專利名稱：雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于超聲電機技術(shù)領(lǐng)域。
壓電超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在定子表面產(chǎn)生超聲振動，并由定子驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動的一種電機?？捎糜谌缯障鄼C自動聚焦系統(tǒng)，機器人關(guān)節(jié)，調(diào)整仰角，轎車坐椅升降，精密定位等使用的領(lǐng)域。一般超聲電機具有如下特點1、低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，不需要減速機構(gòu)可直接驅(qū)動負載。
2、體積小、結(jié)構(gòu)靈活，功率體積比是電磁電機的3-10倍。
3、起動停止響應(yīng)快，響應(yīng)時間小于1毫秒。
4、不產(chǎn)生電磁干擾，也不受電磁干擾。
5、有自保持力矩，無齒輪間隙，可精密定位。
6、運行安靜無噪聲。
已有的一種類型的超聲電機為單定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。它至少包括有一金屬或塑料外殼111，定子托架110上放置定子18，壓電片19黏結(jié)在金屬定子下面。轉(zhuǎn)子17壓在定子的上表面，滾珠放在滾珠保持架16中，且置于轉(zhuǎn)子上的定位槽中。彈簧13通過彈簧墊片14和彈簧下?lián)醢?5壓住滾珠。上蓋11壓住彈簧上擋板，并通過螺紋與外殼擰在一起。類似這種結(jié)構(gòu)的電機已在佳能相機中得到成功的應(yīng)用，在小力矩下運行穩(wěn)定，無噪聲。它的不足之處是定位機構(gòu)復(fù)雜，滾珠及軸承不宜制作，尺寸難以配合。特別是在大力矩運行時，容易引發(fā)噪聲。
另一種類型的超聲電機為軸輸出|單、雙定子環(huán)型行波超聲電機，如圖2、3所示圖2是軸輸出單定子環(huán)型行波超聲電機示意圖，主要包括軸承21，定子22，轉(zhuǎn)子23。中間軸24放在軸承21中，通過加壓彈簧25壓住轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子壓在定子上。通電后轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶動軸旋轉(zhuǎn)。圖3是軸輸出雙定子環(huán)型行波超聲電機示意圖，它的兩個定子31、33夾住中間的轉(zhuǎn)子32，通過中間軸34輸出力矩。它的結(jié)構(gòu)雖然緊湊，力矩也可較大，但在使用中無法利用其中部，這對于相機一類產(chǎn)品，無法安裝鏡頭，不能發(fā)揮超聲電機的最優(yōu)性能。雙定子軸輸出環(huán)型行波超聲電機比單定子軸輸出環(huán)型行波超聲電機已經(jīng)省略了軸承等另件，而且功率密度增大近一倍。但在使用中無法利用其中部，這對于相機等需要中空結(jié)構(gòu)的一類產(chǎn)品，不能發(fā)揮超聲電機的最優(yōu)性能。
本實用新型的目的在于，為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，使不但保留了已有的超聲電機的諸多優(yōu)點，而且比已有技術(shù)更簡單易行，功率體積比更大，運行更易實現(xiàn)安靜無噪聲。
本實用新型提出一種雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，包括外殼、上蓋及設(shè)置在其中的定子，中空轉(zhuǎn)子，加壓彈簧，其特征在于，所說的定子為上下相對設(shè)置的共同驅(qū)動轉(zhuǎn)子的雙定子；所說的轉(zhuǎn)子由一中空柱體與一中空圓錐體相接而成，該圓錐體的下部外緣環(huán)周設(shè)有一凸臺，該凸臺的內(nèi)表面形成環(huán)形凹槽，該凸臺上下表面與所說的雙定子相接觸；所說上、下定子的上、下表面粘接有毛氈墊；所說的轉(zhuǎn)子凸臺的環(huán)形凹槽內(nèi)填充有一層軟質(zhì)高分子吸聲材料。
本實用新型這種新型結(jié)構(gòu)的超聲電機是建立在原有單定子中空結(jié)構(gòu)超聲電機的基礎(chǔ)上，它們的外形尺寸可保持一致，定子就使用原有的定子，新型轉(zhuǎn)子摩擦接觸層的厚度不變，仍然采用了中空結(jié)構(gòu)。這樣，不僅使機械加工簡化，而且符合機械設(shè)計的互換性要求，使兩種超聲電機的定子和外殼可以相互換用。本實用新型用雙定子中空結(jié)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)子可以代替原來單定子超聲電機中轉(zhuǎn)子定位系統(tǒng)的作用，這樣可以去掉滾珠及定位壓板，并且使用了雙定子共同驅(qū)動轉(zhuǎn)子，理論上可提高環(huán)形超聲電機的輸出轉(zhuǎn)矩1倍，由于省掉了定位滾珠等輔助系統(tǒng)也可提高電機的效率，同時還能有效的降低噪聲和電機的發(fā)熱情況。
附圖簡要說明圖1為已有的單定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為已有的軸輸出|單定子環(huán)型行波超聲電機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已有的軸輸出|雙定子環(huán)型行波超聲電機結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型的雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實施例的中空轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖。
本實用新型的雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機實施例結(jié)構(gòu)如圖4、5所示，結(jié)合
如下。圖4中，轉(zhuǎn)子46夾在上定子45和下定子47中間，上、下定子共同驅(qū)動轉(zhuǎn)子。下定子通過毛氈墊44放在外殼底部，上定子的上底面也放一層毛氈墊44。彈簧43放在毛氈墊的上部，上蓋41通過螺紋擰在外殼上，并壓在彈簧上，用此方法對定子和轉(zhuǎn)子施加壓力。圖5中，所說的轉(zhuǎn)子由一中空柱體461與一中空圓錐體462相接而成，該圓錐體的下部外緣環(huán)周設(shè)有一凸臺463，該凸臺的內(nèi)表面形成環(huán)形凹槽464，該凸臺上下表面與所說的雙定子相接觸；所說上、下定子的上、下表面粘接有毛氈墊；所說的轉(zhuǎn)子凸臺的環(huán)形凹槽內(nèi)填充有一層軟質(zhì)高分子吸聲材料。
本實施例對超聲電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改進如下1、超聲電機轉(zhuǎn)子的中空結(jié)構(gòu)因為雙定子結(jié)構(gòu)使超聲電機轉(zhuǎn)子的上下表面都成為與定子接觸的表面，上、下定子振動能量的傳遞與振動的耦合對超聲電機的性能有影響，所以仍然采用中空結(jié)構(gòu)設(shè)計，并在環(huán)形凹槽內(nèi)填充一層軟質(zhì)高分子吸聲材料。既可以保持轉(zhuǎn)子的彈性又能降低噪聲，避免振動耦合對超聲電機輸出轉(zhuǎn)矩的影響。
2、超聲電機轉(zhuǎn)子的定位結(jié)構(gòu)超聲電機的轉(zhuǎn)子與定子接觸時，轉(zhuǎn)子在雙定子間會產(chǎn)生徑向跳動。為了抑制轉(zhuǎn)子的徑向跳動，在轉(zhuǎn)子上、下接觸層內(nèi)環(huán)部分做出一環(huán)形凸起，如圖5所示，此圓環(huán)的內(nèi)徑與定子齒環(huán)的內(nèi)徑相配合。只要上、下定子固定，轉(zhuǎn)子自然固定，不會產(chǎn)生徑向跳動了。
3、超聲電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩輸出端的結(jié)構(gòu)單定子超聲電機轉(zhuǎn)子輸出端的圓環(huán)是垂直于轉(zhuǎn)子上表面的，如圖1所示，雙定子超聲電機轉(zhuǎn)子輸出端的結(jié)構(gòu)作了改進，如圖5所示，與轉(zhuǎn)子上表面連接的是一錐面，再由錐面過渡為直面。
①從機械加工的角度看，錐面的長度增長，有利于降低加工難度，錐面與轉(zhuǎn)子上表面的角度易于保證。錐面與定子齒環(huán)的側(cè)面是配合面，保證了錐面與轉(zhuǎn)子表面的角度，也就保證了轉(zhuǎn)子的定位性能。
②根據(jù)聲學(xué)原理，在聲音傳播的方向上，變截面處相當于一個反射面，可以反射聲音的能量，起到濾波選通作用，這對有選擇性(可通過錐面不同高度確定濾波頻率)的降低噪聲有所幫助。
本實施例基本尺寸如下定子外徑φ64mm；內(nèi)徑φ56mm；高度5.5mm；齒數(shù)72個轉(zhuǎn)子外徑φ64mm內(nèi)徑φ54mm；高度24.mm；殼體外徑φ70mm；內(nèi)徑φ66mm；高度20mm；壁厚2mm；本實施例的定位結(jié)構(gòu)是通過上、下兩定子的定位來實現(xiàn)的。為了使整個定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實現(xiàn)徑向定位，要求殼體下方兩定位螺釘?shù)倪B線與殼體上方兩定位螺釘?shù)倪B線垂直。
為了降低超聲電機的噪聲，同時為保護兩定子上的壓電陶瓷、抑制殼體的振動，在兩定子壓電陶瓷面上要加一層毛氈和橡膠墊，在轉(zhuǎn)子的中空槽中填加一層高分子吸聲材料。
要使超聲電機正常運轉(zhuǎn)，還應(yīng)注意上、下定子的裝配角和連線的正確。
(1)要保證超聲電機能獲得最大的輸出轉(zhuǎn)矩，上、下定子應(yīng)保證零度裝配角。即保證兩定子背面壓電陶瓷的反饋電極裝配時在定子齒面平面內(nèi)所成的角度為零度。
(2)要使超聲電機能夠轉(zhuǎn)動并且具有較高的轉(zhuǎn)速，兩定子與驅(qū)動電源的連線必須反接。因為兩定子在裝配時的位置是相對倒置的，在同相相接時，如果驅(qū)動電源使上定子(齒面向下的倒置狀態(tài))產(chǎn)生了相對地面法向的順時針方向的行波，則下定子(齒面向上的正立狀態(tài))將產(chǎn)生相對地面法向的逆時針方向的行波，兩向行波的方向相反，與轉(zhuǎn)子上下接觸面摩擦產(chǎn)生的驅(qū)動力相抵消，造成轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動，超聲電機發(fā)熱嚴重，摩擦材料磨損嚴重，電機的壽命縮短。所以兩定子與驅(qū)動電源的連線必須相反。
權(quán)利要求1.一種雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，包括外殼、上蓋及設(shè)置在其中的定子，中空轉(zhuǎn)子，加壓彈簧，其特征在于，所說的定子為上下相對設(shè)置的共同驅(qū)動轉(zhuǎn)子的雙定子。
2.如權(quán)利要求1所述的雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，其特征在于，所說的轉(zhuǎn)子由一中空柱體與一中空圓錐體相接而成，該圓錐體的下部外緣環(huán)周設(shè)有一凸臺，該凸臺的內(nèi)表面形成環(huán)形凹槽，該凸臺上下表面與所說的雙定子相接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的雙定子中空結(jié)構(gòu)環(huán)型行波超聲電機，其特征在于，所說的上、下定子的上、下表面粘接有毛氈墊；所說的轉(zhuǎn)子凸臺的環(huán)形凹槽內(nèi)填充有軟質(zhì)高分子吸聲材料層。
專利摘要本實用新型屬于超聲電機技術(shù)領(lǐng)域,包括外殼、上蓋及設(shè)置在其中上下相對設(shè)置的定子,中空轉(zhuǎn)子,加壓彈簧,轉(zhuǎn)子由一中空柱體與一中空圓錐體相接而成,該圓錐體的下部外緣環(huán)周設(shè)有一凸臺,該凸臺的內(nèi)表面形成環(huán)形凹槽,該凸臺上下表面與所說的雙定子相接觸;上、下定子粘接有毛氈墊;環(huán)形凹槽內(nèi)填充有軟質(zhì)高分子吸聲材料。本實用新型不但保留了已有的超聲電機的諸多優(yōu)點,而且比已有技術(shù)更簡單易行,功率體積比更大,運行更易實現(xiàn)安靜無噪聲。
文檔編號H02K16/04GK2383266SQ9921676
公開日2000年6月14日 申請日期1999年7月16日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月16日
發(fā)明者周鐵英, 姜開利, 王思勱 申請人:清華大學(xué)