CN103986366A - 定子浮动的中空式超声电机 - Google Patents

Abstract

一种定子浮动的中空式超声电机，它包括刚性转子（1）、定子（9）和底座（13），锁紧螺母（2）和预压力螺母（3）均旋装在刚性转子（1）的一端上，止推轴承（4）安装在底座（13）的一端上，其特征是在所述的刚性转子（1）上套装有定子（9）、压电陶瓷片（8）和绝缘垫（7），定子（9）的驱动端面与摩擦片（11）相接触并通过摩擦力带动刚性转子转动，定子（9）的另一端面与压电陶瓷片（8）相接触，在定子（9）的底座（13）之间设有防止相对转动的防转动结构（16）。本发明将定子与底座之间的连接改为滑槽配合，使得定子可以上下浮动，使得电能转换效率更高，电机内孔可以更大。

Description

定子浮动的中空式超声电机

技术领域

本发明涉及一种电子，尤其是一种以压电陶瓷变形驱动的中空式超声电机，具体地说是一种定子浮动的中空式超声电机。

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，它突破了传统电磁电机的概念，没有绕组和磁路，不是依靠电磁相互作用来转换能量产生转子运动，而是利用压电材料的逆压电效应和弹性体的超声振动，将材料的微小变形通过弹性体的共振放大和摩擦传动转换成转子或动子（滑块）的宏观运动。中空型行波超声电机是在传统出轴的行波超声电机的基础上对定子，转子，底座等核心零部件进行改造与优化，使得电机的输出轴变为直径较大的孔的一种电机。

    由于行波型中空超声电机（后文简称中空电机）是基于普通超声电机基础上改造的，因此该种电机不仅包含了普通超声电机的基本特点，还展现了做为中空结构的电机特有的优点。具体来说该种电机主要包括以下优点：

1、扭矩/质量比大（是传统电机的3～10倍），结构简单、紧凑，因而特别适用于小型、微型驱动的场合，也可以根据驱动要求，与系统一起集成；

2、低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载，特别适用于对重量要求很高的航空航天领域；

3、由于超声电机是利用定子的振动，通过摩擦传动而驱动负载，因而超声电机具有断电自锁的功能，且自锁力矩（或力）常常比驱动力矩（或力）更大；

4、无铁芯和线圈，抗电磁干扰性强，同时也不会对其他仪器设备产生电磁干扰；

5、中空型超声电机由于结构的特点，该电机中心孔可以穿信号线，电源线，也可以通过光路；

6、相比于电磁电机类的中空电机，中空型超声电机内孔可以设计更大，而电机体积可以更小。这点也是传统电磁类中空电机无法相比的。

7、中空型超声电机由于电机定子腹板变短，因此电机转动速度降低，但是也因此电机低速运转时的速度稳定性和可控性更好。

上述优点中1、2、3、4项为超声电机的共有优点，5、6、7三项为中空型超声电机所特有的优点。由于这些诱人的优点，使得超声电机作为控制系统的执行元件而广泛应用于光学仪器（电子显微镜、激光干涉仪等）、精密加工设备（精密镗床、磨床进刀系统）、微型机器人、医疗器械、办公自动化设备等高新技术领域。

目前常见的中空超声电机定子均通过螺钉或者夹紧机构固定在底座上。这种结构有利于电机输出扭矩，但同时也限制了电机的电学转换效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的中空式超声电机由于定子与底座之间依靠螺钉或者夹紧结构连接导致电机将电能转化为机械能的效率低下；同时由于安装凸台及隔震腹板（如图6）的存在使得中空电机内孔较小，限制了电机设计空间等问题，设计一种定子轴向浮动的中空式超声电机。

本发明的技术方案是：

    一种定子浮动的中空式超声电机，它包括刚性转子1、锁紧螺母2、预压力螺母3、止推轴承4、绝缘垫7、压电陶瓷片8、定子9、端面盖10、摩擦片11、柔性印制板12和底座13，所述的锁紧螺母2和预压力螺母3均旋装在刚性转子1的一端上，锁紧螺母2的一个端面与预压力螺母3的一端面相抵以防止其轴向移动，预压力螺母3的另一端支承在止推轴承4上以使预压力螺母3能随刚性转子1同步转动，止推轴承4安装在底座13的一端上，端面盖10安装在底座13的另一端上，其特征是在所述的刚性转子1上套装有定子9、压电陶瓷片8和绝缘垫7，定子9的驱动端面与安装在刚性转子1的驱动圈14上的摩擦片11相接触并通过摩擦力带动刚性转子转动，定子9的另一端面与压电陶瓷片8相接触以便在压电陶瓷片通电后迫使其驱动端面上的齿状表面发生蠕动而产生驱动力，压电陶瓷片8受控于柔性印制板12，压电陶瓷片8通过绝缘垫7实现轴向定位，绝缘垫7与底座13的内台阶面15相抵；在定子9的底座13之间设有防止相对转动的防转动结构16。

在止推轴承4与底座13之间安装有耐磨片5。

在绝缘垫7与底座13的内台阶面15之间安装有能产生预紧力的波形弹簧6。

防转动结构16由位于底座13上的滑动槽17和位于定子9上的插块18组成，插块18插入滑动槽中既能保证定子9的轴向浮动，又能防止两者之间的相对转动。

所述的止推轴承4没有内圈和外圈，只有保持架和滚珠，并且包含内外两圈均布的滚珠。

本发明的有益效果：

本发明通过去除定子腹板及固定凸台，将定子与底座之间的连接改为滑槽配合，使得定子可以上下浮动，从而实现了：

1：浮动的定子结构使得中空超声电机将电能转换为机械能的效率更高。

2：去除定子上的隔震腹板及固定凸台使得中空电机内孔可以更大。

3：将常见的柔性转子改为刚性转子和波形弹簧结构，使得中空电机轴系受力与变形的线性度更高，更有利于电机零件加工与装配。

4：采用止推轴承结构使得电机运转更稳定，更有利于电机承受预压力及端面压力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的定子结构示意图。

图3是本发明的定子与底座连接结构示意图。

图4是本发明的波形弹簧示意图。

图5是本发明的止推轴承示意图。

图6是传统的带隔震腹板与安装凸台的定子示意图。

    图1中： 1、转子，2、锁紧螺母，3、预压力螺母，4、止推轴承，5、耐磨片，6、波形弹簧，7、绝缘垫，8、压电陶瓷片，9、定子，10、端面盖，11、摩擦片，12、柔性印制板，13、底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-4所示。

一种定子浮动的中空式超声电机，它包括刚性转子1、锁紧螺母2、预压力螺母3、止推轴承4（如图5）、耐磨片5、波形弹簧6、绝缘垫7、压电陶瓷片8、定子9（如图2）、端面盖10、摩擦片11、柔性印制板12和底座13，如图1所示。锁紧螺母2和预压力螺母3均旋装在刚性转子1的一端上，锁紧螺母2的一个端面与预压力螺母3的一端面相抵以防止其轴向移动，预压力螺母3的另一端支承在止推轴承4上以使预压力螺母3能随刚性转子1同步转动，止推轴承4安装在底座13的一端上，端面盖10安装在底座13的另一端上，在所述的刚性转子1上套装有定子9、压电陶瓷片8和绝缘垫7，定子9的驱动端面与安装在刚性转子1的驱动圈14上的摩擦片11相接触并通过摩擦力带动刚性转子转动，定子9的另一端面与压电陶瓷片8相接触以便在压电陶瓷片通电后迫使其驱动端面上的齿状表面发生蠕动而产生驱动力，压电陶瓷片8受控于柔性印制板12，压电陶瓷片8通过绝缘垫7实现轴向定位，绝缘垫7与底座13的内台阶面15相抵；在定子9的底座13之间设有防止相对转动的防转动结构16，如图3所示。压电陶瓷片8与定子9通过贴胶工艺粘在一起。压电陶瓷片8通过柔性印制板12通电后迫使定子9的齿状表面发生蠕动。定子9通过蠕动与摩擦片11产生摩擦，带动刚性转子1转动。定子9与底座13之间通过滑动槽17和插块18连接，定子9在电机轴向为浮动状态，周向转动受限。定子9和压电陶瓷片8通过绝缘垫7和波形弹簧6（如图4）与底座13接触，波形弹簧6为定子9与底座13之间提供一定弹性。锁紧螺母2与底座13之间通过止推轴承4（止推轴承4没有内圈和外圈，只有保持架和滚珠，并且包含内外两圈均布的滚珠）隔离，使得锁紧螺母2上表面可以承受一定压力，同时使得刚性转子1、定子9、波形弹簧6、底座13、止推轴承4和锁紧螺母3之间的预压力得以保持。

转动预压力螺母3，通过螺纹拉动转子1，转子1推动定子9沿着底座13上的滑槽移动，定子9推动波形弹簧6发生变形以调节电机轴向预压力。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种定子浮动的中空式超声电机，它包括刚性转子（1）、锁紧螺母（2）、预压力螺母（3）、止推轴承（4）、绝缘垫（7）、压电陶瓷片（8）、定子（9）、端面盖（10）、摩擦片（11）、柔性印制板（12）和底座（13），所述的锁紧螺母（2）和预压力螺母（3）均旋装在刚性转子（1）的一端上，锁紧螺母（2）的一个端面与预压力螺母（3）的一端面相抵以防止其轴向移动，预压力螺母（3）的另一端支承在止推轴承（4）上以使预压力螺母（3）能随刚性转子（1）同步转动，止推轴承（4）安装在底座（13）的一端上，端面盖（10）安装在底座（13）的另一端上，其特征是在所述的刚性转子（1）上套装有定子（9）、压电陶瓷片（8）和绝缘垫（7），定子（9）的驱动端面与安装在刚性转子（1）的驱动圈（14）上的摩擦片（11）相接触并通过摩擦力带动刚性转子转动，定子（9）的另一端面与压电陶瓷片（8）相接触以便在压电陶瓷片通电后迫使其驱动端面上的齿状表面发生蠕动而产生驱动力，压电陶瓷片（8）受控于柔性印制板（12），压电陶瓷片（8）通过绝缘垫（7）实现轴向定位，绝缘垫（7）与底座（13）的内台阶面（15）相抵；在定子（9）的底座（13）之间设有防止相对转动的防转动结构（16）。

2.根据权利要求1所述的定子浮动的中空超声电机，其特征是在止推轴承（4）与底座（13）之间安装有耐磨片（5）。

3.根据权利要求1所述的定子浮动的中空超声电机，其特征是在绝缘垫（7）与底座（13）的内台阶面（15）之间安装有能产生预紧力的波形弹簧（6）。

4.根据权利要求1所述的定子浮动的中空超声电机，其特征是防转动结构（16）由位于底座（13）上的滑动槽（17）和位于定子（9）上的插块（18）组成，插块（18）插入滑动槽中既能保证定子（9）的轴向浮动，又能防止两者之间的相对转动。

5.根据权利要求1所述的定子浮动的中空超声电机，其特征是所述的止推轴承（4）没有内圈和外圈，只有保持架和滚珠，并且包含内外两圈均布的滚珠。