CN101707446B - 推力球转子支撑式微型柱体超声波电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，定子有装在轴上的定子上匹配块、定子下匹配块，定子上、下匹配块之间装压电陶瓷，在定子上匹配块上端设有转子，转子上端设有端盖，转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，所述圆弧状沟中设置滚珠。本发明结构可以起到转子的轴向和径向支撑及固定作用，且该机构不影响定转子间的面面接触。本发明提出的推力球转子支撑式柱体行波型超声波电机具备柱体超声波电机的全部优点，而且结构更为简单、易于加工，相对于一般柱体行波型超声波电机，它结构尺寸短小，有助于电机的进一步微型化设计。

Description

推力球转子支撑式微型柱体超声波电机

技术领域：

本发明涉及一种柱体超声波电机，尤其是一种推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术：

随着微型机械的发展，对能精密定位且具有高输出力矩的微型电机提出了很高要求。超声波电机的工作原理及结构形式为微型化设计和加工带来了极大便利，而且超声波电机具有较高的能量密度，微型化后不会降低转换效率，这些都为超声波电机的进一步微型化设计提供了保证。超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微型电机，其中柱体行波型超声电机属于行波型超声电机的一种，它在精密光学仪器、高精度跟踪伺服控制装置、照相机调焦等方面有广泛的应用。

柱体行波型超声波电机采用兰杰文振子结构，机械效率高。利用定子摇头运动并通过摩擦来驱动转子，所以该电机定子直径越小，摇头振动的幅值越大，小型化更能显示出这种电机的优越性。现有的柱体型行波超声波电机结构较复杂，从而一定程度上限制了柱体行波型电机的微型化。

柱体行波型超声波电机转子的支撑方式和定转子的固定方式在很大程度上影响电机的微型化。现有的柱体行波型超声波电机转子采用弹性支撑结构以提高电机运行性能，转子组件由转子、输出轴及压力机构等部分组成，转子与输出轴的固定一般采用螺纹连接方式实现，定转子固定一般通过弹簧和压紧螺母来实现，转子组件采用一对或两对轴承支撑。以上这种方式结构复杂，连接件加工困难，直接影响到电机的微型化设计和加工。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种结构合理，易于加工，有助于电机的进一步微型化设计的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机。

本发明的技术解决方案是：

一种推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，包括定子，其特征是：定子有装在轴上的定子上匹配块、定子下匹配块，定子上、下匹配块之间装压电陶瓷，在定子上匹配块上端设有转子，转子上端设有端盖，转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，所述圆弧状沟中设置滚珠。

在转子与定子上匹配块设置环状连接件，环状连接件与转子或定子上匹配块连接。

定子上匹配块和定子下匹配块通过螺纹配合机构连接。

定子上匹配块和定子下匹配块与轴螺纹连接。

定子上匹配块设有放大定子振动的开槽。

端盖、定子均与轴固定连接，转子通过轴承与轴连接。

转子与轴固定连接，端盖和定子均通过轴承与轴连接。

转子加工成环形，留一定底面以支撑钢珠，转子和轴分离，采用钢珠同时作为转子轴向与径向的支撑工件。

本发明结构可以起到转子的轴向和径向支撑及固定作用，且该机构不影响定转子间的面面接触。本发明提出的推力球转子支撑式柱体行波型超声波电机具备柱体超声波电机的全部优点，而且结构更为简单、易于加工，相对于一般柱体行波型超声波电机，它结构尺寸短小，有助于电机的进一步微型化设计。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例的结构示图。

图2是图1的局部剖面图。

具体实施方式：

实施例1：

本发明的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机由转子2、钢珠4、定子上匹配块5、定子下匹配块7、压电陶瓷6、连接件8以及固定螺母和垫片所构成。定子上匹配块和定子下匹配块可通过螺纹配合机构连接，也可与轴(轴套)螺纹连接，他们夹持压电陶瓷并锁紧成定子，定子上匹配块开槽以放大定子振动，定子直径4mm。

如图2所示。定子、端盖1直接与轴3固定连接。转子加工成环形，留一定底面以支撑钢珠，转子和轴分离，采用钢珠同时作为转子轴向与径向的支撑工件。转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，沟内钢珠既可承受一定的轴向载荷也可承受一定的径向载荷。在端盖上方通过螺母垫片施加预压力，压力是均匀分布在每个钢球上的，使转子以一定的预压紧力压在定子上，且预压力在整个接触面上均匀分布。由于预压力造成转子弹性变形，使钢球紧压于轴上，实现了转子的径向固定。转子中心线与外壳支撑面应保持垂直，不允许轴发生倾斜和挠曲，否则也会由于载荷分布不均匀引起钢珠过早损坏。在对推力球支撑式转子机构加工处理后，需要进行适当的热处理和时效处理，以消除热应力和组织应力。压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子产生旋转式弯曲振动，即摇头运动。摇头运动使定子表面质点产生椭圆运动，椭圆运动通过定、转子间的摩擦接触连续驱动转子。整个电机不用额外添加轴承。电机通过与转子直接相连的齿轮输出力矩。

使用时，由于轴向压紧力较大，应定时采用粘度较高的润滑油进行润滑，可有效降低推力球支撑式结构的摩擦阻力，并起到散热、降低接触应力、吸振、防锈的作用。

实施例2：

本发明的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机由转子、钢珠、定子上匹配块、定子下匹配块、压电陶瓷、轴承、以及固定螺母和垫片所构成。定子上匹配块和定子下匹配块可通过螺纹配合机构连接，也可与轴(轴套)螺纹连接，他们夹持压电陶瓷并锁紧成定子，定子上匹配块开槽以放大定子振动。

转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，沟内钢珠可承受较大的轴向载荷。端盖、定子都与轴固定连接，转子通过轴承与轴连接。在端盖上方通过螺母垫片施加预压力，也可通过端盖与轴螺纹连接直接施加预压力，压力是均匀分布在每个钢球上的。转子中心线与外壳支撑面应保持垂直，不允许轴发生倾斜和挠曲，否则也会由于载荷分布不均匀引起钢珠过早损坏。在对推力球支撑式转子机构加工处理后，需要进行适当的热处理和时效处理，以消除热应力和组织应力。压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子产生旋转式弯曲振动，即摇头运动。摇头运动使定子表面质点产生椭圆运动，椭圆运动通过定、转子间的摩擦接触连续驱动转子，使转子旋转并通过与转子直接相连的齿轮输出力矩。

使用时，由于轴向压紧力较大，应定时采用粘度较高的润滑油进行润滑，可有效降低推力球支撑式结构的摩擦阻力，并起到散热、降低接触应力、吸振、防锈的作用。

实施例3：

本发明的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机由转子、钢珠、定子上匹配块、定子下匹配块、压电陶瓷、轴承以及固定螺母和垫片所构成。定子上匹配块和定子下匹配块为螺纹配合机构，他们夹持压电陶瓷并锁紧成定子，定子上匹配块开槽以放大定子振动。

转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，沟内钢珠可承受一定的轴向载荷。转子与轴固定连接，端盖、定子通过轴承与轴连接。在端盖上方通过螺母垫片施加预压力，压力是均匀分布在每个钢球上的，使转子以一定的预压紧力压在定子上，且预压力在整个接触面上均匀分布。转子中心线与外壳支撑面应保持垂直，不允许轴发生倾斜和挠曲，否则也会由于载荷分布不均匀引起钢珠过早损坏。在对推力球支撑式转子机构加工处理后，需要进行适当的热处理和时效处理，以消除热应力和组织应力。压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子产生旋转式弯曲振动，即摇头运动。摇头运动使定子表面质点产生椭圆运动，椭圆运动通过定、转子间的摩擦接触连续驱动转子，使转子旋转并通过轴输出力矩。

使用时，由于轴向压紧力较大，应定时采用粘度较高的润滑油进行润滑，可有效降低推力球支撑式结构的摩擦阻力，并起到散热、降低接触应力、吸振、防锈的作用。

Claims (6)

1.一种推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，包括定子、转子、轴、轴承、滚珠、压电陶瓷、端盖、环状连接件，其特征是：定子有装在轴上的定子上匹配块、定子下匹配块，定子上、下匹配块之间装压电陶瓷，在定子上匹配块上端设有转子，转子上端设有端盖，转子表面及端盖底面加工有供滚珠滚动的圆弧状沟，所述圆弧状沟中设置滚珠；在转子与定子上匹配块之间设置环状连接件，环状连接件与转子或定子上匹配块连接；转子加工成环形，留一定底面以支撑钢珠，转子和轴分离，采用钢珠同时作为转子轴向与径向的支撑工件。

2.根据权利要求1所述的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，其特征是：定子上匹配块和定子下匹配块通过螺纹配合机构连接。

3.根据权利要求1所述的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，其特征是：定子上匹配块和定子下匹配块与轴螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，其特征是：定子上匹配块设有放大定子振动的开槽。

5.根据权利要求1所述的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，其特征是：端盖、定子均与轴固定连接，转子通过轴承与轴连接。

6.根据权利要求1所述的推力球转子支撑式微型柱体超声波电机，其特征是：转子与轴固定连接，端盖和定子均通过轴承与轴连接。

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