轮，所述输出齿轮具有基本与所述中央轴线对准的输出轴线、垂直于所述输出轴线的下表面和布置在所述下表面上的多个输出齿；

其中，所述摆动板被构造成随着该摆动板绕着所述定子章动而旋转。

2、根据条款1所述的摆动板驱动系统，其中，所述摆动板具有下位，所述摆动板在所述下位最接近所述定子，进一步其中，所述多个下摆动齿和所述多个定子齿被构造成使得所述多个下摆动齿在沿着章动方向距离所述下位90度的位置处首次接合所述定子齿。

3、根据条款1所述的摆动板驱动系统，其中，所述多个定子齿、所述多个下摆动齿、所述多个上摆动齿和所述多个输出齿中的每个齿均具有由圆和椭圆的复合渐开线限定的面。

4、根据条款1所述的摆动板驱动系统，其中，所述定子包括内径、外径和节圆，所述多个定子齿被布置在所述内径和外径之间，并且所述节圆被布置在所述内径和外径之间，进一步其中，所述多个定子齿和所述多个下摆动齿被构造成使得由所述多个定子齿和下摆动齿施加在彼此之上的一组接触力基本上切向于所述节圆。

5、根据条款4所述的摆动板驱动系统，其中，所述多个定子齿中的每个齿均具有齿高，并且所述齿高在所述内径和所述外径之间具有最大值并在所述内径或所述外径之一处具有最小值。

6、根据条款1所述的摆动板驱动系统，其中，所述多个定子齿中的每个齿均在所述上表面上具有矩形覆盖区，所述多个下摆动齿中的每个齿均在所述下摆动表面上具有矩形覆盖区，所述多个上摆动齿中的每个齿均在所述上摆动表面上具有矩形覆盖区，并且所述多个输出齿中的每个齿均在所述下表面上具有矩形覆盖区。

7、根据条款1所述的摆动板驱动系统，其中，

一对相邻定子齿将齿距定义为所述一对相邻定子齿中的每个齿上的对应位置之间的角间隔；

所述一对相邻定子齿中的每个齿均在所述上表面上限定出齿覆盖区；并且

所述一对相邻定子齿的每个齿覆盖区均具有比所述齿距的一半小的角宽度。

8、一种用于操作摆动板驱动机构的方法，所述方法包括：

使转子围绕支点章动，所述转子包括多个下转子齿和多个上转子齿；

将所述转子的第一侧推动成在第一位置处压靠在固定不动的定子上，所述定子包括多个定子齿；

将所述转子的第二侧推动成在第二位置处压靠在输出板上，所述第二位置位于所述转子的与所述第一位置对置的那一侧上，所述输出板包括多个输出齿；以及

随着所述转子围绕所述支点章动，使所述下转子齿与所述定子齿接合并使所述上转子齿与所述输出齿接合。

9、根据条款8所述的方法，其中，所述多个定子齿、下转子齿、上转子齿和输出齿中的每个齿均具有由圆和椭圆的复合渐开线限定的面。

10、根据条款8所述的方法，其中，所述多个定子齿中的每个齿均在所述定子的上表面上具有矩形覆盖区，所述多个下转子齿中的每个齿均在所述转子的下表面上具有矩形覆盖区，所述多个上转子齿中的每个齿均在所述转子的上表面上具有矩形覆盖区，并且所述多个输出齿中的每个齿均在所述输出板的下表面上具有矩形覆盖区。

11、根据条款10所述的方法，其中，

一对相邻定子齿将齿距定义为所述一对相邻定子齿中的每个齿上的对应位置之间的角间隔；并且

所述一对相邻定子齿的每个齿覆盖区均具有比所述齿距的一半小的角宽度。

12、根据条款8所述的方法，其中，所述定子限定定子平面，所述输出板被构造成平行于所述定子平面，并且所述转子被构造成相对于所述定子平面和所述输出板倾斜一角度并被布置在所述定子与所述输出板之间。

13、根据条款8所述的方法，所述方法进一步包括：在第三位置处在朝向所述定子的方向上将力施加到所述转子，所述第三位置是在章动方向上绕着所述转子从所述第一位置移动90度的位置。

14、根据条款8所述的方法，其中，所述多个定子齿中的每个齿均被布置在内径和外径之间并具有齿高，所述齿高在所述内径和所述外径之间具有最大值并在所述内径或所述外径之一处具有最小值。

15、一种用在章动摆动板驱动系统中的齿轮，所述齿轮包括：

中央轴线、垂直于所述中央轴线的表面、内径和外径；

一组齿，在所述内径和所述外径之间将这一组齿布置在所述表面上；以及

这一组齿中的至少一个具有从所述内径延伸到所述外径的第一驱动面，所述第一驱动面由圆和椭圆的复合渐开线限定；

在所述内径和所述外径之间将这一组齿中的所述至少一个布置在所述表面上。

16、根据条款15所述的齿轮，其中，这一组齿中的至少一个在所述表面上具有矩形覆盖区。

17、根据条款15所述的齿轮，其中：

一对相邻齿将齿距定义为所述一对相邻齿中的每个齿上的对应位置之间的角间隔；

所述一对相邻齿中的每个齿均在所述表面上限定出齿覆盖区；并且

所述一对相邻齿中的每个齿的每个齿覆盖区均具有比所述齿距的一半小的角宽度。

18、根据条款15所述的齿轮，其中，所述齿中的至少一个具有由圆和椭圆的复合渐开线限定的第二驱动面，所述第二驱动面被布置成与所述第一驱动面对置。

19、根据条款18所述的齿轮，其中，所述齿中的至少一个具有上齿面，所述上齿面具有齿高，所述上齿面从所述第一驱动面延伸到所述第二驱动面；并且其中，所述齿高在所述内径和所述外径之间具有最大值并在所述内径或所述外径之一处具有最小值。

20、根据条款15所述的齿轮，其中，这一组齿被构造成使得由所述章动摆动板驱动系统中的另一齿轮施加在所述齿上的接触力将沿着与布置在所述内径和所述外径之间的节圆的切向基本平行的方向。

优点、特征、益处

为了设计具有高齿轮比还占据小空间的马达，本文中描述的摆动板驱动系统的实施方式提供了优于已知解决方案的若干优点。根据本公开，仅使用定子、摆动板和输出板可实现数万的齿轮比，其中这样的机构可以被包含在小空间内。例如，本文中描述的说明性实施方式允许章动摆动板的非偏心运动。已知系统或装置无法执行这些功能，特别是在这样的小空间中。由此，对于产生带有非常精细的马达控制的致动器，本文中描述的说明性实施方式是特别有用的。然而，并非所有本文中描述的实施方式都提供相同优点或相同程度的优点。

结论

上面阐述的本公开可涵盖具有独立效用的多个不同公开。虽然这些公开均已采取其优选形式进行了公开，但是本文中公开并图示的其具体实施方式不应在限制性意义上考虑，因为许多变型是可能的。达到在本公开内使用章节标题的程度，这样的标题仅出于组织的目的，并不构成任何要求的公开内容的表征。本公开的主题包括本文中公开的各种要素、特征、功能和/或属性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。以下权利要求书特别指出被认为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。体现在特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合中的公开内容可在要求本申请或相关申请的优先权的申请中得到保护。这样的权利要求，不论是针对不同公开或是相同公开，以及不论是否比原始权利要求的范围更宽、更窄、等同或不同，都应认为包括在本公开的公开内容的主题内。