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一种焊接工艺的环形行波超声波电机制造技术

技术编号:15516371 阅读:147 留言:0更新日期:2017-06-04 07:24
本发明专利技术提供了一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子与压电陶瓷模块的表面接触,所述定子驱动转子旋转形成动力输出。本发明专利技术的技术方案提高马达工作寿命和可靠性,提高了能效利用率,同时具有较高的机电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种焊接工艺的环形行波超声波电机
本专利技术属于电机
,尤其涉及一种焊接工艺的环形行波超声波电机。
技术介绍
超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应,激发定子在超声频域振动,通过定子、转子之间的摩擦作用将振动转换成转子的运动输出驱动负载的一种非电磁式电机。与电磁电机相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰、转矩密度大、低速大扭矩、可直接驱动等特点与优势。目前已应用于微型机器人、汽车、航空航天、精密定位仪、光学仪器等多个领域,具有广阔的应用前景。行波旋转型超声波电机是目前技术最成熟、应用最多的一类超声波电机,所使用的压电陶瓷元件均为圆环形结构,并按照一定的要求进行分区极化,结合压电陶瓷元件制造工艺及超声电机定子工艺要求,很难高效率地制造出大尺寸分区极化的压电陶瓷环,这就制约了此类电机的结构适应性,也使得超声波电机的应用受到一定限制。现有超声波电机定子制造工艺为:将分区极化的压电陶瓷环用环氧树脂胶粘接于齿形结构金属基体上形成定子;以此方法构造的环形行波型超声波电机存在如下局限性:(1)由于陶瓷环用环氧树脂胶粘接在金属基体上,一方面定子高频振动容易导致胶层老化开裂,马达工作可靠性和寿命较低,另一方面胶层会影响振动在陶瓷环与金属环中的传递效果,马达工作效率低。(2)相同性能与尺寸的压电陶瓷材料其压电常数d33>d31,采用环形结构的压电陶瓷工作于横向振动模式,即振动方向与电场方向垂直,利用压电常数d31而不是d33,机电转换效率低。(3)转子在定子单侧通过摩擦传递运动和力,行波振动能量利用率较低。
技术实现思路
针对以上技术问题,本专利技术公开了一种焊接工艺的环形行波超声波电机,避免现有超声波电机工作中因发热、振动疲劳导致的胶层开裂的问题,提高马达工作寿命和可靠性;采用双转子夹持定子结构,提高了能效利用率,同时具有较高的机电转换效率。对此,本专利技术采用的技术方案为:一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有以定子环的轴心为中心、环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子位于所述定子环的压电陶瓷模块之上并与压电陶瓷模块的表面接触,所述输出轴穿过定子环的中部与转子连接,所述定子驱动转子旋转形成动力输出。采用此技术方案,通过哈焊接将压电陶瓷元件焊接固定在定子环上,焊接工艺的可靠性要高于胶粘工艺,可避免现有超声波电机工作中因发热、振动疲劳导致的胶层开裂,提高了超声波电机的工作寿命和可靠性。其中,所述定子板和定子环优选为弹性基体材质。进一步优选的,所述定子板和定子环采用PCB板制作。作为本专利技术进一步的改进,所述定子板、连接件、定子环上均设有印刷电路,所述焊盘通过印刷电路与驱动电极电连接。作为本专利技术进一步的改进,所述连接件的数量为两个以上。优选的,所述连接件以定子环的轴心线为中心对称分布,所述连接件的宽度为0.5~3mm。作为本专利技术进一步的改进,所述连接件的数量为三个,所述连接件的宽度为0.8~1.5mm。进一步优选的,所述连接件的宽度为0.9~1.1mm。作为本专利技术进一步的改进,所述连接件为支撑连接铰链。作为本专利技术进一步的改进,所述压电陶瓷元件的电极面与定子环的环面垂直,形成纵向振动。对相同的压电陶瓷材料而言,纵向振动利用d33,横向振动利用d31,而d33比d31大一个数量级左右,采用此技术方案,PZT电极面与定子环面垂直形成纵向振动,利用压电材料的d33,具有较高的机电转换效率。作为本专利技术进一步的改进,所述压电陶瓷元件按照设定的驱动方法对应的极化方向排列,固定在定子环上,并焊接在定子环的焊盘上;所述压电陶瓷元件之间的电极通过焊锡焊接在一起,并使所述定子环上由压电陶瓷元件组成的环面的上表面平整。优选的,所述压电陶瓷元件通过红胶固定在定子环上。优选的,所述压电陶瓷元件焊接后,经过打磨,将定子板上由压电陶瓷元件和焊锡组成的环面打磨平整,且保持两面环的高度一致。采用此技术方案,连接更可靠。,作为本专利技术进一步的改进,所述转子的数量为两个,所述定子环的两面均设有焊盘,两面的焊盘均焊接有压电陶瓷元件,所述定子环的正、反两面由压电陶瓷元件组成的环面高度相同;所述两个转子同时与定子环的两面接触,所述输出轴穿过定子环的中部、并与两个转子连接,形成动力输出。现有行波超声波电机采用单转子接触齿形定子的结构,此技术方案采用双转子夹持定子结构,两个转子同时与定子的两面接触形成动力输出,相当于增加了转子与定子之间的接触面积,双转子夹持定子比单转子接触定子的接触面积高一倍,提高摩擦驱动能力,其能效利用率较高。作为本专利技术进一步的改进,定子板和定子环采用PCB板制作,按照4相驱动或2相驱动方法,将相同信号电极连接在一起的方式布置连接电路;压电陶瓷元件按照驱动方法对应的极化方向排列规律用贴片机将压电陶瓷用红胶固定在定子板上,然后在压电陶瓷元件之间的电极焊盘上涂覆锡膏,经过回流焊工艺或波峰焊工艺完成压电陶瓷元件焊接,之后经过打磨,将定子板两面由压电陶瓷元件和焊锡组成的环面打磨平整,且保持两面环的高度一致。将粘贴有平板弹簧的转子板夹住定子板,输出轴穿过转子板中央平板弹簧的孔,另一端用螺母固定;调节螺母位置,改变两转子板对定子板的预紧力大小。作为本专利技术进一步的改进,所述压电陶瓷元件在焊盘上的排列规律为:所述定子环正面的两个压电陶瓷元件为一组,定子环反面的两个压电陶瓷元件是对应的一组,所述定子环正面压电陶瓷元件的极化正极位置对应定子环反面压电陶瓷元件的极化负极位置,所述定子环反面压电陶瓷元件的极化正极对应正面压电陶瓷元件的极化负极位置,定子环正、反两面对应的压电陶瓷元件的电极通过电路电连接。其中,所述定子环正、反两面对应的压电陶瓷元件的电极通过定子板上的金属化孔的电路连接。作为本专利技术进一步的改进,所述压电陶瓷元件及电极包括4组驻波驱动单元,分别为单元A、单元B、单元C和单元D,每个单元均包括定子环正面的两个压电陶瓷元件和定子环反面的两个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件按照单元A、单元B、单元C、单元D依次排列,并循环设置在定子环的正、反面上;所述单元A和单元B中,所述定子环正面的两个压电陶瓷元件的极化正极均朝着两个压电陶瓷元件的连接处,所述定子环反面的两个压电陶瓷元件的极化正极位于两个压电陶瓷元件的外侧;所述单元C和单元D中,所述定子环正面的两个压电陶瓷元件的极化负极朝着两个压电陶瓷元件的连接处,即定子环正面的两个压电陶瓷元件的极化正极位于两个压电陶瓷元件的外侧,所述定子环反面的两个压电陶瓷元件的极化正极均朝着两个压电陶瓷元件的连接处;所述驱动电极包括SIN端、COS端和GND端,所述单元A中位于定子环正面的极化正极与SIN端连接,所述单元B中位于定子环正面的极化正极与COS端连接,所述单元C中位于定子环正面的极化负极与SIN端连接,所述单元D中位于定子环正面的极化负极与COS端连接;本文档来自技高网...
一种焊接工艺的环形行波超声波电机

【技术保护点】
一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,其特征在于:所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子位于所述定子环的压电陶瓷模块之上并与压电陶瓷模块的表面接触,所述输出轴穿过定子环的中部与转子连接,所述定子驱动转子旋转形成动力输出;所述压电陶瓷元件的PZT电极面与定子环的环面垂直,形成纵向振动。

【技术特征摘要】
1.一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,其特征在于:所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子位于所述定子环的压电陶瓷模块之上并与压电陶瓷模块的表面接触,所述输出轴穿过定子环的中部与转子连接,所述定子驱动转子旋转形成动力输出;所述压电陶瓷元件的PZT电极面与定子环的环面垂直,形成纵向振动。2.根据权利要求1所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述定子板、连接件、定子环上均设有印刷电路,所述焊盘通过印刷电路与驱动电极电连接。3.根据权利要求1所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述连接件的数量为两个以上,所述连接件以定子环的轴心线为中心对称分布,所述连接件的宽度为0.5~3mm。4.根据权利要求3所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述连接件的数量为三个,所述连接件的宽度为0.8~1.5mm。5.根据权利要求1~4任意一项所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述压电陶瓷元件按照设定的驱动方法对应的极化方向排列,通过红胶固定在定子环上,并焊接在定子环的焊盘上;所述压电陶瓷元件之间的电极通过焊锡焊接在一起,并使所述定子环上由压电陶瓷元件组成的环面的上表面平整。6.根据权利要求5所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述转子的数量为两个,所述定子环的两面均设有焊盘,两面的焊盘均焊接有压电陶瓷元件,所述定子环的正、反两面由压电陶瓷元件组成的环面高度相同;所述两个转子同时与定子环的两面接触,所述输出轴穿过定子环的中部、并与两个转子连接,形成动力输出;所述压电陶瓷元件在焊盘上的排列规律为:所述定子环正面的两个压电陶瓷元件为一组,定子环反面的两个压电陶瓷元件是对应的一组,所述定子环正面的压电陶瓷元件的极化正极位置对应定子环反面压电陶瓷元件的极化负极位置,所述定子环反面压电陶瓷元件的极化正极位置对应正面压电陶瓷元件的极化负极位置,定子环正、反两面对应的压电陶瓷元件的电极通过电路电连接。7.根据权利要求6所述的焊接工艺的环形行波超声波电机,其特征在于:所述压电陶瓷元件及电极包括4组驻波驱动单元,分别为单元A、单元B、单元C和单元D,每个单元均包括定子环正面的两个压电陶瓷元件和定子环反面的两个压电陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员:彭太江伍晓宇罗峰石鸿雁梁雄徐斌
申请(专利权)人:深圳大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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