CN108282108A - 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机 - Google Patents

一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机 Download PDF

Info

Publication number
CN108282108A
CN108282108A CN201810259069.4A CN201810259069A CN108282108A CN 108282108 A CN108282108 A CN 108282108A CN 201810259069 A CN201810259069 A CN 201810259069A CN 108282108 A CN108282108 A CN 108282108A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electric machine
elastic body
ultrasound electric
rheology elastic
magnetic rheology
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
CN201810259069.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108282108B (zh
Inventor
王均山
强鹭升
石明友
陈超
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.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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 Nanjing University of Aeronautics and Astronautics filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201810259069.4A priority Critical patent/CN108282108B/zh
Publication of CN108282108A publication Critical patent/CN108282108A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108282108B publication Critical patent/CN108282108B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/14Drive circuits; Control arrangements or methods

Landscapes

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

Abstract

一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机,其特征在于所述方法是利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方;其次,使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化,改变弹性模量使其输出力,经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力;第三,当超声电机处于待机状态时,电磁线圈不断电,以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性。本发明调节方法,结构简单紧凑,调节范围广,可靠性较高,加工成本低,可推广在各种需要预紧的驱动装置中。

Description

一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声 电机
技术领域
本发明涉及一种电机技术,尤其是一种超声电机定转子预压力调节技术,具体地说是一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机。
背景技术
超声电机(ultrasonic motor,USM)是一种新型微特电机,其工作原理是利用压电材料的逆压电效应,激发弹性体(定子)在超声频段内的微幅振动,并通过定、转子之间的摩擦作用将振动转成转子的旋转运动,输出功率,驱动负载。但是在超声电机实用化进程中,超声电机遇到了很多问题。如电机柔性转子或者碟簧对刚性转子所施加的预压力不稳定导致了超声电机一致性下降;再如长期储存条件下,超声电机施加预压力的元件发生应力松弛,同时定转子接触界面摩擦材料发生蠕变导致“齿陷”(转子摩擦材料因长时间受压变形而陷入定子齿槽中)。以上问题均是目前预压力不可调节或者预压力不能卸载所导致。针对以上问题,有学者提出利用基于微位移两级放大的压电叠堆装置控制超声电机的预压力,但该装置体积过大,结构复杂可靠性差,超声电机内部空间利用率低,同时基于微位移两级放大的压电叠堆装置预压力控制在超声电机受变载荷下鲁棒性差,所以利用基于微位移两级放大的压电叠堆装置控制与预压力的方法有待进一步商榷。又有学者提出利用电磁吸合装置控制超声电机的预压力,但是电磁装置的吸合力可控性差,所以也有待考察。
磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer,MRE)是一种以非磁性的弹性体聚合物为基体,极化铁磁性颗粒悬浮或有序排列的复合材料,其中基体材料决定着磁流变弹性体初始模量,因此磁流变弹性体的弹性模量有很大的可调范围。磁流变弹性体在外加磁场的作用下能够改变其刚度和阻尼特性,这种转变是可逆的,可控的,快速实现的,且克服了磁流变液应用所包含的沉降、漏液、易污染等问题,广泛应用于智能执行机构和振动控制领域等。
故发明人考虑到当前超声电机由预压力不稳定性导致的诸多问题,以及磁流变弹性体智能执行器优良的精密控制性能。设计了一种压电作动器的预压力调节装置,并以超声电机为代表进行了融合系统设计。该种预压力调节方法可成功解决超声电机为代表由预压力不稳定所导致的各种问题,也可推广到其他各种需要预紧的装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有的超声电机定转子预压力调整难以克服鲁棒性的问题,及长期储存后预压力难以保证的问题,发明一种既能即时自适应调整定转子预压力,又能长期储存不影响预压力调节的基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法,同时提供一种相应结构的超声电机。
本发明的技术方案之一是:
一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法,其特征在于:首先,利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方;其次,使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化,改变弹性模量使其输出力,经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力;第三,当超声电机处于待机状态时,电磁线圈不断电,以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性;第四,由于有磁流变弹性体初变形量,当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后,能通过调整线圈中的电流,即通过改变磁流变弹性体所在磁场强度的方式,改变弹性模量,进而影响到对转子施加的预压力的大小;第五,超声电机启动时同时对定子施加不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压力启动,这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性;第六,当超声电机长期储存时,电磁线圈完全断电,上壳体对磁流变弹性体预压力较小,使超声电机转子摩擦材料产生“齿陷”、蠕变问题得以解决,即减小了经过长期储存后的电机预压力的不确定性。
所述的电磁线圈安装在上壳体上部,下端用线圈压环与上壳体旋合压紧线圈;线圈出线从线圈骨架穿出与副接口连接。
所述的磁流变弹性体13的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托12和下铁托14以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。
本发明的技术方案之二是:
一种基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机,它包括轴1、上壳体11、下壳体23、转子18、定子19和压电陶瓷20,轴1的上端通过上轴承10支承在上壳体23中,下端通过下轴承2支承在下壳体23中,转子18与轴1同步转动,定子19与转子相啮合,压电陶瓷20与定子19相连并通过导电膜3与主接口4电气连接,主接口与电源电气连接,其特征是上壳体11中、轴1上套装有磁流变弹性体13,在磁流变弹性体13的外圈安装有使其产生变形的电磁线圈7,磁流变弹性体13与安装在轴1的推力轴承17的一端面相接触,推力轴承17的另一端面与转子18相抵,电磁线圈7通电使磁流变弹性体13变形推动推力轴承17沿轴1的轴向移动进而推动定子18也沿轴1的轴向移动。
所述的磁流变弹性体13的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托12和下铁托14以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。
所述的电磁线圈7的下端用线圈压环16与上壳体11旋合压紧;线圈出线从线圈骨架15穿出与副接口9连接。
本发明的有益效果:
本发明的预压力调节方式在电机装配时工艺简单,无需刻意保证磁流变弹性体压缩量的大小,即降低了对电机加工时一些尺寸链的公差要求,即使适当放宽一些非关键尺寸的公差,在电机装机调试后仍然可以较高的输出一致性。本发明超声电机预压力调节结构简单紧凑,调节范围广,可靠性较高,加工成本低,可与系统进行融合设计,并且该种预压力调节方法与装置可推广在各种需要预紧的驱动装置中。
本发明的整个预压力调节装置可方便地嵌入超声电机原系统中。
本发明超声电机预压力调节结构简单紧凑,调节范围广,可靠性较高,加工成本低,可与系统进行融合设计,并且该种预压力调节方法与装置可推广在各种需要预紧的驱动装置中。
附图说明
图1是本发明超声电机装配结构示意图
图2是本发明的超声电机的外形结构示意图。
图中:1.轴;2.下轴承;3.导电膜;4.主接口;5.摩擦材料;6.减振橡胶;7.电磁线圈;8.玻璃纤维板;9.副接口;10.上轴承;11.上壳体;12.上铁托;13.磁流变弹性体;14.下铁托;15.线圈骨架;16.线圈压环;17.推力轴承;18.转子;19.定子;20.压电陶瓷;21.底座;22.轴承压套;23.下壳体。
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。
实施例一。
如图1-2所示。
一种基于磁流变弹性体对旋转行波型超声电机预压力进行调节的方法,首先,电机上壳体11将圆柱状磁流变弹性体13预压缩在超声电机转子18上方,电磁线圈7通电将磁流变弹性体13磁化,改变弹性模量使其输出力,经推力轴承17传递为超声电机定转子接触界面提供稳定的预压力。当超声电机处于待机状态时,电磁线圈7不断电,以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性。整个预压力调节装置嵌入超声电机原系统中。由于有磁流变弹性体13初变形量,当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后,能通过调整线圈7中的电流,即通过改变磁流变弹性体13所在磁场强度的方式,改变弹性模量,进而影响到对转子18施加的预压力的大小以与电机外负载相匹配并适应不同工况。电磁线圈7安装在上壳体11上部,下端用线圈压环16与上壳体11旋合压紧线圈7。线圈7出线从线圈骨架15穿出与玻璃纤维板8和副接口9连接。为方便磁流变弹性体13安装,上下面装有高磁导率的电工纯铁上下铁托12、14,同时使得磁流变弹性体13处于较为均匀的磁场环境。
超声电机启动时同时对定子施加一定范围内的不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈7施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压启动,这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性。当超声电机长期储存时,电磁线圈7完全断电,上壳体11对磁流变弹性体13预压力较小使超声电机转子产生18摩擦材料5“齿陷”、蠕变等问题得以解决,即减小了经过长期储存后的电机预压力不确定性。
本发明的预压力调节方式在电机装配时工艺简单,无需刻意保证磁流变弹性体13压缩量的大小,即降低了对电机加工时一些尺寸链的公差要求,即使适当放宽一些非关键尺寸的公差,在电机装机调试后仍然可以较高的输出一致性。本发明超声电机预压力调节结构简单紧凑,调节范围广,可靠性较高,加工成本低,可与系统进行融合设计,并且该种预压力调节方法与装置可推广在各种需要预紧的驱动装置中。
实施例二。
如图1、2所示。
一种基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机,它包括轴1、上壳体11、下壳体23、转子18、定子19和压电陶瓷20,轴1的上端通过上轴承10支承在上壳体23中,下端通过下轴承2支承在下壳体23中,转子18与轴1同步转动,定子19与转子相啮合,压电陶瓷20与定子19相连并通过导电膜3与主接口4电气连接,主接口与电源电气连接,上壳体11中、轴1上套装有磁流变弹性体13,磁流变弹性体13的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托12和下铁托14以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。在磁流变弹性体13的外圈安装有使其产生变形的电磁线圈7,电磁线圈7的下端用线圈压环16与上壳体11旋合压紧;线圈出线从线圈骨架15穿出与副接口9连接。磁流变弹性体13与安装在轴1的推力轴承17的一端面相接触,推力轴承17的另一端面与转子18相抵,电磁线圈7通电使磁流变弹性体13变形推动推力轴承17沿轴1的轴向移动进而推动定子18也沿轴1的轴向移动。本电机的关键是将整个预压力调节装置嵌入超声电机原系统中,而无需改变原电机的结构,可用于各种旋转行波型超声电机及相应的有轴向预紧力调节的装置中。
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 (6)

1.一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法,其特征在于:首先,利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方;其次,使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化,改变弹性模量使其输出力,经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力;第三,当超声电机处于待机状态时,电磁线圈不断电,以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性;由于有磁流变弹性体初变形量,当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后,能通过调整线圈中的电流,即通过改变磁流变弹性体所在磁场强度的方式,改变弹性模量,进而影响到对转子施加的预压力的大小;第四,超声电机启动时同时对定子施加不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压力启动,这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性;第五,当超声电机长期储存时,电磁线圈完全断电,上壳体对磁流变弹性体预压力较小,使超声电机转子摩擦材料产生“齿陷”、蠕变问题得以解决,即减小了经过长期储存后的电机预压力的不确定性。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述的电磁线圈安装在上壳体上部,下端用线圈压环与上壳体旋合压紧线圈;线圈出线从线圈骨架穿出与副接口连接。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征是所述的磁流变弹性体(13)的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托(12)和下铁托(14)以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。
4.一种基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机,它包括轴(1)、上壳体(11)、下壳体(23)、转子(18)、定子(19)和压电陶瓷(20),轴(1)的上端通过上轴承(10)支承在上壳体(23)中,下端通过下轴承(2)支承在下壳体(23)中,转子(18)与轴(1)同步转动,定子(19)与转子相啮合,压电陶瓷(20)与定子(19)相连并通过导电膜(3)与主接口(4)电气连接,主接口与电源电气连接,其特征是上壳体(11)中、轴(1)上套装有磁流变弹性体(13),在磁流变弹性体(13)的外圈安装有使其产生变形的电磁线圈(7),磁流变弹性体(13)与安装在轴(1)的推力轴承(17)的一端面相接触,推力轴承(17)的另一端面与转子(18)相抵,电磁线圈(7)通电使磁流变弹性体(13)变形推动推力轴承(17)沿轴(1)的轴向移动进而推动定子(18)也沿轴(1)的轴向移动。
5.根据权利要求4所述的基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机,其特征是所述的磁流变弹性体(13)的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托(12)和下铁托(14)以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。
6.根据权利要求4所述的基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机,其特征是所述的电磁线圈(7)的下端用线圈压环(16)与上壳体(11)旋合压紧;线圈出线从线圈骨架(15)穿出与副接口(9)连接。
CN201810259069.4A 2018-03-27 2018-03-27 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机 Active CN108282108B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810259069.4A CN108282108B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810259069.4A CN108282108B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108282108A true CN108282108A (zh) 2018-07-13
CN108282108B CN108282108B (zh) 2023-09-12

Family

ID=62810567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810259069.4A Active CN108282108B (zh) 2018-03-27 2018-03-27 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108282108B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109768734A (zh) * 2019-03-30 2019-05-17 麦莫斯成都科技有限公司 一种基于并排磁流变弹性体的高q值压电行波超声微电机
CN109921683A (zh) * 2019-03-30 2019-06-21 麦莫斯成都科技有限公司 一种基于并列磁流变弹性体的高q值压电行波超声微电机
CN113959459A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 重庆大学 一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020074900A1 (en) * 2000-12-15 2002-06-20 Korea Institute Of Science And Technology Ring -type piezoelectric ultrasonic motor
CN103472395A (zh) * 2013-09-29 2013-12-25 哈尔滨工业大学 开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020074900A1 (en) * 2000-12-15 2002-06-20 Korea Institute Of Science And Technology Ring -type piezoelectric ultrasonic motor
CN103472395A (zh) * 2013-09-29 2013-12-25 哈尔滨工业大学 开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109768734A (zh) * 2019-03-30 2019-05-17 麦莫斯成都科技有限公司 一种基于并排磁流变弹性体的高q值压电行波超声微电机
CN109921683A (zh) * 2019-03-30 2019-06-21 麦莫斯成都科技有限公司 一种基于并列磁流变弹性体的高q值压电行波超声微电机
CN113959459A (zh) * 2021-10-21 2022-01-21 重庆大学 一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法
CN113959459B (zh) * 2021-10-21 2024-04-12 重庆大学 一种基于磁流变的轮式机器人里程计装置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108282108B (zh) 2023-09-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108282108A (zh) 一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机
CN207994952U (zh) 一种基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机
CN107888107A (zh) 一种内置于超声电机的调节预压力方法及装置
CN110460264A (zh) 基于四足耦合运动方式提升性能的压电驱动器与控制方法
CN101267171B (zh) 电磁调压式多自由度球形超声波电机
CN102359198A (zh) 磁控形状记忆合金伸缩作动器
CN103414373A (zh) 单激励旋转超声电机
CN102983778A (zh) 基于超磁致伸缩材料的旋转电机
CN101404442A (zh) 集成压电超声和电磁混合驱动的电机
CN101860259B (zh) 单电信号激励旋转超声电机
CN208862699U (zh) 一种电机轴电流消除结构及电机
CN103078554B (zh) 压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置
CN206237332U (zh) 一种压电直线振动型手机振动马达及机械振动放大机构
CN102931874A (zh) 纵扭型压电陶瓷筒驱动的压电电机
CN100444512C (zh) 圆筒型非接触超声电机
CN101324255B (zh) 带空气阻尼腔的可控式永磁磁悬浮减振弹簧
CN103414372A (zh) 双向驱动旋转超声电机
CN103986366B (zh) 定子浮动的中空式超声电机
CN203261258U (zh) 一种单电信号驱动旋转超声电机
CN203406799U (zh) 双向驱动旋转超声电机
CN107131124B (zh) 一种驱动一体式螺杆转子
CN203406800U (zh) 单激励旋转超声电机
CN108199616A (zh) 一种准零刚度复合转子超声电机
CN201312268Y (zh) 一种双膜片型定子的超声电机
CN207289929U (zh) 预压紧装置以及电子设备流通工装

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant