CN103219917A - 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机 - Google Patents

一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机 Download PDF

Info

Publication number
CN103219917A
CN103219917A CN2013101213975A CN201310121397A CN103219917A CN 103219917 A CN103219917 A CN 103219917A CN 2013101213975 A CN2013101213975 A CN 2013101213975A CN 201310121397 A CN201310121397 A CN 201310121397A CN 103219917 A CN103219917 A CN 103219917A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bearing
rotor
stator
hollow rotating
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2013101213975A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103219917B (zh
Inventor
吴金涛
朱华
牛子杰
赵雷
张激扬
武登云
卿涛
赵淳生
丁庆军
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Institute of Control Engineering
Original Assignee
Beijing Institute of Control Engineering
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Institute of Control Engineering filed Critical Beijing Institute of Control Engineering
Priority to CN201310121397.5A priority Critical patent/CN103219917B/zh
Publication of CN103219917A publication Critical patent/CN103219917A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103219917B publication Critical patent/CN103219917B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，属于微特电机技术领域。该超声电机包括外罩、转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷、定子座、轴承、轴承防尘罩和加载螺母。本发明的电机采用一个轴承支撑并设计有防多余物结构，电机转子和定子座选用与轴承线膨胀系数相近的不锈钢材料。有效改善超声电机由于双端轴承支撑、相互配合尺寸较多、机械加工及装配等偏差较大使得定子与转子接触界面压力分布不均匀，电机工作产生的磨屑进入轴承，高低温工况下材料线膨胀系数相差较大使得配合间隙发生变化等因素导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降、寿命缩短的状况。

Description

一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机
技术领域
本发明涉及一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，特别是一种有高的可靠性、高的转速稳定性、中空结构需求的超声电机，属于微特电机技术领域。
背景技术
超声电机（Ultrasonic Motor）是近二十年来发展起来的一种新概念动力装置。它的实质是依靠压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为弹性体的机械能，使定子产生高频的微幅振动（微米级），再利用定、转子之间的接触和摩擦作用将定子的微幅振动转换为转子的回转或者直线运动，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。超声电机比之一般的电磁电机具有许多独特的优点：
（1）扭矩/重量比大；
（2）低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载；
（3）响应快（毫秒级），可控性好；
（4）可变速度，可步进，运动精度高；
（5）断电时自锁，自锁力矩大；
（6）对磁场不敏感，也不产生磁场；
（7）速度和位置控制性能好，精度高；
（8）外形可按用户要求任意设计，易实现微型化；
（9）振动、噪音小，工作稳定。
旋转型行波超声电机普遍采用出轴式双端轴承支撑的结构形式，如《旋转型行波超声电机》（CN201742324U）、《高温型旋转行波超声电机》（CN200710190643.7）、《锥面浮动转子超声波电机》（CN101867316A）、《螺母调节预压力的旋转型行波超声电机》（CN102223104A）。由于其采用双端轴承支撑，相互配合的尺寸较多，机械加工及装配等偏差较大导致转子轴线相对定子轴线发生偏斜，定子与转子接触界面压力分布不均匀，进而导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降、寿命缩短；目前的旋转型行波超声电机转子及定子座普遍采用铝合金材料，而与之配合的轴承材料为轴承钢，由于铝合金的线膨胀系数（23.3E-6/K）与轴承钢的线膨胀系数（9.92E-6/K）相差较大，在不同的高低温工况中由于材料线膨胀系数的不匹配引起零件尺寸变化的不一致导致转子轴线相对定子轴线发生偏斜，定子与转子接触界面压力分布不均匀，进而导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降；出轴式双端轴承支撑结构的轴向尺寸较大，不利于实现航空航天领域对超声电机小型化、轻量化的要求，出轴式结构的超声电机在航空航天领域常用的电机配合滑环使用及电机芯部需走线的场合无法使用；超声电机定转子运转产生的磨屑及外部的多余物由于没有防护，会进入支撑轴承内部，将导致轴承摩擦力矩产生波动甚至堵转，使得超声电机转速波动量上升甚至停转，超声电机的寿命短可靠性低；超声电机定转子运转产生的磨屑会通过转子和外罩之间的间隙溢出，对外界造成污染，特别是在空间微重力环境下溢出的磨屑可能污染相机等重要的有效载荷，使得航天器部分功能丧失甚至失效。
因此，有必要设计研发一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，以满足航空航天、光学仪器、机器人等领域对高可靠、高稳定度中空旋转型行波超声电机的需求。
发明内容
本发明的目的是为了提出一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，该电机实现了不同高低温环境工况下高的可靠性、高的运转稳定性、更小体积、更轻重量、更长寿命，适合航空航天、光学仪器、机器人等领域应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其外围设备为一负载轴；该超声电机包括外罩、转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷、定子座、轴承、轴承防尘罩和加载螺母；
所述的转子为中空的圆柱体，并留有键槽通过平键与负载轴连接；
所述的定子固定在定子座上，定子下表面粘贴压电陶瓷；
所述的转子通过轴承定位在定子座上，转子下端面粘贴有摩擦材料并与定子接触；用加载螺母实现轴承、定子与转子的加载；
所述的加载螺母通过螺纹方式安装，且加载螺母紧靠轴承下方，实现定子与转子接触界面压力的加载；
所述的轴承防尘罩通过螺钉安装在轴承的下方；
所述的外罩通过螺纹安装在定子座上；
所述的转子采用不锈钢材料，优选9Cr18或1Cr18Ni9Ti；
所述的定子座采用不锈钢材料，优选9Cr18或1Cr18Ni9Ti；
所述的外罩与转子之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000031
或
Figure BDA00003026581000032
结构形状；外罩与转子之间的间隙形状也可以认为是凹槽形状或是带有挡板的凹槽形状；
所述的转子与定子座之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000033
或
Figure BDA00003026581000034
结构形状；转子与定子座之间的间隙形状也可以认为是方波形状；
所述的轴承与加载螺母以及轴承防尘罩之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000035
或结构形状；轴承与加载螺母以及轴承防尘罩之间的间隙形状也可以认为是单级或多级梯形形状。
有益效果
（1）由于本发明的超声电机转子为中空结构，使得超声电机可应用于配合滑环使用或电机心部需走线结构中，扩展了超声电机的应用场合和适用性。
（2）由于本发明的超声电机采用单个轴承支撑，定子与转子通过单个轴承即可实现高精度的轴向定位，保证了接触界面压力的均匀分布，使得转速稳定性更高、运转功耗更低、寿命更长。有效改善超声电机由双端轴承支撑、相互配合的尺寸较多、机械加工及装配等偏差较大导致转子轴线相对定子轴线发生偏斜，定子与转子接触界面压力分布不均匀，进而导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降、寿命缩短的状况。
（3）由于本发明的超声电机定子座和转子采用不锈钢材料，与支撑轴承材料一致，线膨胀系数匹配，在高低温的不同温度环境下超声电机的定转子接触面压力分布及压力大小变化较小，有效保证了不同温度环境下超声电机的稳定运转。有效改善超声电机由于定转子材料采用铝合金与支撑轴承线膨胀系数差异过大，导致在高温或低温环境下超声电机定转子接触面压力分布及压力大小发生的较大变化，超声电机的高低温工况下的性能（如转速波动量、力矩输出等）较常温下性能恶化的状况。
（4）由于本发明的超声电机采取了在定子座和转子之间设计防多余物迷宫结构、轴承通过轴承防尘罩实现防尘结构，避免电机内部的磨屑、轴承外部多余物进入轴承内部，导致轴承摩擦力矩产生波动甚至堵转，使得超声电机转速波动量上升甚至停转、超声电机的寿命、可靠性降低的状况。
（5）由于本发明的超声电机采取了在转子和外罩之间设计防多余物迷宫结构，避免了电机内部的磨屑溢出，对外界造成污染，特别是在空间微重力环境下溢出的磨屑可能污染相机等重要的有效载荷，使得航天器部分功能丧失甚至失效。同时也避免了外界多余物进入电机内部，影响电机的正常可靠运转。
（6）由于本发明的超声电机采用单个轴承支撑，转子通过键槽与负载轴连接，较双端轴承支撑、出轴式结构轴向尺寸更小，重量更轻。
附图说明
图1为本发明中空旋转型行波超声电机的结构示意图；
图2为本发明一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机的迷宫防多余物结构局部放大图；
图3为中空旋转型行波超声电机配合滑环应用装配图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，如图1所示，该超声电机包括外罩1、转子2、摩擦材料3、定子4、压电陶瓷5、定子座6、轴承7、轴承防尘罩8和加载螺母9；
所述的转子2为中空的圆柱体，并留有键槽10通过平键与负载轴连接；
所述的定子4固定在定子座6上，定子4下表面粘贴压电陶瓷5；
所述的转子2通过轴承7定位在定子座6上，转子2下端面粘贴有摩擦材料3并与定子4接触；用加载螺母9实现轴承7、定子4与转子2的加载；
所述的加载螺母9通过螺纹方式安装，且加载螺母9紧靠轴承下方，实现定子4与转子2接触界面压力的加载；
所述的轴承防尘罩8通过螺钉安装在轴承7的下方，起到电机与外界之间多余物防护的作用；
所述的外罩1通过螺纹安装在定子座6上；
所述的转子2采用9Cr18不锈钢材料；
所述的定子座6采用9Cr18不锈钢材料；
所述的轴承7采用9Cr18不锈钢材料；
定子座6和转子2与轴承7材料一致，线膨胀系数匹配，有效保证了不同温度环境下超声电机的稳定运转。
如图2所示，所述的外罩1与转子2之间的间隙形状为单级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000051
结构形状；所述的转子2与定子座6之间的间隙形状为单级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000052
结构形状；所述的轴承7与加载螺母9以及轴承防尘罩8之间的间隙形状为单级齿形迷宫结构，如
Figure BDA00003026581000053
结构形状，起到电机与外界之间多余物防护的作用；各迷宫齿结构间隙为0.5mm。
如图3所示，将所述的超声电机应用于驱动负载转动，将平键11装入键槽10中，电机转子2与负载轴12通过平键11的过渡配合实现径向连接，当需要安装滑环13时，可将滑环13装入负载轴12中。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其外围设备为一负载轴；其特征在于：
该超声电机包括外罩（1）、转子（2）、摩擦材料（3）、定子（4）、压电陶瓷（5）、定子座（6）、轴承（7）、轴承防尘罩（8）和加载螺母（9）；
所述的转子（2）为中空的圆柱体，并留有键槽（10）通过平键与负载轴连接；
所述的定子（4）固定在定子座（6）上，定子（4）下表面粘贴压电陶瓷（5）；
所述的转子（2）通过轴承（7）定位在定子座（6）上，转子（2）下端面粘贴有摩擦材料（3）并与定子（4）接触；用加载螺母（9）实现轴承（7）、定子（4）与转子（2）的加载；
所述的加载螺母（9）通过螺纹方式安装，且加载螺母（9）紧靠轴承下方；
所述的轴承防尘罩（8）通过螺钉安装在轴承（7）的下方；
所述的外罩（1）通过螺纹安装在定子座（6）上；
所述的转子（2）采用不锈钢材料；
所述的定子座（6）采用不锈钢材料。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的转子（2）采用9Cr18不锈钢材料。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的转子（2）采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的定子座（6）采用9Cr18不锈钢材料。
5.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的定子座（6）采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材料。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的外罩（1）与转子（2）之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的转子（2）与定子座（6）之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构。
8.根据权利要求1所述的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其特征在于：所述的轴承（7）与加载螺母（9）以及轴承防尘罩（8）之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构。
CN201310121397.5A 2013-04-09 2013-04-09 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机 Active CN103219917B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310121397.5A CN103219917B (zh) 2013-04-09 2013-04-09 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310121397.5A CN103219917B (zh) 2013-04-09 2013-04-09 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103219917A true CN103219917A (zh) 2013-07-24
CN103219917B CN103219917B (zh) 2015-05-27

Family

ID=48817474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310121397.5A Active CN103219917B (zh) 2013-04-09 2013-04-09 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103219917B (zh)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105577027A (zh) * 2016-03-11 2016-05-11 西安创联超声技术有限责任公司 中空无轴高过载旋转行波超声波电机
CN105827148A (zh) * 2016-05-26 2016-08-03 南京航空航天大学 一种防尘式行波型超声电机预压力转子系统
CN106671126A (zh) * 2017-01-04 2017-05-17 南京航空航天大学 基于中空超声电机且带有支架和双波纹管的机器人手腕
CN106671125A (zh) * 2017-01-04 2017-05-17 南京航空航天大学 基于中空超声电机的机器人手腕
CN106695867A (zh) * 2017-01-04 2017-05-24 南京航空航天大学 基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕
CN106877735A (zh) * 2017-02-27 2017-06-20 南京航空航天大学 一种新型z轴升降平台
CN107769609A (zh) * 2017-11-21 2018-03-06 宁波大学 一种高精度薄壁中空型行波超声电机
CN108183625A (zh) * 2017-12-12 2018-06-19 北京卫星制造厂 一种基于压电陶瓷电机的空间高精度驱动装置
CN113420255A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 西北工业大学 一种超声波电机可靠度计算方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148075A (en) * 1990-03-28 1992-09-15 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave driven motor
CN101154896A (zh) * 2006-09-25 2008-04-02 天津得鑫电机有限公司 双定子双转子电机
CN202841006U (zh) * 2012-08-06 2013-03-27 南京万玛超声电机有限公司 一种空心转轴内径与电机外径比大于1/2的超声电机

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148075A (en) * 1990-03-28 1992-09-15 Canon Kabushiki Kaisha Vibration wave driven motor
CN101154896A (zh) * 2006-09-25 2008-04-02 天津得鑫电机有限公司 双定子双转子电机
CN202841006U (zh) * 2012-08-06 2013-03-27 南京万玛超声电机有限公司 一种空心转轴内径与电机外径比大于1/2的超声电机

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105577027A (zh) * 2016-03-11 2016-05-11 西安创联超声技术有限责任公司 中空无轴高过载旋转行波超声波电机
CN105827148A (zh) * 2016-05-26 2016-08-03 南京航空航天大学 一种防尘式行波型超声电机预压力转子系统
CN105827148B (zh) * 2016-05-26 2018-01-12 南京航空航天大学 一种防尘式行波型超声电机预压力转子系统
CN106671125A (zh) * 2017-01-04 2017-05-17 南京航空航天大学 基于中空超声电机的机器人手腕
CN106695867A (zh) * 2017-01-04 2017-05-24 南京航空航天大学 基于中空超声电机且带有支架和波纹管的机器人手腕
CN106671126A (zh) * 2017-01-04 2017-05-17 南京航空航天大学 基于中空超声电机且带有支架和双波纹管的机器人手腕
CN106671125B (zh) * 2017-01-04 2018-09-11 南京航空航天大学 基于中空超声电机的机器人手腕
CN106877735A (zh) * 2017-02-27 2017-06-20 南京航空航天大学 一种新型z轴升降平台
CN106877735B (zh) * 2017-02-27 2019-04-19 南京航空航天大学 一种新型z轴升降平台
CN107769609A (zh) * 2017-11-21 2018-03-06 宁波大学 一种高精度薄壁中空型行波超声电机
CN108183625A (zh) * 2017-12-12 2018-06-19 北京卫星制造厂 一种基于压电陶瓷电机的空间高精度驱动装置
CN108183625B (zh) * 2017-12-12 2019-10-18 北京卫星制造厂 一种基于压电陶瓷电机的空间高精度驱动装置
CN113420255A (zh) * 2021-06-29 2021-09-21 西北工业大学 一种超声波电机可靠度计算方法
CN113420255B (zh) * 2021-06-29 2023-03-10 西北工业大学 一种超声波电机可靠度计算方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103219917B (zh) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103219917A (zh) 一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机
CN108869558B (zh) 一种轴承、转子系统及轴承的控制方法
CN103051243B (zh) 振动圈内置的中空式超声电机
CN201742219U (zh) 圆筒形低噪声压缩机用高压三相异步电动机
CN103867388A (zh) 电动直驱式风电变桨驱动系统
CN101882849A (zh) 圆筒形低噪声压缩机用高压三相异步电动机
CN105090343A (zh) 一种用于轻薄化齿轮上的减振降噪阻尼环
CN104734561A (zh) 一种弹性叶片式并联型超声波电机
CN101702544B (zh) 可倾瓦轴承内置式电机
CN103986366B (zh) 定子浮动的中空式超声电机
CN201902463U (zh) 一种滚珠高速主轴的轴承座组件
CN202550933U (zh) 采用准悬浮电机和轴向磁力轴承的基于力控制磁悬浮系统
CN103475177B (zh) 制动电动机及电动同步加载器
CN113513536A (zh) 一种双特性波箔气体轴承
CN212726731U (zh) 一种用于永磁调速器的调速机构
CN201682431U (zh) 一种夹心式锥面压电驱动与发电一体化装置
CN101976906A (zh) 回转旋臂吊车用盘式制动电机
CN201563017U (zh) 可倾瓦轴承内置式电机
CN105587790A (zh) 强力输出夹心式模态转换增扭调速离合装置及其控制方法
CN201774379U (zh) 输出轴自由组合式电机
CN218920172U (zh) 一种直流减速电机的外转子机构
CN214228057U (zh) 一种电机转子、磁悬浮装置、磁悬浮电机、透平电机系统
CN214256012U (zh) 一种模块化设计的主动式磁悬浮电机
CN101710801A (zh) 夹心式锥面压电驱动与发电一体化装置
CN113472238B (zh) 一种自调心无轴承并联式超声波电机

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant