CN108469587B - 一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法 - Google Patents

一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法 Download PDF

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Abstract

一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，包括以下步骤：选择运转状态良好的超声波电机，取下定子；预制划痕；并将装有电机的实验平台放入恒温箱中；启动电机，增加负载，逐渐降低电机的驱动频率，升高驱动电压，运转2h~3h，将恒温箱的温度降低到25℃；检测定子陶瓷片的开裂情况；将上述开裂情况下的定子陶瓷片重新安装到电机内，并放入恒温箱中，启动电机，增加负载，逐渐降低电机的驱动频率，升高驱动电压，保持电机运转直至电机停止运转，保持其他条件不变，将负载逐渐减小至零；检测定子陶瓷片的开裂情况。本发明预制电机定子陶瓷开裂的位置，降低了超声波电机故障诊断的研究成本，方法简单，易操作。

Description

一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法
技术领域
本发明涉及一种预制陶瓷开裂的方法，尤其是一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法。
背景技术
超声波电机是一种应用全新原理获得驱动力的电机,它利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声波振动，通过定子和转子间的摩擦力来驱动转子。与传统电机相比，它具有结构紧凑、低速高转矩、响应快、不受磁场影响、断电自锁等优点，因而具有广阔的应用前景。超声波电机在运行过程中，会因为各种原因导致电机的定子陶瓷开裂，压电陶瓷一旦开裂，就会影响电机的运行，最终导致电机停止工作。
现有技术大都是对电机进行故障诊断，用各种方法预测电机定子陶瓷开裂，提前进行维护，来保障整个系统的稳定运行。但是在预测电机定子陶瓷开裂的研究过程中，需要运行正常的超声波电机，也需要定子陶瓷不同开裂程度的超声波电机，所以导致对其进行科学实验研究时，需要厂家对电机定子陶瓷进行处理，来获得不同开裂程度的定子陶瓷样本，这就大大增加了研究成本。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提出一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，它能够预制电机定子陶瓷开裂的位置，降低了超声波电机故障诊断的研究成本，方法简单，易操作。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，包括以下步骤：
a、选择运转状态良好的超声波电机，打开电机，取下定子；
b、预制划痕：利用刻刀在定子的陶瓷片任意位置上划一条划痕，划痕方向沿定子的半径方向；
c、将定子重新安装在超声波电机内，将电机安装在实验平台上，并将整个实验平台放入恒温箱中，恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度，所述最高温度为45℃~50℃；
d、启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为300V~400V，其跟定子陶瓷片的开裂程度密切相关，保持电机运转2h~3h，当电机出现间歇性运转并伴有刺耳声音，关闭电机，将恒温箱的温度降低到正常室温25℃；再次启动电机，当电机呈现间歇性运转并伴有刺耳声音时，关闭电机；
e、打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现轻度或者中度开裂情况，产生轻度裂口4或者中度裂口5；
f、将上述开裂的定子陶瓷片重新安装到电机内，将电机安装在实验平台上并放入恒温箱中，使恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度45℃~50℃，启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为300V~400V，在此条件下，保持电机运转直至电机停止运转，保持其他条件不变，将负载逐渐减小至零，观察电机运转状态；
g、上述将负载逐渐减小至零的过程中，电机始终不运转，关闭电机，将恒温箱的温度降到正常室温25℃，启动电机，若电机仍不运行，则停止操作；若负载减小至0的过程中电机仍可以运行，此时电机运转状态已经不正常，并且转动间歇时间更长仍有刺耳声音，则让电机继续运转，直至电机停止运转；
h、再次打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现重度开裂情况，产生重度裂口。
上述预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，所述步骤b中，所述划痕的深度为0.5mm，贯穿定子陶瓷片。
上述预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，所述步骤d、步骤f中，电机的驱动频率为40500 Hz ~41200Hz。
本发明利用在超声波电机定子陶瓷片上预制划痕的方法，研究定子陶瓷片产生不同开裂程度时的电压、电机驱动频率、温度，以此避免采用类似操作方法使电机运行在类似的环境中，本发明为超声波电机故障诊断的研究提供相关依据；本发明方法能够预制不同开裂程度的超声波电机，方法简单，易操作，有效的降低了研究超声波电机定子陶瓷开裂的成本，不用特意定制电机。
附图说明
图1为本发明定子陶瓷片预制划痕结构示意图；
图2为定子陶瓷片轻度开裂结构示意图；
图3为定子陶瓷片中度开裂结构示意图；
图4为定子陶瓷片重度开裂结构示意图。
图中：1、定子；2、陶瓷片；3、划痕；4、轻度裂口；5、中度裂口；6、重度裂口。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
选择运转状态良好的超声波电机，打开电机，取下定子1；预制划痕：利用刻刀在定子的陶瓷片2任意位置上划一条划痕3，划痕方向沿定子的半径方向，划痕的深度为0.5mm，划痕可以不规则，应尽量细窄；将定子重新安装在超声波电机内，将电机安装在实验平台上，并将整个实验平台放入恒温箱中，恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度为45℃~50℃；启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，驱动频率为40500 Hz ~41200Hz，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为300V，保持电机运转2h~3h，当电机出现间歇性运转并伴有刺耳声音，关闭电机，将恒温箱的温度降低到正常室温25℃，启动电机，电机仍呈现间歇性运转并伴有刺耳的声音的运转状态，关闭电机；打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现轻度开裂情况，产生轻度裂口4。
实施例2
选择运转状态良好的超声波电机，打开电机，取下定子1；预制划痕：利用刻刀在定子的陶瓷片2任意位置上划一条划痕3，划痕方向沿定子的半径方向，划痕的深度为0.5mm，划痕可以不规则，应尽量细窄；将定子重新安装在超声波电机内，将电机安装在实验平台上，并将整个实验平台放入恒温箱中，恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度为45℃~50℃；启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，驱动频率为40500 Hz ~41200Hz，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为350V，保持电机运转2h~3h，当电机出现间歇性运转并伴有刺耳声音，关闭电机，将恒温箱的温度降低到正常室温25℃，启动电机，电机仍呈现间歇性运转并伴有刺耳的声音的运转状态，关闭电机；打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现中度开裂情况，产生中度裂口5。
驱动电压的峰峰值越大，电机产生开裂的运转时间就越短，由于陶瓷片和定子基体是利用特殊材料进行连接的，电机在长时间高温、高电压情况下运转，陶瓷片和定子基体之间会产生气泡，电机无法运转。
实施例3
将已经产生轻度或者中度开裂情况下的定子陶瓷片重新安装到电机内，将电机安装在实验平台上并放入恒温箱中，使恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度45℃~50℃，启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，驱动频率为40500 Hz~41200Hz，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为400V，在此条件下，保持电机运转直至电机停止运转，保持其他条件不变，将负载逐渐减小至零，将负载逐渐减小至零的过程中，电机始终不运转，关闭电机，将恒温箱的温度降到正常室温25℃，启动电机，若电机仍不运行，则停止操作；若负载减小至0的过程中电机仍可以运行，此时电机运转状态已经不正常，并且转动间歇时间更长仍有刺耳声音，则让电机继续运转，直至电机停止运转；再次打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现重度开裂情况，产生重度裂口6。
本发明的具体原理为：给电机增加负载，电机转速下降。当激励电压增大时,电机的振动幅值增大,输出功率增大,但其机械损耗和电损耗增加,高电压激励引起的弱极化效应引起了谐振频率的下降,此时降低驱动频率会使得转速回升，此时电机本身也会发热；当环境温度改变时,定子陶瓷片的粘结层的强度会发生变化,定子弹性体的杨氏模量也会发生变化,从而影响定子的谐振频率。温度上升时，粘结层产生很大的热应力,电机运行时在此热应力上附加的循环应力会加速粘结层的老化而且其杨氏模量减小,导致谐振频率降低。驱动电压为300V~400V,其跟定子陶瓷片的开裂程度密切相关。所有的因素都将导致定子陶瓷片极化，陶瓷片在高电压激励下，承受的循环应力会超过抗拉强度，从而发生张力断裂。由于预先在定子陶瓷片的某个部位用刻刀做了处理，因此，预制超声波电机定子陶瓷片开裂的地方就得到了确定。

Claims (3)

1.一种预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，其特征是，包括以下步骤：
a、选择运转状态良好的超声波电机，打开电机，取下定子（1）；
b、预制划痕：利用刻刀在定子的陶瓷片（2）任意位置上划一条划痕（3），划痕方向沿定子的半径方向；
c、将定子重新安装在超声波电机内，将电机安装在实验平台上，并将整个实验平台放入恒温箱中，恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度，所述最高温度为45℃~50℃；
d、启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为300V~350V，保持电机运转2h~3h，当电机出现间歇性运转并伴有刺耳声音，关闭电机，将恒温箱的温度降低到正常室温25℃，启动电机，电机仍呈现间歇性运转并伴有刺耳的声音的运转状态，关闭电机；
e、打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现轻度或者中度开裂情况，产生轻度裂口（4）或者中度裂口（5）；
f、将上述开裂情况下的定子陶瓷片重新安装到电机内，将电机安装在实验平台上并放入恒温箱中，使恒温箱的温度维持在电机所能正常运转的最高温度45℃~50℃，启动电机，给电机增加负载，同时逐渐降低电机的驱动频率，并且升高驱动电压，驱动电压的峰峰值为400V，在此条件下，保持电机运转直至电机停止运转，保持其他条件不变，将负载逐渐减小至零，观察电机运转状态；
g、上述将负载逐渐减小至零的过程中，电机始终不运转，关闭电机，将恒温箱的温度降到正常室温25℃，启动电机，若电机仍不运行，则停止操作；若负载减小至0的过程中电机仍可以运行，此时电机运转状态已经不正常，并且转动间歇时间更长仍有刺耳声音，则让电机继续运转，直至电机停止运转；
h、再次打开电机，取下定子，检测定子陶瓷片的开裂情况，此时电机的定子陶瓷片划痕处出现重度开裂情况，产生重度裂口（6）。
2.根据权利要求1所述的预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，其特征是，所述步骤b中，所述划痕的深度为0.5mm，贯穿定子陶瓷片。
3.根据权利要求2所述的预制超声波电机定子陶瓷片开裂的方法，其特征是，所述步骤d、步骤f中，电机的驱动频率为40500 Hz ~41200Hz。
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