專利名稱：雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超聲電機技術領域，特別涉及一種組合結構的盤狀旋轉行波超聲電機。
背景技術：
盤狀行波超聲電機是新型特種電機，利用壓電陶瓷片的逆壓電效應，將電能轉化
為定子金屬振動體的機械能，在定子表面產(chǎn)生超聲頻率的微幅振動，通過振動模態(tài)疊加在
定子表面形成行波，利用軸向預壓力和接觸表面摩擦力將定子振動體的微米量級振動轉換
為轉子的回轉，從而輸出機械能以帶動負載工作。盤狀行波超聲電機可用于航空航天領域
和生物醫(yī)療領域，具有如下特點 (1)結構緊湊，設計靈活、功率體積比大。
(2)低速大轉矩，無需減速機構可直接驅動負載。
(3)轉子質量小，啟動停止響應時間為毫秒級。
(4)定子振幅是微米級，且斷電自鎖力矩大，位置和速度控制性好，位移分辨率高。
(5)不產(chǎn)生磁場，亦不受外界磁場干擾。
(6)工作頻率在20kHz以上，低噪聲運行。
(7)可在真空、高/低溫等極端環(huán)境下運轉。 圖1的第一種電機為已有的單定轉子盤狀行波超聲電機，定子由壓電陶瓷片與定 子振動體黏結而成，放置于定子基座上，在定子的上表面由薄盤狀轉子直接變形壓在其上。 軸的中上部有軸環(huán)，軸環(huán)下端面由螺釘與轉子連接，軸環(huán)上端面通過止推軸承置于圓罩狀 外殼中，軸的下端經(jīng)普通軸承穿過定子基座。圓罩狀外殼通過螺釘固定在定子基座上，通過 圓罩狀外殼內的止推軸承與軸的軸環(huán)上端面的配合，構成了限定軸沿軸上移的單向幾何約 束，同時，在軸的軸環(huán)上端面與圓罩狀外殼內的止推軸承之間設置有預壓力調整墊片，直接 通過轉子的彎曲變形來調節(jié)定轉子間的預壓力。圖2是第一種電機的定轉子接觸示意圖， 由于薄盤狀轉子彎曲剛度較小時，定子振動體和轉子的接觸摩擦副存在有變形匹配，這種 變形匹配使定轉子在接觸振動中始終保持較大的徑向接觸區(qū)域，從而保證了盤狀行波超聲 電機具有輸出轉矩大、機械效率高的優(yōu)點。 由于盤狀行波超聲電機的原理是利用定子振動體產(chǎn)生周向行波，通過摩擦來驅動 轉子的，當壓電陶瓷片工作在額定功率時，提高驅動摩擦力的方法包括增加軸向預壓力和 增大行波振幅，而軸向預壓力的增加伴隨有行波振幅的下降，因此，盤狀行波超聲電機的最 大輸出轉矩存在限制。在要求結構尺寸小但輸出轉矩大的場合，目前盤狀行波超聲電機有 兩種典型的結構組合方案 (1)雙定子單轉子盤狀行波超聲電機 兩個定子具有完全相同的結構，上下對置夾住中間單個轉子，通過軸輸出轉矩。 圖3的第二種電機是文獻《一種旋轉式超聲電機》(發(fā)明專利，公開號CN1909355A)所提 出的電機結構方案，兩個定子由上圓盤型壓電陶瓷片、上定子振動體(上薄圓臺金屬彈性體)、下定子振動體(下薄圓臺金屬彈性體)、下圓盤型壓電陶瓷片組成，中間單個轉子為 中間轉子(圓環(huán)型轉子)，定轉子由緊固螺母與緊固螺栓固定，并通過碟形彈簧調節(jié)定轉 子間的預壓力，該結構方案的定轉子接觸狀態(tài)如圖4所示，中間轉子(圓環(huán)型轉子)夾持 在下定子振動體(下薄圓臺金屬彈性體)和上定子振動體(上薄圓臺金屬彈性體)之間， 中間轉子(圓環(huán)型轉子)不發(fā)生彎曲變形，定轉子之間的徑向接觸區(qū)域較小，從而降低了 電機的輸出轉矩和機械效率。圖5的第三種電機是文獻《A new method of improving
thetorque of a travelling wave ultrasonic motor》(Proceedings of the 1999IEEE/ ASME International Conference on Advanced Intelligent MechatronicsS印tember
19-23. 1999Atlanta， USA)中的電機結構示意圖，下定子由下壓電陶瓷片、下定子振動體組
成，上定子由上定子振動體、上壓電陶瓷片組成，中間單個轉子為中間轉子，定轉子間的預
壓力通過下碟形彈簧與上碟形彈簧調節(jié)，在電機運轉過程中，中間單個轉子與下定子之間
的變形匹配由下定子塞、下針孔支撐、下碟形彈簧、下止推軸承等外圍輔助機構共同實現(xiàn)，
中間單個轉子與上定子之間的變形匹配由上止推軸承、上碟形彈簧、上針孔支撐、上定子塞
等外圍輔助機構共同實現(xiàn)，該結構組合方案通過定子的彎曲變形實現(xiàn)了定轉子間的變形匹
配，但由于定子的振動邊界條件比較復雜，存在振動模態(tài)混疊的問題，增加了電機在設計、
加工、制作、調試過程中的難度，影響電機的輸出性能，而且由于兩個定子的外圍輔助機構
復雜，相應電機的體積較大。 (2)雙定轉子盤狀行波超聲電機 在相同尺寸結構的兩組定轉子中，一個定子與一個轉子構成一組驅動源，另一個 定子與另一個轉子構成另一組驅動源，兩組驅動源通過與兩個轉子連接的軸輸出轉矩。圖 6的第四種電機是文獻《大轉矩行波型超聲波電機的研制》(中國電機工程學報，2002年8 月，P67 P70)中的電機結構示意圖，兩個定子安裝在中間底盤的兩邊，左轉子、左定子振 動體、左壓電陶瓷片構成一組驅動源，右壓電陶瓷片、右定子振動體、右轉子構成另一組驅 動源，兩組驅動源通過與兩個轉子連接的軸輸出轉矩，左壓簧調節(jié)左邊一組定轉子間的預 壓力，右壓簧調節(jié)右邊一組定轉子間的預壓力，其不足之處如上述文獻所述"由于2個振子 很難做得完全一樣，加在2個轉子上的壓力也不可能完全相同，此外還有驅動頻率變化等 不利因素，因此2個振子實際上不可能同時輸出其最大轉矩"，實驗結果為"由于雙振子電 機的運行不穩(wěn)定，無法測出其實驗曲線。"圖7的第五種電機是文獻《行波型超聲波電機的 若干關鍵問題研究》(浙江大學博士學位論文，2006年，P107 P108)中的電機結構示意 圖，兩組定子安裝在中間支座的兩邊，右轉子、右定子構成一組驅動源，左定子、左轉子構成 另一組驅動源，兩組驅動源通過與兩個轉子連接的軸輸出轉矩，定轉子間的預壓力直接由 轉子的彎曲變形來調節(jié)，該電機的不足之處如其文獻所述"由于加工誤差、電機材料以及制 作工藝很難保證兩個電機性能完全一致，特別是電機諧振頻率很難達到一致，因此，實際制 作的電機輸出力矩并非是兩個電機力矩的線性疊加。同時，這種電機結構比較復雜，增加了 加工和制作調試的難度。"
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，為克服已有技術方案的不足之處，提出一種雙定轉子階梯軸 結構盤狀行波超聲電機，從結構上抑制兩個定子在行波驅動轉子的過程中存在的振動耦合與振動能量傳遞，從而消除組合結構超聲電機的非線性疊加因素。本發(fā)明不但結構上簡單 易行，保留了單定轉子盤狀行波超聲電機的諸多優(yōu)點，而且比已有技術結構更緊湊，轉矩體 積比更大，對外部負載的抗干擾能力更強，運行更易實現(xiàn)安靜低噪聲。 本發(fā)明所提出的一種雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于包括
階梯軸、通過階梯軸軸肩定位的下定子基座和上定子基座，下定子基座的上側固定安裝有
第一定子，上定子基座的下側固定安裝有第二定子；上述階梯軸中部還具有軸環(huán)，軸環(huán)的下
端面固定有第一轉子，軸環(huán)的上端面固定有第二轉子；第一定子和第一轉子構成第一組驅
動源，第二定子和第二轉子構成第二組驅動源，兩組驅動源具有相同的結構特征，共同驅動
階梯軸輸出轉矩；下定子基座和上定子基座固定于筒狀外殼的兩端面上。 本發(fā)明按構件功能可劃分為外部固定結構、內部支撐結構以及設置于其間的定轉
子，外部固定結構由下定子基座和上定子基座固定于筒狀外殼的兩端面而構成，內部支撐
結構通過下定子基座內的下止推軸承和上定子基座內的上止推軸承共同限定階梯軸的軸
向位置而形成，這種復合夾持結構完全固定了連接于階梯軸軸環(huán)的下轉子和上轉子的軸向
位置，從結構上抑制了第一組定轉子和第二組定轉子之間的振動耦合與振動能量傳遞，還
能使設置于其間的第一組定轉子和第二組定轉子均能單獨運轉，同時，本發(fā)明兩組定轉子
均保留了已有的單定轉子盤狀行波超聲電機(即第一種電機)的驅動特征，轉子在靜態(tài)預
壓力和行波產(chǎn)生的動態(tài)接觸摩擦力的作用下，僅存在彈性變形和周向轉動的自由度，受壓
變形的轉子與相應的定子振動體形成了變形匹配，這種變形匹配使定轉子在接觸振動中始
終保持較大的徑向接觸區(qū)域，從而保證了其中的兩組定轉子均具有輸出轉矩大、機械效率
高的優(yōu)點，共同驅動階梯軸運轉。此外，由于本發(fā)明的第一組定轉子和第二組定轉子均能單
獨運轉，可根據(jù)實際需要只設置第一組定轉子或第二組定轉子，增加了電機的使用靈活性。 如果上述第一轉子上表面和第二轉子的下表面均貼有環(huán)形阻尼材料，就可降低轉
子薄弱部分的軸向振動強度，這樣不僅可以提高超聲電機的運轉穩(wěn)定性，而且還能避免薄
盤狀轉子的疲勞破壞。 如果上述階梯軸與下定子基座或上定子基座定位的軸肩部設有消除安裝誤差的 定位調整墊片，就可保證階梯軸的軸向定位精度，從結構上完全抑制兩個定子在行波驅動 轉子的過程中存在的振動耦合與振動能量傳遞，從而徹底消除組合結構超聲電機的非線性 疊加因素。 如果上述階梯軸軸環(huán)下端面與第一轉子之間設置有調節(jié)第一組定轉子預壓力的 預壓力調整墊片，就可將第一組定轉子間的預壓力調試到輸出機械性能最佳的相應狀態(tài)， 從而保證了第一組驅動源的輸出性能。 同樣的，如果上述階梯軸軸環(huán)上端面與第二轉子之間設置有調節(jié)第二組定轉子預 壓力的預壓力調整墊片，也可將第二組定轉子間的預壓力調試到輸出機械性能最佳的相應 狀態(tài)，從而保證了第二組驅動源的輸出性能。 與已有的雙定子單轉子盤狀行波超聲電機(即第二、三種電機)相比，本發(fā)明不僅 完全保留有單定轉子盤狀行波超聲電機的定轉子摩擦副變形匹配特征，具有輸出轉矩大、 機械效率高的優(yōu)點，而且省去了額外的預壓力調節(jié)機構、定轉子變形匹配的外圍輔助機構， 減小了電機的體積，并簡化了其在設計、加工、制作、調試過程中的難度。 與已有的雙定轉子盤狀行波超聲電機(即第四、五種電機)相比，本發(fā)明除了將兩個定子的位置由中間移到兩端，將兩個轉子的位置由兩端移到中間以外，提出了一種包 含有外部固定結構和內部支撐結構的復合夾持結構，從結構上抑制了第一組定轉子和第二 組定轉子之間的振動耦合與振動能量傳遞，從而消除了組合結構超聲電機的非線性疊加因 素，避免了其對電機運轉過程中存在的危害一方面，在振動耦合的能量干擾下，兩組定轉 子間的接觸狀態(tài)出現(xiàn)差異，當一組定轉子驅動轉速高于另一組定轉子的驅動轉速時，該組 定轉子通過公共軸拖動另一組定轉子發(fā)生非正常的摩擦磨損，影響了電機輸出性能的穩(wěn)定 性，另一方面，兩組定轉子的振動耦合造成了兩個轉子的軸向跳動，高頻沖擊定子的接觸表 面，常引發(fā)定子陶瓷片的碎裂，降低了電機的使用壽命。這樣，本發(fā)明從結構上保證了超聲 電機的運轉穩(wěn)定性和輸出高效性，此外，本發(fā)明超聲電機可根據(jù)實際需要僅設置其中的一 組定轉子，擴大了電機的使用范圍。
本發(fā)明不僅完全保留了已有的盤狀旋轉行波超聲電機(即第一種電機)定轉子的 變形匹配驅動特性，而且對其輸出軸結構改進如下
(1)超聲電機輸出軸的階梯軸結構 由于雙定轉子結構的超聲電機存在有兩個振動源，兩組定轉子間的振動耦合與振 動能量傳遞嚴重影響了超聲電機性能，因而采取階梯軸肩配合止推軸承所構成的電機內部 支撐結構，并結合由定子基座與筒狀外殼所組成的外部固定結構，既隔離了振動耦合對超 聲電機輸出轉矩與使用壽命的影響，又使電機的結構更簡化，使用更靈活。
(2)超聲電機輸出軸的雙向定位結構 當單定轉子盤狀行波超聲電機(即第一種電機)驅動負載時，由于輸出軸在軸向 只有單向幾何約束，負載的軸向反作用力會通過輸出軸傳遞到定轉子的接觸摩擦界面上， 影響定轉子的驅動性能。為了避免負載對超聲電機的軸向干擾，本發(fā)明由階梯軸的兩個軸 肩形成雙向定位結構，消除了單定轉子盤狀行波超聲電機的單向定位約束的不足之處。此 外，由于本發(fā)明的兩組定轉子預壓力通過階梯軸的軸環(huán)相互抵消，由階梯軸所形成的雙向 定位結構不必承擔定轉子的軸向預壓力，使定位性能更加可靠性。 [OOSO] (3)超聲電機輸出軸的一體化預壓力結構 原有的單定轉子盤狀行波超聲電機的預壓力調整墊片位于輸出軸與止推軸承之 間，如圖1所示，本發(fā)明改進了預壓力調整墊片的設置位置，將預壓力調整墊片設置于階梯 軸的軸環(huán)端面與轉子之間，并用螺釘固定。這樣，預壓力結構完全與階梯軸連成一體，簡化 了超聲電機的裝配工藝。此外，由于本發(fā)明的階梯軸形成了電機的內部支撐結構，上、下兩 組定轉子的預壓力均可獨立調節(jié)，增加了預壓力調節(jié)的靈活性。 綜上所述，本發(fā)明保留了已有的盤狀行波超聲電機定轉子的接觸特征，并進一步 改進了輸出軸的結構，理論上可將單定轉子盤狀行波超聲電機的輸出轉矩提高一倍，由于 簡化了圓罩狀外殼結構并省掉了圓罩狀外殼內的止推軸承，使本發(fā)明的電機結構更加緊 湊，轉矩體積比更大，運轉更加穩(wěn)定。
圖1是第一種電機結構示意圖。
圖2是第一種電機的定轉子接觸示意圖。
圖1及圖2中標號名稱1.第一種電機的軸；2.第一種電機的普通軸承；3.第一種電機的定子基座；4.第一種電機的壓電陶瓷片；5.第一種電機的定子振動體；6.第一種
電機的轉子；7.第一種電機的止推軸承；8.第一種電機的圓罩狀外殼。
圖3是第二種電機結構示意圖。 圖4是第二種電機的定轉子接觸示意圖。
圖3及圖4中標號名稱9.第二種電機的緊固螺母；10.第二種電機的碟形彈簧； 11.第二種電機的上圓盤型壓電陶瓷片；12.第二種電機的上定子振動體(上薄圓臺金屬彈 性體)；13.第二種電機的中間轉子(圓環(huán)型轉子)；14.第二種電機的下定子振動體(下薄 圓臺金屬彈性體)；15.第二種電機的下圓盤型壓電陶瓷片；16.第二種電機的緊固螺栓。
圖5是第三種電機結構示意圖。 圖5中標號名稱17.第三種電機的軸；18.第三種電機的下普通軸承；19.第三 種電機的下基座；20.第三種電機的下定子塞；21.第三種電機的下針孔支撐；22.第三種 電機的下碟形彈簧；23.第三種電機的下壓電陶瓷片；24.第三種電機的下定子振動體； 25.第三種電機的下止推軸承；26.第三種電機的中間轉子；27.第三種電機的上止推軸承；
28.第三種電機的上定子振動體；29.第三種電機的上壓電陶瓷片；30.第三種電機的上碟 形彈簧；31.第三種電機的上針孔支撐；32.第三種電機的上定子塞；33.第三種電機的上 基座；34.第三種電機的上普通軸承。
圖6是第四種電機結構示意圖。
圖6中標號名稱35.第四種電機的軸；36.第四種電機的軸承；37.第四種電機的 左壓簧；38.第四種電機的左轉子；39.第四種電機的左定子振動體；40.第四種電機的左 壓電陶瓷片；41.第四種電機的中間底盤；42.第四種電機的右壓電陶瓷片；43.第四種電 機的右定子振動體；44.第四種電機的右轉子；55.第四種電機的右壓簧。
圖7是第五種電機結構示意圖。
圖7中標號名稱46.第五種電機的軸；47.第五種電機的右端蓋；48.第五種電機
的右轉子；49.第五種電機的右定子；50.第五種電機的中間支座；51.第五種電機的左定
子；52.第五種電機的左轉子；53.第五種電機的左端蓋。 圖8是本發(fā)明電機結構示意圖。 圖9是本發(fā)明電機的階梯軸結構示意圖。 圖8及圖9中標號名稱54.階梯軸；55.下止推軸承；56.下定子基座；57.第一 壓電陶瓷片；58.第一定子振動體；59.第一轉子；60.筒狀外殼；61.第二轉子；62.第二定 子振動體；63.第二壓電陶瓷片；64.上定子基座；65.上止推軸承；66.下軸肩；67.軸環(huán)；
68.上軸肩。 圖10是本發(fā)明電機僅安裝第一組定轉子的結構示意圖。
圖11是實驗樣機的機械特性曲線圖。 a.安裝有兩組定轉子的本發(fā)明電機實驗曲線；b.僅安裝有第一組定轉子的本發(fā) 明電機實驗曲線；c.僅安裝有第二組定轉子的本發(fā)明電機實驗曲線；d.安裝有第一組定轉 子的第一種電機實驗曲線；e.安裝有第二組定轉子的第一種電機實驗曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機是建立在原有的單定轉子盤狀行波超聲電機(即第一種電機)的基礎上，兩種電機端面的外形尺寸可保持一致，定子中的 壓電陶瓷片、定子振動體以及定子基座均可使用原有的部件，與階梯軸配合的轉子僅需調 整內徑，轉子上的摩擦接觸層的材料、厚度均不變，外殼由原來的圓罩狀簡化為圓筒狀并并 省掉了其中的止推軸承。這樣，兩種超聲電機的大部分零部件具有互換性，相應的機械加工 得到簡化。 本發(fā)明的外部固定結構是通過上、下兩定子基座固定在筒狀外殼兩端面來實現(xiàn) 的，為了使兩組雙定轉子系統(tǒng)實現(xiàn)周向驅動一致，要求筒狀外殼的兩個端面與中心軸線垂直。 要使雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機正常運轉，還應注意驅動電源的連接 正確 (1)要保證雙定子的同步運轉，一個頻率發(fā)生模塊應與兩個驅動電路并聯(lián)連接，頻
率發(fā)生模塊所發(fā)生的高頻信號，經(jīng)過兩個驅動電路的變換，就成為可同步驅動雙定子的驅
動信號，從而保證了雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機具有啟動停止響應快的特性。
(2)要保證雙轉子的同向運轉，雙定子與兩路驅動電路的連線方式應反接，雙定子
所產(chǎn)生的反向行波，在相對倒置的裝配位置上，才能形成推動轉子同向回轉的驅動力。 圖8中是本發(fā)明的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機結構示意圖，下定子基
座與上定子基座固定于筒狀外殼的端面上，構成了電機的外部固定結構，電機的外部固定
結構通過下止推軸承與上止推軸承限定階梯軸的軸向位置，構成了電機的內部支撐結構。
在電機的外部固定結構和內部支撐結構之間設置有結構特征相同的兩組定轉子，第一定子
由第一壓電陶瓷片、第一定子振動體組成，第二定子由第二定子振動體、第二壓電陶瓷片組
成，兩個定子設置于電機的外部固定結構上，而第一轉子與第二轉子連接于電機的內部支
撐結構上，轉子的吻合接觸面上涂有一層提高摩擦性能的耐磨材料。圖9是本發(fā)明電機的
階梯軸結構示意圖，階梯軸帶有下軸肩、上軸肩和中間軸環(huán)，下軸肩裝配于下定子基座內的
下止推軸承，上軸肩裝配于上定子基座內的上止推軸承，裝配后的軸向間隙由定位調整墊
片消除，軸環(huán)端面周向均布有6個60。間隔的螺紋通孔，相應的，第一轉子和第二轉子均有
3個12(T間隔的周向均布沉孔，這樣，第一轉子由螺釘連接固定于軸環(huán)下端面，第一轉子
與階梯軸軸環(huán)下端面之間設置有獨立調節(jié)第一組定轉子預壓力的預壓力調整墊片，而第二
轉子由螺釘連接固定于軸環(huán)上端面，第二轉子與階梯軸軸環(huán)上端面之間設置有獨立調節(jié)第
二組定轉子預壓力的預壓力調整墊片。 由于設置于本發(fā)明電機的外部固定結構和內部支撐結構之間的第一組定轉子和 第二組定轉子均能獨立運轉，圖IO是本發(fā)明電機僅安裝第一組定轉子的結構示意圖，在電 機的外部結構和內部支撐結構之間所設置的第一定子與第一轉子相配合，通過階梯軸的兩 端軸肩，下止推軸承構成了限定階梯軸沿軸下移的幾何約束，上止推軸承承擔了定轉子預 壓力并構成了限定階梯軸沿軸上移的幾何約束。反之，當本發(fā)明的階梯軸結構盤狀行波超 聲電機只設置有第二組定轉子時，下止推軸承承擔了定轉子預壓力并構成了限定階梯軸沿 軸下移的幾何約束，上止推軸承構成了限定階梯軸沿軸上移的幾何約束。
本發(fā)明電機的基本尺寸如下 階梯軸軸環(huán)直徑①22mm ;軸肩直徑①12mm ;軸伸直徑①8mm
定子外徑①60mm ;內徑①18mm ;高度5mm ;齒數(shù)72個
轉子外徑:①58mm ;內徑①12mm ;高度4. 8mm
外殼外徑:①68mm ;內徑:①63mm ;高度:26mm
電機電機主體長度(不含階梯軸的軸伸部分)35mm 為了檢驗本發(fā)明電機的性能，下面試驗了本發(fā)明電機和已有的單定轉子盤狀行波
超聲電機(即第一種電機)，由于這兩種電機具有一致的端面外形尺寸，用于測試的第一組
定轉子和第二組定轉子在兩個實驗樣機中均可安裝運轉。圖ll是實驗樣機的機械特性曲
線圖，可以得到如下實驗結論 (1)本發(fā)明僅安裝一組定轉子的情況 對比僅安裝有第一組定轉子的本發(fā)明電機實驗曲線b與安裝有第一組定轉子的
第一種電機實驗曲線d，兩者的負載轉矩-轉速曲線大體相同，在相同負載轉矩的情況下，
前者的轉速略高于后者的相應轉速。這表明，本發(fā)明電機不僅完全保留了已有的單定轉子 盤狀旋轉行波超聲電機(即第一種電機)定轉子的變形匹配驅動特性，而且由于改進了輸 出軸抗外部負載干擾的定位方式，輸出性能有所提高。而對比僅安裝有第二組定轉子的本 發(fā)明電機實驗曲線c與安裝有第二組定轉子的第一種電機實驗曲線e，也有類似的結論。
(2)本發(fā)明安裝兩組定轉子的情況 綜合分析安裝有兩組定轉子的本發(fā)明電機實驗曲線a與僅安裝有第一組定轉子 的本發(fā)明電機實驗曲線b、僅安裝有第二組定轉子的本發(fā)明電機實驗曲線c，前者的負載轉 矩-轉速曲線保持穩(wěn)定，空載轉速與后兩者大致相同，而堵轉力矩為后兩者的1.8倍，接近 理論上的兩倍，而已有的盤狀旋轉行波超聲電機(即第一種電機)的主體長度(不含階梯 軸的軸伸部分)為28mm，則安裝有兩組定轉子本發(fā)明電機的轉矩體積比達到已有的單定轉 子盤狀旋轉行波超聲電機(即第一種電機)轉矩體積比的1. 3 1. 5。實驗結果表明，本發(fā) 明電機所提出雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，從結構上抑制了兩個定子在行波驅 動轉子過程中存在的振動耦合與振動能量傳遞，保證了超聲電機的運轉穩(wěn)定性，消除了組 合結構超聲電機的非線性疊加因素，使輸出力矩提高了接近一倍，由于本發(fā)明簡化了原有 電機的圓罩狀外殼結構并省掉了圓罩狀外殼內的軸承，使電機結構更加緊湊，轉矩體積比 明顯高于原有的盤狀行波超聲電機轉矩體積比。
權利要求
一種雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于包括階梯軸(54)、通過階梯軸軸肩定位的下定子基座(56)和上定子基座(64)，下定子基座(56)的上側固定安裝有第一定子(57、58)，上定子基座(64)的下側固定安裝有第二定子(62、63)；上述階梯軸(54)中部還具有軸環(huán)(67)，軸環(huán)的下端面固定有第一轉子(59)，軸環(huán)的上端面固定有第二轉子(61)；第一定子(57、58)和第一轉子(59)構成第一組驅動源，第二定子(62、63)和第二轉子(61)構成第二組驅動源，兩組驅動源具有相同的結構特征，共同驅動階梯軸(54)輸出轉矩；下定子基座(56)和上定子基座(64)固定于筒狀外殼(60)的兩端面上。
2. 根據(jù)權利要求1所述的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于上述 第一轉子(59)上表面和第二轉子(61)的下表面均貼有環(huán)形阻尼材料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于上述 階梯軸(54)與下定子基座(56)或上定子基座(64)定位的軸肩部設有消除安裝誤差的定 位調整墊片。
4. 根據(jù)權利要求1所述的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于上述 階梯軸(54)軸環(huán)(67)下端面與第一轉子(59)之間設置有調節(jié)第一組定轉子預壓力的預 壓力調整墊片。
5. 根據(jù)權利要求1所述的雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，其特征在于上述 階梯軸(54)軸環(huán)(67)上端面與第二轉子(61)之間設置有調節(jié)第二組定轉子預壓力的預 壓力調整墊片。
全文摘要
一種雙定轉子階梯軸結構盤狀行波超聲電機，屬于超聲電機技術領域。將兩組定轉子設置于電機的外部固定結構和內部支撐結構之間，其中電機的外部固定結構由上下對置的兩個定子基座與中間的筒狀外殼所構成，內部支撐結構通過定子基座內的止推軸承限定階梯軸的軸向位置而形成。本發(fā)明不但保留了現(xiàn)有的單定轉子超聲電機的諸多優(yōu)點，而且比現(xiàn)有技術更簡單易行，結構更緊湊，轉矩體積比更大，對外部負載的抗干擾能力更強，特別適用于航空航天領域和生物醫(yī)療領域。
文檔編號H02N2/16GK101702592SQ20091018543
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權日2009年11月9日
發(fā)明者姚志遠, 尹育聰, 蘆丹, 趙淳生, 陳超 申請人:南京航空航天大學