專利名稱：新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力拖動和控制電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型超聲電機(jī)研究，特別是涉及一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)。
背景技術(shù)：
伴隨科技的日新月異，電子設(shè)備、精密儀器、光學(xué)系統(tǒng)以及航空航天等設(shè)備日益微型化、精密化，這對電機(jī)性能指標(biāo)提出了越來越高的要求，譬如，低速大力矩、快速精密定位，低噪聲，無電磁干擾等。由于受工作原理和結(jié)構(gòu)形式的限制，傳統(tǒng)電磁式電機(jī)已經(jīng)無法滿足這些要求。多年來，世界范圍內(nèi)諸多學(xué)者和專家一直致力于研制各種新型微特電機(jī)， 以滿足各種裝置小型化和精密化等要求。超聲波電機(jī)的出現(xiàn)為新型電機(jī)的研究提供一條新思路，它不僅在思想上突破了傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)原理(利用電磁藕合實現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)變)，而且又以其優(yōu)異的性能特點彌補(bǔ)了傳統(tǒng)電機(jī)的不足(傳統(tǒng)電機(jī)低速難以穩(wěn)定運行，通常是高速運行后通過齒輪減速來獲得低速)。由于超聲電機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩、無電磁干擾、動作響應(yīng)快速、運行無噪聲等顯著特性，在工業(yè)控制、汽車專用電器、精密儀器儀表、微動平臺、空間機(jī)器人和航空航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)前景，近年來倍受科技界和工業(yè)界的重視，并成為當(dāng)前機(jī)電一體化控制領(lǐng)域研究中的熱點，各種形式的超聲電機(jī)也隨之被發(fā)明與應(yīng)用。例如，行波/駐波型超聲電機(jī)，接觸 /非接觸式超聲電機(jī)，直線/旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)等。旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)作為最具有代表性和應(yīng)用最多的一類超聲電機(jī)。它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，使彈性體(定子)在超聲頻段內(nèi)產(chǎn)生振動，通過定子轉(zhuǎn)子之間的摩擦獲得轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。然而，由于其結(jié)構(gòu)的局限性，加壓彈簧片對轉(zhuǎn)子施加的載荷在徑向并不均衡，導(dǎo)致定轉(zhuǎn)子在徑向接觸緊密程度不均衡，在運行中造成局部摩擦較重，同時定轉(zhuǎn)子存在徑向滑移摩擦損耗造成超聲電機(jī)不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了超聲電機(jī)的工作性能和使用壽命，針對此種超聲電機(jī)的問題，到目前為止，世界范圍內(nèi)無人提出一種更好的解決辦法。基于此本發(fā)明提出新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)模型，這種超聲電機(jī)將有效的解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大、工作性能穩(wěn)定、使用壽命長得新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明是一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，它包括二個定子、一個轉(zhuǎn)子、外蓋、筒形外殼、 腹板、底座、軸承；所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、平鍵和轉(zhuǎn)盤組成，轉(zhuǎn)盤通過平鍵聯(lián)接固定套接在轉(zhuǎn)軸上；所述的兩個定子從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的兩個端面壓緊轉(zhuǎn)子；所述的外蓋通過螺紋與筒形外殼頂部聯(lián)接，其中部向下凸起，該凸起臺用于壓下腹板式之變形從而使定轉(zhuǎn)子之間獲得預(yù)壓力， 筒形外殼的底部固接在底座上，腹板套置于筒形外殼內(nèi)腔上部，在腹板與底座之間形成一個容置空間；所述的套接有定子的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸通過軸承可旋轉(zhuǎn)地套置于容置空間內(nèi)。
所述的二個定子由上定子組件和下定子組件組成；所述的上定子組件由上壓電陶瓷片和上金屬彈性體組成，環(huán)形的上壓電陶瓷片固定在上金屬彈性體的頂面外緣，上金屬彈性體的底面頂靠在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的頂面，上金屬彈性體頂面中部與腹板中部固接，腹板的外緣與筒形外殼內(nèi)腔上的凸階固接；所述的下定子組件由下壓電陶瓷片和下金屬彈性體組成，環(huán)形的下壓電陶瓷片固定在下金屬彈性體的底面外緣，下金屬彈性體的頂面頂靠在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的底面。所述的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤與上金屬彈性體、下金屬彈性體的環(huán)形接觸面上均涂有摩擦材料。所述的上定子組件中的上壓電陶瓷片和上金屬彈性體由膠層粘接成一體構(gòu)成。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的優(yōu)點是
與傳統(tǒng)的單定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)相比較，本發(fā)明的新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)主要部件有二個定子(壓電振子)、一個轉(zhuǎn)子、底座、摩擦襯墊、擋圈以及軸承等，而無加壓彈簧片，其中，二個電機(jī)定子由壓電陶瓷片與金屬彈性體由膠層粘接成一體構(gòu)成的。轉(zhuǎn)子在與定子接觸的環(huán)形面上附有一層摩擦材料，通過施力結(jié)構(gòu)裝置使兩定子在軸向壓緊轉(zhuǎn)子， 以提供產(chǎn)生切向摩擦力所必須的正壓力，這種旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子工作面能夠保持平行接觸，克服目前基于單定子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子存在徑向接觸不均勻、 接觸范圍小、定轉(zhuǎn)子存在徑向滑移摩擦損耗等缺陷，可提高旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和效率，并且延長旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的使用壽命。本發(fā)明采用兩個定子壓緊轉(zhuǎn)子兩個端面進(jìn)行摩擦驅(qū)動，輸出轉(zhuǎn)矩比單定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)電機(jī)提高1倍。下面結(jié)合附圖和具體實施過程對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明是一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，它包括外蓋1、腹板2、上定子組件3、下定子組件4、轉(zhuǎn)子5、筒形外殼6、底座7、軸承8。所述的轉(zhuǎn)子5由轉(zhuǎn)軸51、轉(zhuǎn)盤52和平鍵53組成。轉(zhuǎn)盤52中央通過平鍵53固定套接在轉(zhuǎn)軸51上。所述的外蓋1通過螺紋聯(lián)接在筒形外殼6的頂部，其中部向下凸起，該凸起臺用于壓下腹板式之變形從而使定轉(zhuǎn)子之間獲得預(yù)壓力，筒形外殼6的底部固接在底座7上，腹板 2套置于筒形外殼6內(nèi)腔上部，在腹板2與底座7之間形成一個容置空間；所述的套接有定子(壓電振子)的轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)軸51通過設(shè)于其兩端的軸承81和軸承82可旋轉(zhuǎn)地套置于容置空間內(nèi)，軸承82外圈可相對內(nèi)圈軸向移動。所述的上定子組件3由上壓電陶瓷片31和上金屬彈性體32組成。環(huán)形的上壓電陶瓷片31固定在上金屬彈性體32的頂面外緣且由膠層粘接成一體構(gòu)成，上金屬彈性體32 的底面頂靠在轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52的頂面，在上金屬彈性體32的底面與轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52的頂面之間涂有摩擦材料，上金屬彈性體32頂面中部與腹板2中部固接，腹板2的外緣與筒形外殼6內(nèi)腔上的凸階61固接。所述的下定子組件4由下壓電陶瓷片41和下金屬彈性體42組成， 環(huán)形的下壓電陶瓷片41固定在下金屬彈性體42的底面外緣且由膠層粘接成一體構(gòu)成，下金屬彈性體42的頂面頂靠在轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52的底面，在下金屬彈性體42的頂面與轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52的底面之間涂有摩擦材料。裝配的過程中，上定子組件3和下定子組件4對稱布置并且壓緊轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52的兩個端面，保證上定子組件3和下定子組件4的工作面可靠實現(xiàn)與轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)盤52表面平行接觸，外蓋1通過擠壓腹板2對定轉(zhuǎn)子提供預(yù)壓力，又由于上定子組件3和下定子組件4形狀相同且下端均包含壓電陶瓷片組，上定子組件3和下定子組件4在激勵信號作用下，產(chǎn)生相同行波，驅(qū)動轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動。本實例的工作原理
結(jié)合圖2所示，該型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)首先是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)將輸入電能轉(zhuǎn)換為定子的高頻(通常在高于20kHz的超聲頻率范圍)、微幅振動然后采用接觸界面來實現(xiàn)定、轉(zhuǎn)子之間的運動轉(zhuǎn)換和動力傳遞。在適當(dāng)布置的壓電陶瓷片組31和52上均施加兩相相位差為90°的同頻等幅交變電壓，通過上壓電陶瓷片31和下壓電陶瓷片41產(chǎn)生的逆壓電效應(yīng)可在上定子組件3和下定子組件4中同時激發(fā)出兩相幅值相等、在時間和空間相位差為90°的駐波，每個定子上的兩相駐波疊加的結(jié)果便形成了上定子組件3和下定子組件4體中沿一定方向傳播的行波。上定子組件3和下定子組件4的行波表面做橢圓運動的質(zhì)點通過切向摩擦驅(qū)動使得轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)動速度與二個定子組件的表面質(zhì)點的切向速度均有關(guān)，且轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)動方向與行波的傳播方向相反。本發(fā)明的重點就在于采用兩個形狀相同的定子對稱布置并且軸向壓緊轉(zhuǎn)子兩個端面。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，基于新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)螺釘、軸承等零部件的選擇、固定支撐方式及聯(lián)接方式多種多樣，不能以此限制本發(fā)明的范圍，即依本發(fā)明申請專利范圍及說明書所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其特征在于它包括二個定子、一個轉(zhuǎn)子、外蓋、筒形外殼、腹板、底座、軸承；所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、平鍵和轉(zhuǎn)盤組成，轉(zhuǎn)盤通過平鍵聯(lián)接固定套接在轉(zhuǎn)軸上；所述的兩個定子從轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的兩個端面壓緊轉(zhuǎn)子；所述的外蓋通過螺紋與筒形外殼頂部聯(lián)接，其中部向下凸起，筒形外殼的底部固接在底座上，腹板套置于筒形外殼內(nèi)腔上部，在腹板與底座之間形成一個容置空間；所述的套接有定子的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸通過軸承可旋轉(zhuǎn)地套置于容置空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其特征在于所述的二個定子由上定子組件和下定子組件組成；所述的上定子組件由上壓電陶瓷片和上金屬彈性體組成， 環(huán)形的上壓電陶瓷片固定在上金屬彈性體的頂面外緣，上金屬彈性體的底面頂靠在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的頂面，上金屬彈性體頂面中部與腹板中部固接，腹板的外緣與筒形外殼內(nèi)腔上的凸階固接；所述的下定子組件由下壓電陶瓷片和下金屬彈性體組成，環(huán)形的下壓電陶瓷片固定在下金屬彈性體的底面外緣，下金屬彈性體的頂面頂靠在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤的底面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)盤與上金屬彈性體、下金屬彈性體的環(huán)形接觸面上均涂有摩擦材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其特征在于所述的上定子組件中的上壓電陶瓷片和上金屬彈性體由膠層粘接成一體構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，它主要部件有二個定子、轉(zhuǎn)子、底座、摩擦襯墊、擋圈以及軸承等。其中，兩個形狀相同的定子對稱布置并且壓緊轉(zhuǎn)子兩個端面，保證兩定子的工作面可靠實現(xiàn)與轉(zhuǎn)子表面平行接觸，使定轉(zhuǎn)子接觸面受力均勻，這樣可以克服目前基于單定子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子存在徑向接觸不均勻、接觸范圍小、定轉(zhuǎn)子存在徑向滑移摩擦損耗等缺陷，有望提高旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和效率，并且延長旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的使用壽命。
文檔編號H02N2/16GK102437787SQ20111032957
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者侯飛, 紀(jì)躍波 申請人:集美大學(xué)