CN101170287A - 高温型旋转行波超声电机 - Google Patents
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Abstract
一种高温型旋转行波超声电机，属于旋转行波超声电机。该超声电机包括超声电机输出轴(1)，机座固定轴承(2)，超声电机低座(3)，压电陶瓷(5)，超声电机定子(6)，超声电机转子(7)，端盖固定轴承(8)，超声电机端盖(9)，及端盖(9)上的冷却孔腔(10)和定子(6)上的冷却腔(14)。通过在定子(6)和端盖(9)上分别开冷却腔，并注入冷媒。当超声电机运行的温度上升后，由于冷媒在高温下的相变吸收热量，随着冷媒相变的增加，冷却腔中的压力上升，其制冷效果下降。当冷却腔内的压力达到临界压力后，冷却失去作用，从而达到短时间制冷的目的。延长了超声电机在高温环境下使用的时间，从而达到扩大超声电机在高温环境下使用的范围。
Description
技术领域
本发明属于电机学电机新结构领域，涉及一种自冷却旋转型行波超声电机。
背景技术
旋转型行波超声电机(以下简称超声电机)是属于新型特种电机，是利用压电陶瓷的压电逆效应，将电能转化为弹性体(定子)的机械能，使定子表面产生高频的微幅振动(微米级)，通过合成定子表面的振动形成行波。再利用接触和摩擦作用将定子的微幅振动转换为转子的回转，从而输出机械能以带动负载工作。这种新型电机使用频率高于20kHz(即超声频率范围)的交流电源来驱动，故称之为超声电机。
图1所示为旋转型行波超声电机。图1中：1为超声电机输出轴；2为轴承；3为超声电机底座；4为超声电机底座和端盖的连接螺栓；5为压电陶瓷；6为超声电机定子(弹性体)；7为超声电机转子；8为轴承；9为超声电机端盖。超声电机通过两相正交激励压电陶瓷5，利于它的压电逆效应产生振动，使其在超声电机定子6表面激励出行波，并通过摩擦，把转速和力矩传输给转子7，使转子产生转动，并通过它向外传输转速和力矩。
超声电机因此具有无电磁干扰、重量轻、低转速、输出大力矩和响应速度快等特点，特别适合用于生物医疗和航空航天领域。但由于它的原理是利于压电陶瓷的压电逆效应和摩擦传递转速和力矩，当工作在高低温下时，由于温度对压电陶瓷的影响很大，因此其性能大大降低，而且只能断续工作，一次工作的时间一般不超过二分钟。
环境制冷技术中适应的相变制冷是利于液体在高温下的蒸发过程或固体在高温下的融化或升华过程从被冷却物体吸取热量以制取冷量。其逆效应就是用于升温。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够在高低温环境下提高工作性能和延长连续工作时间的超声电机。本发明在典型的旋转型行波超声电机结构的基础上，在其对温度最敏感的部分增加了冷媒介质，当超声电机运行的温度上升后，由于冷媒在高温下的相变吸收热量，随着冷媒相变的增加，冷却腔中的压力上升，其制冷效果下降。当冷却腔内的压力达到临界压力后，冷却装置失去作用，从而达到短时间制冷的目的。
本发明提供的高温型旋转行波超声电机，包括超声电机输出轴，机座固定轴承，超声电机底座，压电陶瓷，超声电机定子，超声电机转子，端盖固定轴承，超声电机端盖，其中超声电机底座通过机座固定轴承固定在超声电机输出轴下端，超声电机端盖的盖缘端部与超声电机底座相连接。置于超声电机端盖内腔中的超声电机定子通过定子内圆环台阶固定在超声电机底座的内侧上，压电陶瓷粘贴在超声电机定子内圆环台阶外侧的定子外侧表面上，置于超声电机端盖内腔中的超声电机转子固定在超声电机输出轴上与超声电机定子的内侧相接触，超声电机端盖通过端盖固定轴承固定在超声电机输出轴上端，其特征在于，所述的超声电机端盖的盖缘端面上沿圆周均分8个冷却孔腔，所述的超声电机定子的内圆环台阶端面上沿圆周均分三个冷却腔。所述的超声电机端盖的盖缘端面上沿圆周均分的8个冷却孔腔通过密封螺钉和o型密封圈密封后压紧在超声电机底座上。所述的超声电机定子的内圆环台阶端面上沿圆周均分的三个冷却腔，通过螺钉和密封圈密封后，压紧在超声电机底座上。
附图说明
图1是普通旋转型行波超声电机
其中：
1.超声电机输出轴；2.轴承；3.超声电机底座；4.超声电机底座和端盖的连接螺栓5.压电陶瓷；6.超声电机定子(弹性体)；7.超声电机转子；8.轴承；9.超声电机端盖。
图2是本发明的高温型旋转行波超声电机
其中：
1.超声电机输出轴；2.机座固定轴承；3.超声电机底座；4.超声电机底座和端盖的连接螺栓；5.压电陶瓷；6.超声电机定子(弹性体)；7.超声电机转子；8.端盖固定轴承；9.超声电机端盖。
图3是高温型旋转行波超声电机端盖图，其中左图为仰视图，右图为左视剖面图。
其中：
11.端盖固定螺孔；10.冷却腔；13.标准件斜切六角螺钉；12.o型密封圈密封；3.超声电机的底座。
图4高温型旋转行波超声电机定子图，其中上图为侧视图，下图为俯视图。
其中：
14.定子固定螺孔；15.冷却腔；3.超声电机的底座；16.密封圈；17.螺钉。
具体实施方式：
其结构如图2所示，：1为超声电机输出轴；2为轴承；3为超声电机底座；4为超声电机底座和端盖的连接螺栓；5为压电陶瓷；6为超声电机定子(弹性体)，在该定子的底部开有均匀分布的小孔；7为超声电机转子；8为轴承；9为超声电机端盖，在其底部有均匀分布的小孔。
高低温型超声电机的特征在于：在超声电机的定子6和端盖9均匀分布冷媒腔，当超声电机内部温度上升时，在冷媒腔内的液态冷媒开始产生相变，从而吸收热量，降低超声电机的温度。图3和图4分布为超声电机定子和端盖结构图。
高低温型超声电机的工作原理如下：当环境温度上升，超声电机内部(如图2所示)的温度随着环境温度的上升也逐渐升高。这是存储在超声电机端盖9和定子6冷媒腔内的冷媒开始产生相变，由液态变成气体，从超声电机中吸收热量，从而达到降低超声电机温度的目的。但是随着冷媒汽化，冷媒腔内的压力上升，当压力达到冷媒相变的临界压力时，冷媒相变停止。这时装置不在对超声电机有冷却作用。因此，该装置于普通超声电机相比，能延长在高温环境下的工作时间。高温型超声电机实施例：
以超声电机定子外径为φ60为加工对象。图3是高温型超声电机端盖示意图，其中有8个冷媒腔均匀分布在端盖上。其中11是端盖固定螺孔，10是冷却孔腔，冷却孔腔直径φ6，长度为15mm。通过密封螺钉13(M6×2)密封冷却孔腔。在用o型密封圈12密封，与超声电机底座3压紧。
图4是高温型超声电机定子结构图。其中15为冷却腔；14为定子固定螺孔；冷却腔为φ6孔；通过螺钉17(M6×2)密封冷却腔。在用密封圈16密封，与超声电机底座3压紧。
Claims (3)
1.一种高温型旋转行波超声电机，包括超声电机输出轴(1)，机座固定轴承(2)，超声电机底座(3)，压电陶瓷(5)，超声电机定子(6)，超声电机转子(7)，端盖固定轴承(8)，超声电机端盖(9)，其中超声电机底座(3)通过机座固定轴承(2)固定在超声电机输出轴(1)下端，超声电机端盖(9)的盖缘端部与超声电机底座(3)相连接。置于超声电机端盖(9)内腔中的超声电机定子(6)通过定子内圆环台阶固定在超声电机底座(3)的内侧上，压电陶瓷(5)粘贴在超声电机定子(6)内圆环台阶外侧的定子外侧表面上，置于超声电机端盖(9)内腔中的超声电机转子(7)固定在超声电机输出轴(1)上与超声电机定子(6)的内侧相接触，超声电机端盖(9)通过端盖固定轴承(8)固定在超声电机输出轴(1)上端，其特征在于，所述的超声电机端盖(9)的盖缘端面上沿圆周均分8个冷却孔腔(10)，所述的超声电机定子(6)的内圆环台阶端面上沿圆周均分三个冷却腔(15)。
2.根据权利要求1所述的高温型旋转行波超声电机，其特征在于，所述的超声电机端盖(9)的盖缘端面上沿圆周均分的8个冷却孔腔(10)通过密封螺钉(13)和o型密封圈(12)密封后压紧在超声电机底座(3)上。
3.根据权利需求1或2所述的高温型旋转行波超声电机，其特征在于：所述的超声电机定子(6)的内圆环台阶端面上沿圆周均分的三个冷却腔(15)，通过螺钉(17)和密封圈(16)密封后，压紧在超声电机底座(3)上。
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|---|---|---|---|---|
| CN102664477A (zh) * | 2012-04-24 | 2012-09-12 | 上海交通大学 | 一种超声电机的热电散热装置 |
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