CN112713806B - 一种应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子，涉及超声电机技术。提出了一种可有效解决现有超声电机摩擦驱动效率低下问题的应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子，其可通过摩擦界面曲面契合有效提高能量的高效传输。所述超声电机包括定子和转子，所述定子接电后在其朝向转子的表面上形成定子行波；所述转子为曲面转子，所述转子朝向定子的表面呈环形曲面状、且该环形曲面展开后形成转子曲面，所述定子行波与转子曲面均呈正弦波状，且二者的波数相同。本发明可以形成波形上的契合，增大行波前进方向上的驱动力，提高能量传输效率，提高了超声电机的传输效率。

Description

一种应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子
技术领域
本发明涉及超声电机技术，具体地说是一种超声电机摩擦界面曲面配合的转子。
背景技术
超声电机是20世纪80年代迅速发展的一种新型微特电机，是利用逆压电效应将弹性体定子的微观振动通过摩擦转换成转子的宏观运动。行波型超声电机在未加电时其定子表面呈平面状，而在加电后定子的表面会形成如图1所示的微米级别的行波，行波表面质点的椭圆运动使得在切向形成摩擦驱动力，从而驱动转子形成宏观运动。目前，行波型超声电机转子是设计成光滑表面，摩擦驱动的效率较低，这也是超声电机目前总体工作效率低的主要原因之一（需要解释的是，超声电机的工作效率即为电能输入至机械能输出的能量转化率）。
现有技术为了减少定子对转子的驱动时间，还提出了调整定子表面的技术方案，具有代表性的如国家局于2018年11月9日公告的一份名为“一种具有曲面定子齿的超低转速行波超声电机”、申请号为“201710374265.1”的中国发明专利所示，该案中提出将定子的一个端面上的多个定子齿的上表面连为一个环形曲面，环形曲面展开后呈曲面波形，而转子的轮缘的端面上铺设有与定子齿的曲面接触的一层环形摩擦材料。
然而，人们在实际使用时发现，此类超声电机的结构虽在一定程度上保证了电机装配后的工作效率，但仍将因为转子是光滑表面，而带来工作效率低下的问题，从而依旧无法体现出超声电机的优势。
发明内容
本发明针对以上问题，提出了一种可有效解决现有超声电机摩擦驱动效率低下问题的应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子，其可通过摩擦界面曲面契合有效提高能量的高效传输。
本发明的技术方案为：所述超声电机包括定子和转子，所述定子接电后在其朝向转子的表面上形成定子行波；
所述转子为曲面转子，所述转子朝向定子的表面呈环形曲面状、且该环形曲面展开后形成转子曲面，所述定子行波与转子曲面均呈正弦波状，且二者的波数相同。
所述转子曲面的最大振幅是定子行波的的最大振幅的1-3倍。
由于现有技术中行波超声电机都是通过行波和转子之间较小的接触面的摩擦力来驱动的，而本案将转子也设计成类似行波的曲面，即可以实现类似齿轮的契合，从而通过行波和转子配合推动转子运动，以显著提升超声电机的工作效率。
本发明的有益效果为：
一、本发明将转子摩擦驱动表面改为和定子同波数的弧形表面，与定子表面的行波形成摩擦界面的配合，当定子加电后表面形成行波时，由于波数相同，可以形成波形上的契合，增大行波前进方向上的摩擦驱动力，提高能量传输效率。
二、转子曲面与定子行波契合的传动形式，提高了超声电机的传输效率。考虑到磨损及寿命，转子曲面的高度差是定子表面行波最大振幅的1-3倍。
附图说明
图1是现有技术示意图，
图2是当定子未施加电压时，定子与转子的接触状态示意图，
图3是当定子表面激发出行波驱动转子进行宏观运动时，定子与转子的接触状态示意图；
图4是本案中转子的结构示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
本发明如图2-4所示，所述超声电机包括定子和转子，所述定子接电后在其朝向转子的表面上形成定子行波；
所述转子为曲面转子，所述转子朝向定子的表面呈环形曲面状、且该环形曲面展开后形成转子曲面，所述定子行波与转子曲面均呈正弦波状，且二者的波数相同。本案将转子摩擦驱动表面改为和定子行波同波数的弧形表面，从而使得转子曲面与定子表面的行波形成摩擦界面的配合，当定子加电后表面形成行波时，由于波数相同，可以形成波形上的契合，增大行波前进方向上的摩擦驱动力，提高能量传输效率。
转子曲面与定子表面的行波契合的传动形式，提高了超声电机的传输效率，同时，虑到磨损及寿命，所述转子曲面的最大振幅是定子行波的的最大振幅的1-3倍。
现有技术中定子的波数和振幅等数据不是固定的值，它是在一定的参数情况下的，比如施加的电压会影响振幅，定子尺寸会影响波数。
例如传统TRUM60型行波超声电机，采用传统转子表面，定子驱动频率36 KHz，定子表面最大振幅5μm，电机裝配后最大工作效率为35%。
T45型行波超声电机，采用传统转子表面，定子驱动频率33 KHz，定子表面最大振幅25μm，电机裝配后最大工作效率为33%。
而本案采用了曲面转子后的工作效率，则如以下几个实施例所示：
实施例一：所述转子曲面、定子行波的波数均为9，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为5μm，所述定子行波的的最大振幅为5μm。试验时，定子驱动频率36 KHz，电机裝配后最大工作效率为54%。
实施例二：所述转子曲面、定子行波的波数均为9，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为10μm，所述定子行波的的最大振幅为5μm。试验时，定子驱动频率36 KHz，电机裝配后最大工作效率为50%。
实施例三：所述转子曲面、定子行波的波数均为9，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为15μm，所述定子行波的的最大振幅为5μm。试验时，定子驱动频率36 KHz，电机裝配后最大工作效率为47%。
实施例四：所述转子曲面、定子行波的波数均为7，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为4μm，所述定子行波的的最大振幅为4μm。试验时，定子驱动频率38 KHz，电机裝配后最大工作效率为53%。
实施例五：所述转子曲面、定子行波的波数均为5，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为3.5μm，所述定子行波的的最大振幅为3.5μm。试验时，定子驱动频率39KHz，电机裝配后最大工作效率为50%。
实施例六：所述转子曲面、定子行波的波数均为7，且二者均呈正弦波状；所述转子曲面的最大振幅为25μm，所述定子行波的的最大振幅为25μm。试验时，定子驱动频率33KHz，电机裝配后最大工作效率为63%。
综上所述，可以看到曲面转子后，电机的工作效率均远高于采用传统转子的电机，大幅提高了能量传输效率，从而可以更好的体现出超声电机的优势。
以上实施例在选用不同定子，转子等材料时应重新计算其所需频率及振幅的最优解。但是对于本技术领域人员来说，在不脱离本设计方法的前提下还可以选出多种定子、转子等材料，这些选择也应视为本发明的保护范围。
本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子，所述超声电机包括定子和转子，所述定子接电后在其朝向转子的表面上形成定子行波；
其特征在于，所述转子为曲面转子，所述转子朝向定子的表面呈环形曲面状，该转子沿径向剖开，并沿圆周展开后，投影至一平面时呈正弦波状，所述定子行波与转子曲面均呈正弦波状，且二者的波数相同。
2.根据权利要求1所述的一种应用于行波型超声电机的高效驱动曲面转子，其特征在于，所述转子曲面的最大振幅是定子行波的最大振幅的1-3倍。
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