CN102437787A - 新型旋转型行波超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型旋转型行波超声电机，它主要部件有二个定子、转子、底座、摩擦衬垫、挡圈以及轴承等。其中，两个形状相同的定子对称布置并且压紧转子两个端面，保证两定子的工作面可靠实现与转子表面平行接触，使定转子接触面受力均匀，这样可以克服目前基于单定子结构的旋转型行波超声电机定转子存在径向接触不均匀、接触范围小、定转子存在径向滑移摩擦损耗等缺陷，有望提高旋转型行波超声电机的最大输出转矩和效率，并且延长旋转型行波超声电机的使用寿命。

Description

新型旋转型行波超声电机

技术领域

本发明属于电力拖动和控制电机技术领域，涉及一种新型超声电机研究，特别是涉及一种新型旋转型行波超声电机。

背景技术

伴随科技的日新月异，电子设备、精密仪器、光学系统以及航空航天等设备日益微型化、精密化，这对电机性能指标提出了越来越高的要求，譬如，低速大力矩、快速精密定位，低噪声，无电磁干扰等。由于受工作原理和结构形式的限制，传统电磁式电机已经无法满足这些要求。多年来，世界范围内诸多学者和专家一直致力于研制各种新型微特电机，以满足各种装置小型化和精密化等要求。超声波电机的出现为新型电机的研究提供一条新思路，它不仅在思想上突破了传统的电磁感应原理(利用电磁藕合实现电能到机械能的转变)，而且又以其优异的性能特点弥补了传统电机的不足(传统电机低速难以稳定运行，通常是高速运行后通过齿轮减速来获得低速)。

由于超声电机具有低速大转矩、无电磁干扰、动作响应快速、运行无噪声等显著特性，在工业控制、汽车专用电器、精密仪器仪表、微动平台、空间机器人和航空航天领域有着广泛的应前景，近年来倍受科技界和工业界的重视，并成为当前机电一体化控制领域研究中的热点，各种形式的超声电机也随之被发明与应用。例如，行波/驻波型超声电机，接触/非接触式超声电机，直线/旋转型超声电机等。

旋转型行波超声电机作为最具有代表性和应用最多的一类超声电机。它利用压电材料的逆压电效应，使弹性体（定子）在超声频段内产生振动，通过定子转子之间的摩擦获得转速和转矩。然而，由于其结构的局限性，加压弹簧片对转子施加的载荷在径向并不均衡，导致定转子在径向接触紧密程度不均衡，在运行中造成局部摩擦较重，同时定转子存在径向滑移摩擦损耗造成超声电机不稳定，严重影响了超声电机的工作性能和使用寿命，针对此种超声电机的问题，到目前为止，世界范围内无人提出一种更好的解决办法。基于此本发明提出新型旋转型行波超声电机模型，这种超声电机将有效的解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动转矩大、工作性能稳定、使用寿命长得新型旋转型行波超声电机。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种新型旋转型行波超声电机，它包括二个定子、一个转子、外盖、筒形外壳、腹板、底座、轴承；所述的转子由转轴、平键和转盘组成，转盘通过平键联接固定套接在转轴上；所述的两个定子从转子转盘的两个端面压紧转子；所述的外盖通过螺纹与筒形外壳顶部联接，其中部向下凸起，该凸起台用于压下腹板式之变形从而使定转子之间获得预压力，筒形外壳的底部固接在底座上，腹板套置于筒形外壳内腔上部，在腹板与底座之间形成一个容置空间；所述的套接有定子的转子转轴通过轴承可旋转地套置于容置空间内。

所述的二个定子由上定子组件和下定子组件组成；所述的上定子组件由上压电陶瓷片和上金属弹性体组成，环形的上压电陶瓷片固定在上金属弹性体的顶面外缘，上金属弹性体的底面顶靠在转子转盘的顶面，上金属弹性体顶面中部与腹板中部固接，腹板的外缘与筒形外壳内腔上的凸阶固接；所述的下定子组件由下压电陶瓷片和下金属弹性体组成，环形的下压电陶瓷片固定在下金属弹性体的底面外缘，下金属弹性体的顶面顶靠在转子转盘的底面。

所述的转子转盘与上金属弹性体、下金属弹性体的环形接触面上均涂有摩擦材料。

所述的上定子组件中的上压电陶瓷片和上金属弹性体由胶层粘接成一体构成。

采用上述技术方案后，本发明的优点是：

与传统的单定转子结构旋转型行波超声电机相比较，本发明的新型旋转型行波超声电机主要部件有二个定子（压电振子）、一个转子、底座、摩擦衬垫、挡圈以及轴承等，而无加压弹簧片，其中，二个电机定子由压电陶瓷片与金属弹性体由胶层粘接成一体构成的。转子在与定子接触的环形面上附有一层摩擦材料，通过施力结构装置使两定子在轴向压紧转子，以提供产生切向摩擦力所必须的正压力，这种旋转型行波超声电机定转子工作面能够保持平行接触，克服目前基于单定子结构的旋转型行波超声电机定转子存在径向接触不均匀、接触范围小、定转子存在径向滑移摩擦损耗等缺陷，可提高旋转型行波超声电机的最大输出转矩和效率，并且延长旋转型行波超声电机的使用寿命。本发明采用两个定子压紧转子两个端面进行摩擦驱动，输出转矩比单定转子结构电机提高1倍。

下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种新型旋转型行波超声电机，它包括外盖1、腹板2、上定子组件3、下定子组件4、转子5、筒形外壳6、底座7、轴承8。

所述的转子5由转轴51、转盘52和平键53组成。转盘52中央通过平键53固定套接在转轴51上。

所述的外盖1通过螺纹联接在筒形外壳6的顶部，其中部向下凸起，该凸起台用于压下腹板式之变形从而使定转子之间获得预压力，筒形外壳6的底部固接在底座7上，腹板2套置于筒形外壳6内腔上部，在腹板2与底座7之间形成一个容置空间；所述的套接有定子（压电振子）的转子5转轴51通过设于其两端的轴承81和轴承82可旋转地套置于容置空间内，轴承82外圈可相对内圈轴向移动。

所述的上定子组件3由上压电陶瓷片31和上金属弹性体32组成。环形的上压电陶瓷片31固定在上金属弹性体32的顶面外缘且由胶层粘接成一体构成，上金属弹性体32的底面顶靠在转子5转盘52的顶面，在上金属弹性体32的底面与转子5转盘52的顶面之间涂有摩擦材料，上金属弹性体32顶面中部与腹板2中部固接，腹板2的外缘与筒形外壳6内腔上的凸阶61固接。所述的下定子组件4由下压电陶瓷片41和下金属弹性体42组成，环形的下压电陶瓷片41固定在下金属弹性体42的底面外缘且由胶层粘接成一体构成，下金属弹性体42的顶面顶靠在转子5转盘52的底面，在下金属弹性体42的顶面与转子5转盘52的底面之间涂有摩擦材料。

装配的过程中，上定子组件3和下定子组件4对称布置并且压紧转子5转盘52的两个端面，保证上定子组件3和下定子组件4的工作面可靠实现与转子5转盘52表面平行接触，外盖1通过挤压腹板2对定转子提供预压力，又由于上定子组件3和下定子组件4形状相同且下端均包含压电陶瓷片组，上定子组件3和下定子组件4在激励信号作用下，产生相同行波，驱动转子5转动。

本实例的工作原理：

结合图2所示，该型旋转型行波超声电机首先是利用压电陶瓷的逆压电效应将输入电能转换为定子的高频(通常在高于20kHz的超声频率范围)、微幅振动然后采用接触界面来实现定、转子之间的运动转换和动力传递。在适当布置的压电陶瓷片组31和52上均施加两相相位差为90°的同频等幅交变电压,通过上压电陶瓷片31和下压电陶瓷片41产生的逆压电效应可在上定子组件3和下定子组件4中同时激发出两相幅值相等、在时间和空间相位差为90°的驻波,每个定子上的两相驻波叠加的结果便形成了上定子组件3和下定子组件4体中沿一定方向传播的行波。上定子组件3和下定子组件4的行波表面做椭圆运动的质点通过切向摩擦驱动使得转子5转动。转子5的转动速度与二个定子组件的表面质点的切向速度均有关,且转子5的转动方向与行波的传播方向相反。

本发明的重点就在于：采用两个形状相同的定子对称布置并且轴向压紧转子两个端面。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，基于新型旋转型行波超声电机螺钉、轴承等零部件的选择、固定支撑方式及联接方式多种多样，不能以此限制本发明的范围，即依本发明申请专利范围及说明书所作的等效变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种新型旋转型行波超声电机，其特征在于：它包括二个定子、一个转子、外盖、筒形外壳、腹板、底座、轴承；所述的转子由转轴、平键和转盘组成，转盘通过平键联接固定套接在转轴上；所述的两个定子从转子转盘的两个端面压紧转子；所述的外盖通过螺纹与筒形外壳顶部联接，其中部向下凸起，筒形外壳的底部固接在底座上，腹板套置于筒形外壳内腔上部，在腹板与底座之间形成一个容置空间；所述的套接有定子的转子转轴通过轴承可旋转地套置于容置空间内。

2.根据权利要求1所述的新型旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的二个定子由上定子组件和下定子组件组成；所述的上定子组件由上压电陶瓷片和上金属弹性体组成，环形的上压电陶瓷片固定在上金属弹性体的顶面外缘，上金属弹性体的底面顶靠在转子转盘的顶面，上金属弹性体顶面中部与腹板中部固接，腹板的外缘与筒形外壳内腔上的凸阶固接；所述的下定子组件由下压电陶瓷片和下金属弹性体组成，环形的下压电陶瓷片固定在下金属弹性体的底面外缘，下金属弹性体的顶面顶靠在转子转盘的底面。

3.根据权利要求2所述的新型旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的转子转盘与上金属弹性体、下金属弹性体的环形接触面上均涂有摩擦材料。

4.根据权利要求1所述的新型旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的上定子组件中的上压电陶瓷片和上金属弹性体由胶层粘接成一体构成。

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