一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机技术

一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机，其特征在于所述方法是利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方；其次，使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力；第三，当超声电机处于待机状态时，电磁线圈不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性。本发明专利技术调节方法，结构简单紧凑，调节范围广，可靠性较高，加工成本低，可推广在各种需要预紧的驱动装置中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机
本专利技术涉及一种电机技术，尤其是一种超声电机定转子预压力调节技术，具体地说是一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法及其超声电机。
技术介绍
超声电机（ultrasonicmotor，USM）是一种新型微特电机，其工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体（定子）在超声频段内的微幅振动，并通过定、转子之间的摩擦作用将振动转成转子的旋转运动，输出功率，驱动负载。但是在超声电机实用化进程中，超声电机遇到了很多问题。如电机柔性转子或者碟簧对刚性转子所施加的预压力不稳定导致了超声电机一致性下降；再如长期储存条件下，超声电机施加预压力的元件发生应力松弛，同时定转子接触界面摩擦材料发生蠕变导致“齿陷”（转子摩擦材料因长时间受压变形而陷入定子齿槽中）。以上问题均是目前预压力不可调节或者预压力不能卸载所导致。针对以上问题，有学者提出利用基于微位移两级放大的压电叠堆装置控制超声电机的预压力，但该装置体积过大，结构复杂可靠性差，超声电机内部空间利用率低，同时基于微位移两级放大的压电叠堆装置预压力控制在超声电机受变载荷下鲁棒性差，所以利用基于微位移两级放大的压电叠堆装置控制与预压力的方法有待进一步商榷。又有学者提出利用电磁吸合装置控制超声电机的预压力，但是电磁装置的吸合力可控性差，所以也有待考察。磁流变弹性体（MagnetorheologicalElastomer，MRE）是一种以非磁性的弹性体聚合物为基体，极化铁磁性颗粒悬浮或有序排列的复合材料，其中基体材料决定着磁流变弹性体初始模量，因此磁流变弹性体的弹性模量有很大的可调范围。磁流变弹性体在外加磁场的作用下能够改变其刚度和阻尼特性，这种转变是可逆的，可控的，快速实现的，且克服了磁流变液应用所包含的沉降、漏液、易污染等问题，广泛应用于智能执行机构和振动控制领域等。故专利技术人考虑到当前超声电机由预压力不稳定性导致的诸多问题，以及磁流变弹性体智能执行器优良的精密控制性能。设计了一种压电作动器的预压力调节装置，并以超声电机为代表进行了融合系统设计。该种预压力调节方法可成功解决超声电机为代表由预压力不稳定所导致的各种问题，也可推广到其他各种需要预紧的装置。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的超声电机定转子预压力调整难以克服鲁棒性的问题，及长期储存后预压力难以保证的问题，专利技术一种既能即时自适应调整定转子预压力，又能长期储存不影响预压力调节的基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法，同时提供一种相应结构的超声电机。本专利技术的技术方案之一是：一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法，其特征在于：首先，利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方；其次，使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力；第三，当超声电机处于待机状态时，电磁线圈不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性；第四，由于有磁流变弹性体初变形量，当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后，能通过调整线圈中的电流，即通过改变磁流变弹性体所在磁场强度的方式，改变弹性模量，进而影响到对转子施加的预压力的大小；第五，超声电机启动时同时对定子施加不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压力启动，这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性；第六，当超声电机长期储存时，电磁线圈完全断电，上壳体对磁流变弹性体预压力较小，使超声电机转子摩擦材料产生“齿陷”、蠕变问题得以解决，即减小了经过长期储存后的电机预压力的不确定性。所述的电磁线圈安装在上壳体上部，下端用线圈压环与上壳体旋合压紧线圈；线圈出线从线圈骨架穿出与副接口连接。所述的磁流变弹性体13的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托12和下铁托14以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。本专利技术的技术方案之二是：一种基于磁流变弹性体预压力调整的超声电机，它包括轴1、上壳体11、下壳体23、转子18、定子19和压电陶瓷20，轴1的上端通过上轴承10支承在上壳体23中，下端通过下轴承2支承在下壳体23中，转子18与轴1同步转动，定子19与转子相啮合，压电陶瓷20与定子19相连并通过导电膜3与主接口4电气连接，主接口与电源电气连接，其特征是上壳体11中、轴1上套装有磁流变弹性体13，在磁流变弹性体13的外圈安装有使其产生变形的电磁线圈7，磁流变弹性体13与安装在轴1的推力轴承17的一端面相接触，推力轴承17的另一端面与转子18相抵，电磁线圈7通电使磁流变弹性体13变形推动推力轴承17沿轴1的轴向移动进而推动定子18也沿轴1的轴向移动。所述的磁流变弹性体13的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托12和下铁托14以使得磁流变弹性体处于较为均匀的磁场环境。所述的电磁线圈7的下端用线圈压环16与上壳体11旋合压紧；线圈出线从线圈骨架15穿出与副接口9连接。本专利技术的有益效果：本专利技术的预压力调节方式在电机装配时工艺简单，无需刻意保证磁流变弹性体压缩量的大小，即降低了对电机加工时一些尺寸链的公差要求，即使适当放宽一些非关键尺寸的公差，在电机装机调试后仍然可以较高的输出一致性。本专利技术超声电机预压力调节结构简单紧凑，调节范围广，可靠性较高，加工成本低，可与系统进行融合设计，并且该种预压力调节方法与装置可推广在各种需要预紧的驱动装置中。本专利技术的整个预压力调节装置可方便地嵌入超声电机原系统中。本专利技术超声电机预压力调节结构简单紧凑,调节范围广,可靠性较高,加工成本低,可与系统进行融合设计，并且该种预压力调节方法与装置可推广在各种需要预紧的驱动装置中。附图说明图1是本专利技术超声电机装配结构示意图图2是本专利技术的超声电机的外形结构示意图。图中：1.轴；2.下轴承；3.导电膜；4.主接口；5.摩擦材料；6.减振橡胶；7.电磁线圈；8.玻璃纤维板；9.副接口；10.上轴承；11.上壳体；12.上铁托；13.磁流变弹性体；14.下铁托；15.线圈骨架；16.线圈压环；17.推力轴承；18.转子；19.定子；20.压电陶瓷；21.底座；22.轴承压套；23.下壳体。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例一。如图1-2所示。一种基于磁流变弹性体对旋转行波型超声电机预压力进行调节的方法，首先，电机上壳体11将圆柱状磁流变弹性体13预压缩在超声电机转子18上方，电磁线圈7通电将磁流变弹性体13磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承17传递为超声电机定转子接触界面提供稳定的预压力。当超声电机处于待机状态时，电磁线圈7不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性。整个预压力调节装置嵌入超声电机原系统中。由于有磁流变弹性体13初变形量，当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后，能通过调整线圈7中的电流，即通过改变磁流变弹性体13所在磁场强度的方式，改变弹性模量，进而影响到对转子18施加的预压力的大小以与电机外负载相匹配并适应不同工况。电磁线圈7安装在上壳体11上部，下端用线圈压环16与上壳体11旋合压紧线圈7。线圈7出线从线圈骨架15穿出与玻璃纤维板8和副接口9连接。为方便磁流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法，其特征在于：首先，利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方；其次，使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力；第三，当超声电机处于待机状态时，电磁线圈不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性；由于有磁流变弹性体初变形量，当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后，能通过调整线圈中的电流，即通过改变磁流变弹性体所在磁场强度的方式，改变弹性模量，进而影响到对转子施加的预压力的大小；第四，超声电机启动时同时对定子施加不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压力启动，这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性；第五，当超声电机长期储存时，电磁线圈完全断电，上壳体对磁流变弹性体预压力较小，使超声电机转子摩擦材料产生“齿陷”、蠕变问题得以解决，即减小了经过长期储存后的电机预压力的不确定性。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变弹性体的超声电机预压力调节方法，其特征在于：首先，利用电机上壳体将圆柱状磁流变弹性体预压缩在超声电机转子上方；其次，使电磁线圈通电将磁流变弹性体磁化，改变弹性模量使其输出力，经推力轴承传递给超声电机定转子接触界面产生稳定的预压力；第三，当超声电机处于待机状态时，电磁线圈不断电，以保证超声电机在主电路断电后的自锁特性；由于有磁流变弹性体初变形量，当超声电机在外界如冲击载荷等其他影响下初变形量变化后，能通过调整线圈中的电流，即通过改变磁流变弹性体所在磁场强度的方式，改变弹性模量，进而影响到对转子施加的预压力的大小；第四，超声电机启动时同时对定子施加不同频率电压进行电机扫频启动以及对电磁线圈施加不同的电压信号实现不同定转子接触界面进行电机扫压力启动，这两种启动方式综合作用改善了超声电机启动特性；第五，当超声电机长期储存时，电磁线圈完全断电，上壳体对磁流变弹性体预压力较小，使超声电机转子摩擦材料产生“齿陷”、蠕变问题得以解决，即减小了经过长期储存后的电机预压力的不确定性。2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的电磁线圈安装在上壳体上部，下端用线圈压环与上壳体旋合压紧线圈；线圈出线从线圈骨架穿出与副接口连接。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的磁流变弹性体（13）的上下分别安装有高磁导率的电工纯铁上铁托（12）和下铁托（14）以使得磁流变弹性体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王均山，强鹭升，石明友，陈超，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32