一種混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微電機(jī)領(lǐng)域中，無(wú)需機(jī)械滾動(dòng)軸承的混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)無(wú)噪聲等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。超聲電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子相互接觸，通過(guò)壓電元件激勵(lì)定子表面形成運(yùn)動(dòng)，通過(guò)摩擦力帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。該類(lèi)型超聲電機(jī)是靠摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，轉(zhuǎn)速受限，同時(shí)定轉(zhuǎn)子材料要求高，摩擦損耗降低了使用壽命。為克服這些缺點(diǎn)，非接觸型超聲電機(jī)成為一個(gè)新的研究領(lǐng)域?，F(xiàn)有的圓盤(pán)型非接觸超聲電機(jī)的轉(zhuǎn)子需要軸承支承運(yùn)動(dòng)，常采用滾動(dòng)軸承或球軸承。非接觸超聲電機(jī)的輸出力矩很小，機(jī)械軸承自身的摩擦力矩在非接觸超聲電機(jī)中是不可以忽略的，非接觸超聲電機(jī)的使用機(jī)械軸承支承的形式是不合適的，在本身輸出力矩很小的情況下，機(jī)械軸承削弱了電機(jī)輸出力矩，限制了其進(jìn)一步發(fā)展，必須要解決機(jī)械軸承支承的問(wèn)題才能提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速和力矩。采用無(wú)接觸摩擦的懸浮軸承技術(shù)可以消除機(jī)械摩擦力矩，提高電機(jī)輸出力矩，從而進(jìn)一步提升電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是，針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題，提供一種可以無(wú)需機(jī)械滾動(dòng)軸承支承的混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，具有轉(zhuǎn)速高，無(wú)摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間隙等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，采用電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子，徑向軸承定子和轉(zhuǎn)子，軸向軸承定子和轉(zhuǎn)子均不直接接觸的方式，使得各個(gè)定子和轉(zhuǎn)子之間保留一定的間隙。主要由電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、徑向軸承定子、徑向軸承轉(zhuǎn)子、軸向軸承定子、軸向軸承轉(zhuǎn)子和支座構(gòu)成，具體結(jié)構(gòu)是所述電機(jī)定子包括電機(jī)定子基體、壓電陶瓷，其中電機(jī)定子基體內(nèi)圈面緊套于支座上凸臺(tái)的外圈面，通過(guò)螺釘固定于支座上，壓電陶瓷沿定子圓底面的外側(cè)對(duì)稱(chēng)粘貼；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子包括電機(jī)轉(zhuǎn)子基體、轉(zhuǎn)軸，其中電機(jī)轉(zhuǎn)子基體中心與轉(zhuǎn)軸固定安裝；所述徑向軸承定子為第一永磁圓環(huán)，其外圈面與支座上凸臺(tái)的內(nèi)圈面粘貼；所述徑向軸承轉(zhuǎn)子為第二永磁圓環(huán)，其內(nèi)圈面粘貼于轉(zhuǎn)軸的外圈面；所述軸向軸承定子包括軸向軸承定子基體、電磁線(xiàn)圈、位移傳感器，其中軸向軸承定子基體通過(guò)埋頭螺釘與支座的下端面固定，電磁線(xiàn)圈通過(guò)粘貼固定在軸向軸承定子基體的內(nèi)部，軸向軸承定子基體的中心位置安裝位移傳感器；所述軸向軸承轉(zhuǎn)子基體中心與轉(zhuǎn)軸固定安裝；所述支座分別用螺釘和埋頭螺釘與電機(jī)定子基體和軸向軸承定子基體定位。
[0005]本發(fā)明的積極效果是:
[0006]本發(fā)明采用了電機(jī)定轉(zhuǎn)子和徑軸向軸承定轉(zhuǎn)子均為非接觸的方式，電機(jī)定轉(zhuǎn)子由聲壓力控制間隙，徑向軸承定轉(zhuǎn)子由永磁力控制間隙，軸向軸承定轉(zhuǎn)子由電磁力主動(dòng)控制間隙，方便調(diào)整電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙大小，通過(guò)混合懸浮方式減小摩擦力矩，從而提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和壽命，突破了以往圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子間隙固定不能調(diào)整的限制，無(wú)需軸承潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)框圖。
[0008]圖1中的標(biāo)號(hào)名稱(chēng):1、電機(jī)定子基體，2、電機(jī)轉(zhuǎn)子基體，3、支座，4、徑向軸承定子，
5、轉(zhuǎn)軸，6、徑向軸承轉(zhuǎn)子，7、壓電陶瓷，8、螺釘，9、埋頭螺釘，10、軸向軸承定子基體，11、電磁線(xiàn)圈，12、位移傳感器，13、軸向軸承轉(zhuǎn)子基體。
【具體實(shí)施方式】
[0009]附圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)具體示意框圖。主要是在基于聲壓力、永磁力和電磁力等混合懸浮力作用下，利用壓電陶瓷激勵(lì)形成的電機(jī)旋轉(zhuǎn)模態(tài)而研制的混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)。系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成:電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、徑向軸承定子、徑向軸承轉(zhuǎn)子、軸向軸承定子、軸向軸承轉(zhuǎn)子和支座。由圖可知，電機(jī)定子由電機(jī)定子基體1和壓電陶瓷7組成，電機(jī)定子基體1是工字型的圓套筒結(jié)構(gòu)，其內(nèi)圈面緊套于支座3上凸臺(tái)的外圈面，電機(jī)定子基體1通過(guò)螺釘8固定于支座3上，壓電陶瓷7沿定子圓底面的外側(cè)對(duì)稱(chēng)粘貼。電機(jī)轉(zhuǎn)子由電機(jī)轉(zhuǎn)子基體2和轉(zhuǎn)軸5組成，電機(jī)轉(zhuǎn)子基體2為實(shí)心圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，中心與轉(zhuǎn)軸5固定安裝，電機(jī)轉(zhuǎn)子基體2與電機(jī)定子基體1之間留有一定的間隙。徑向軸承定子4為第一永磁圓環(huán)，其外圈面與支座3上凸臺(tái)的內(nèi)圈面粘貼，徑向軸承轉(zhuǎn)子6為第二永磁圓環(huán)，其內(nèi)圈面粘貼于轉(zhuǎn)軸5的外圈面，與徑向軸承定子4之間留有一定的間隙。軸向軸承定子由軸向軸承定子基體10、電磁線(xiàn)圈11和位移傳感器12組成，軸向軸承定子基體10與支座3的下端面通過(guò)埋頭螺釘9固定，電磁線(xiàn)圈11放入軸向軸承定子基體10的內(nèi)部且粘貼固定在一起，軸向軸承定子基體10的中心位置安裝位移傳感器12，軸向軸承轉(zhuǎn)子基體13為實(shí)心圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，其中心與轉(zhuǎn)軸5固定安裝，軸向軸承轉(zhuǎn)子基體13與軸向軸承定子基體10之間留有一定的間隙。支座3為凸形結(jié)構(gòu)，與電機(jī)定子基體1和軸向軸承定子基體10分別用螺釘8和埋頭螺釘9固定。
[0010]徑向軸承定子4和徑向軸承轉(zhuǎn)子6采用的永磁圓環(huán)同向勵(lì)磁，例如圓環(huán)內(nèi)圈面為N極，夕卜圈面為S極。在定轉(zhuǎn)子異向極性相吸的永磁力作用下，徑向軸承轉(zhuǎn)子6在徑向方向能被動(dòng)穩(wěn)定懸浮，當(dāng)轉(zhuǎn)軸5在徑向扭動(dòng)方向有偏移時(shí)，會(huì)在受到方向相反的永磁吸力作用下回復(fù)至原位。軸向方向位移傳感器12測(cè)量軸向軸承轉(zhuǎn)子基體13和軸向軸承定子基體10之間的間隙，反饋至控制器，控制器調(diào)整流入電磁線(xiàn)圈11的電流大小，產(chǎn)生相應(yīng)的電磁力，最終控制轉(zhuǎn)軸5的軸向位移，并與徑向軸承一起配合，實(shí)現(xiàn)軸向穩(wěn)定懸浮。壓電陶瓷片7采用單面分區(qū)，且同向極化，在控制器生成4路正余弦互補(bǔ)的交變電壓施加在極化后的壓電陶瓷片，電機(jī)定子基體1的彈性體產(chǎn)生變形，形成行波的旋轉(zhuǎn)模態(tài)。由于電機(jī)的定轉(zhuǎn)子有間隙不接觸，在聲輻射壓力和聲粘性力的作用下，轉(zhuǎn)子可以按行波一致的方向高速旋轉(zhuǎn)。電機(jī)的定轉(zhuǎn)子的間隙可以通過(guò)控制電磁線(xiàn)圈上的電流，進(jìn)而改變軸向軸承定轉(zhuǎn)子的間隙的方法來(lái)主動(dòng)調(diào)整。
[0011]綜上所述，本方法采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的混合懸浮支承方式實(shí)現(xiàn)一種圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，由電機(jī)定子、電機(jī)轉(zhuǎn)子、徑向軸承定子、徑向軸承轉(zhuǎn)子、軸向軸承定子、軸向軸承轉(zhuǎn)子和支座構(gòu)成，所述電機(jī)定子包括電機(jī)定子基體(1)、壓電陶瓷(7)，其中電機(jī)定子基體(1)內(nèi)圈面緊套于支座(3)上凸臺(tái)的外圈面，通過(guò)螺釘(8)固定于支座(3)上，壓電陶瓷(7)沿定子圓底面的外側(cè)對(duì)稱(chēng)粘貼；所述電機(jī)轉(zhuǎn)子包括電機(jī)轉(zhuǎn)子基體(2)、轉(zhuǎn)軸(5)，其中電機(jī)轉(zhuǎn)子基體(2)中心與轉(zhuǎn)軸(5)固定安裝；所述徑向軸承定子(4)為第一永磁圓環(huán)，其外圈面與支座(3)上凸臺(tái)的內(nèi)圈面粘貼；所述徑向軸承轉(zhuǎn)子(6)為第二永磁圓環(huán)，其內(nèi)圈面粘貼于轉(zhuǎn)軸(5)的外圈面；所述軸向軸承定子包括軸向軸承定子基體(10)、電磁線(xiàn)圈(11)、位移傳感器(12)，其中軸向軸承定子基體(10)通過(guò)埋頭螺釘(9)與支座(3)的下端面固定，電磁線(xiàn)圈(11)通過(guò)粘貼固定在軸向軸承定子基體(10)的內(nèi)部，軸向軸承定子基體(10)的中心位置安裝位移傳感器(12);所述軸向軸承轉(zhuǎn)子基體(13)中心與轉(zhuǎn)軸(5)固定安裝；所述支座(3)分別用螺釘(8)和埋頭螺釘(9)與電機(jī)定子基體(1)和軸向軸承定子基體(10)定位。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，其特征在于，電機(jī)定子基體(1)為工字型圓套筒結(jié)構(gòu)，電機(jī)轉(zhuǎn)子基體(2)為實(shí)心圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，軸向軸承轉(zhuǎn)子基體(13)為實(shí)心圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，支座(3)為凸形結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，其特征在于，電機(jī)轉(zhuǎn)子基體⑵與電機(jī)定子基體⑴之間存在間隙，徑向軸承轉(zhuǎn)子(6)與徑向軸承定子⑷之間存在間隙，軸向軸承轉(zhuǎn)子基體(13)與軸向軸承定子基體(10)之間存在間隙。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種混合懸浮式圓盤(pán)非接觸超聲電機(jī)，該電機(jī)系統(tǒng)由電機(jī)定子基體(1)、壓電陶瓷(7)、電機(jī)轉(zhuǎn)子基體(2)、轉(zhuǎn)軸(5)、徑向軸承定子(4)、徑向軸承轉(zhuǎn)子(6)、軸向軸承定子基體(10)、電磁線(xiàn)圈(11)、位移傳感器(12)、軸向軸承轉(zhuǎn)子基體(13)、支座(3)、螺釘(8)和埋頭螺釘(9)構(gòu)成。徑向軸承由永磁圓環(huán)通過(guò)永磁力實(shí)現(xiàn)徑向被動(dòng)穩(wěn)定懸浮，軸向軸承通過(guò)調(diào)整電磁線(xiàn)圈的電流來(lái)控制電磁力實(shí)現(xiàn)軸向主動(dòng)穩(wěn)定懸浮，電機(jī)轉(zhuǎn)子在聲輻射壓力和聲粘性力驅(qū)動(dòng)作用下實(shí)現(xiàn)聲懸浮并高速旋轉(zhuǎn)。該電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高，無(wú)機(jī)械摩擦，無(wú)需潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整定轉(zhuǎn)子間隙等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】H02N15/00, H02N2/12, H02N2/16
【公開(kāi)號(hào)】CN105406762
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511028416
【發(fā)明人】王軍, 周?chē)?guó)平, 張靜, 楊昆, 馬徑捷
【申請(qǐng)人】南京林業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日