CN105406762A - 一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机，该电机系统由电机定子基体(1)、压电陶瓷(7)、电机转子基体(2)、转轴(5)、径向轴承定子(4)、径向轴承转子(6)、轴向轴承定子基体(10)、电磁线圈(11)、位移传感器(12)、轴向轴承转子基体(13)、支座(3)、螺钉(8)和埋头螺钉(9)构成。径向轴承由永磁圆环通过永磁力实现径向被动稳定悬浮，轴向轴承通过调整电磁线圈的电流来控制电磁力实现轴向主动稳定悬浮，电机转子在声辐射压力和声粘性力驱动作用下实现声悬浮并高速旋转。该电机具有转速高，无机械摩擦，无需润滑，结构简单，易于调整定转子间隙等优点。

Description

一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机
技术领域
本发明涉及一种微电机领域中，无需机械滚动轴承的混合悬浮式圆盘非接触超声电机。
背景技术
超声电机具有结构简单、驱动无噪声等独特的优点。超声电机定子和转子相互接触，通过压电元件激励定子表面形成运动，通过摩擦力带动转子旋转。该类型超声电机是靠摩擦力来实现电能转换为机械能，转速受限，同时定转子材料要求高，摩擦损耗降低了使用寿命。为克服这些缺点，非接触型超声电机成为一个新的研究领域。现有的圆盘型非接触超声电机的转子需要轴承支承运动，常采用滚动轴承或球轴承。非接触超声电机的输出力矩很小，机械轴承自身的摩擦力矩在非接触超声电机中是不可以忽略的，非接触超声电机的使用机械轴承支承的形式是不合适的，在本身输出力矩很小的情况下，机械轴承削弱了电机输出力矩，限制了其进一步发展，必须要解决机械轴承支承的问题才能提高电机的转速和力矩。采用无接触摩擦的悬浮轴承技术可以消除机械摩擦力矩，提高电机输出力矩，从而进一步提升电机的转速。
发明内容
本发明的目的是，针对背景技术存在的问题，提供一种可以无需机械滚动轴承支承的混合悬浮式圆盘非接触超声电机，具有转速高，无摩擦，无需润滑，结构简单，易于调整电机定子与转子间隙等优点。
为实现上述目的，本混合悬浮式圆盘非接触超声电机，采用电机定子和转子，径向轴承定子和转子，轴向轴承定子和转子均不直接接触的方式，使得各个定子和转子之间保留一定的间隙。主要由电机定子、电机转子、径向轴承定子、径向轴承转子、轴向轴承定子、轴向轴承转子和支座构成，具体结构是所述电机定子包括电机定子基体、压电陶瓷，其中电机定子基体内圈面紧套于支座上凸台的外圈面，通过螺钉固定于支座上，压电陶瓷沿定子圆底面的外侧对称粘贴；所述电机转子包括电机转子基体、转轴，其中电机转子基体中心与转轴固定安装；所述径向轴承定子为第一永磁圆环，其外圈面与支座上凸台的内圈面粘贴；所述径向轴承转子为第二永磁圆环，其内圈面粘贴于转轴的外圈面；所述轴向轴承定子包括轴向轴承定子基体、电磁线圈、位移传感器，其中轴向轴承定子基体通过埋头螺钉与支座的下端面固定，电磁线圈通过粘贴固定在轴向轴承定子基体的内部，轴向轴承定子基体的中心位置安装位移传感器；所述轴向轴承转子基体中心与转轴固定安装；所述支座分别用螺钉和埋头螺钉与电机定子基体和轴向轴承定子基体定位。
本发明的积极效果是：
本发明采用了电机定转子和径轴向轴承定转子均为非接触的方式，电机定转子由声压力控制间隙，径向轴承定转子由永磁力控制间隙，轴向轴承定转子由电磁力主动控制间隙，方便调整电机定转子间隙大小，通过混合悬浮方式减小摩擦力矩，从而提高了电机的转速和寿命，突破了以往圆盘非接触超声电机定转子间隙固定不能调整的限制，无需轴承润滑，结构简单。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机结构框图。
图1中的标号名称：1、电机定子基体，2、电机转子基体，3、支座，4、径向轴承定子，5、转轴，6、径向轴承转子，7、压电陶瓷，8、螺钉，9、埋头螺钉，10、轴向轴承定子基体，11、电磁线圈，12、位移传感器，13、轴向轴承转子基体。
具体实施方式
附图1是本发明实施例提供的一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机结构具体示意框图。主要是在基于声压力、永磁力和电磁力等混合悬浮力作用下，利用压电陶瓷激励形成的电机旋转模态而研制的混合悬浮式圆盘非接触超声电机。系统主要由以下几个部分构成：电机定子、电机转子、径向轴承定子、径向轴承转子、轴向轴承定子、轴向轴承转子和支座。由图可知，电机定子由电机定子基体1和压电陶瓷7组成，电机定子基体1是工字型的圆套筒结构，其内圈面紧套于支座3上凸台的外圈面，电机定子基体1通过螺钉8固定于支座3上，压电陶瓷7沿定子圆底面的外侧对称粘贴。电机转子由电机转子基体2和转轴5组成，电机转子基体2为实心圆盘结构，中心与转轴5固定安装，电机转子基体2与电机定子基体1之间留有一定的间隙。径向轴承定子4为第一永磁圆环，其外圈面与支座3上凸台的内圈面粘贴，径向轴承转子6为第二永磁圆环，其内圈面粘贴于转轴5的外圈面，与径向轴承定子4之间留有一定的间隙。轴向轴承定子由轴向轴承定子基体10、电磁线圈11和位移传感器12组成，轴向轴承定子基体10与支座3的下端面通过埋头螺钉9固定，电磁线圈11放入轴向轴承定子基体10的内部且粘贴固定在一起，轴向轴承定子基体10的中心位置安装位移传感器12，轴向轴承转子基体13为实心圆盘结构，其中心与转轴5固定安装，轴向轴承转子基体13与轴向轴承定子基体10之间留有一定的间隙。支座3为凸形结构，与电机定子基体1和轴向轴承定子基体10分别用螺钉8和埋头螺钉9固定。
径向轴承定子4和径向轴承转子6采用的永磁圆环同向励磁，例如圆环内圈面为N极，外圈面为S极。在定转子异向极性相吸的永磁力作用下，径向轴承转子6在径向方向能被动稳定悬浮，当转轴5在径向扭动方向有偏移时，会在受到方向相反的永磁吸力作用下回复至原位。轴向方向位移传感器12测量轴向轴承转子基体13和轴向轴承定子基体10之间的间隙，反馈至控制器，控制器调整流入电磁线圈11的电流大小，产生相应的电磁力，最终控制转轴5的轴向位移，并与径向轴承一起配合，实现轴向稳定悬浮。压电陶瓷片7采用单面分区，且同向极化，在控制器生成4路正余弦互补的交变电压施加在极化后的压电陶瓷片，电机定子基体1的弹性体产生变形，形成行波的旋转模态。由于电机的定转子有间隙不接触，在声辐射压力和声粘性力的作用下，转子可以按行波一致的方向高速旋转。电机的定转子的间隙可以通过控制电磁线圈上的电流，进而改变轴向轴承定转子的间隙的方法来主动调整。
综上所述，本方法采用结构简单的混合悬浮支承方式实现一种圆盘非接触超声电机。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (3)

1.一种混合悬浮式圆盘非接触超声电机，由电机定子、电机转子、径向轴承定子、径向轴承转子、轴向轴承定子、轴向轴承转子和支座构成，所述电机定子包括电机定子基体(1)、压电陶瓷(7)，其中电机定子基体(1)内圈面紧套于支座(3)上凸台的外圈面，通过螺钉(8)固定于支座(3)上，压电陶瓷(7)沿定子圆底面的外侧对称粘贴；所述电机转子包括电机转子基体(2)、转轴(5)，其中电机转子基体(2)中心与转轴(5)固定安装；所述径向轴承定子(4)为第一永磁圆环，其外圈面与支座(3)上凸台的内圈面粘贴；所述径向轴承转子(6)为第二永磁圆环，其内圈面粘贴于转轴(5)的外圈面；所述轴向轴承定子包括轴向轴承定子基体(10)、电磁线圈(11)、位移传感器(12)，其中轴向轴承定子基体(10)通过埋头螺钉(9)与支座(3)的下端面固定，电磁线圈(11)通过粘贴固定在轴向轴承定子基体(10)的内部，轴向轴承定子基体(10)的中心位置安装位移传感器(12)；所述轴向轴承转子基体(13)中心与转轴(5)固定安装；所述支座(3)分别用螺钉(8)和埋头螺钉(9)与电机定子基体(1)和轴向轴承定子基体(10)定位。
2.根据权利要求1所述的混合悬浮式圆盘非接触超声电机，其特征在于，电机定子基体(1)为工字型圆套筒结构，电机转子基体(2)为实心圆盘结构，轴向轴承转子基体(13)为实心圆盘结构，支座(3)为凸形结构。
3.根据权利要求1或2所述的混合悬浮式圆盘非接触超声电机，其特征在于，电机转子基体(2)与电机定子基体(1)之间存在间隙，径向轴承转子(6)与径向轴承定子(4)之间存在间隙，轴向轴承转子基体(13)与轴向轴承定子基体(10)之间存在间隙。
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License type: Common License

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Denomination of invention: A hybrid suspension disc non-contact ultrasonic motor

Granted publication date: 20170704

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