一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机制造技术

本实用新型专利技术涉及一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，包括刚性转子组件，刚性转子组件的一侧通过轴承安装在电机底座上，其另一侧顺次安装定子组件、定子支撑架和预压力外壳；前述的刚性转子组件包括顺次连接的刚性转子和摩擦片；前述的定子组件包括顺次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板；在预压力外壳和定子支撑架之间还安装布设波簧；本实用新型专利技术具有大中空占比、抗高过载、低速稳定性好、低温启动性好等优点，且电机在整个寿命期间输出性能一致性好；扩展了中空超声电机在大中空占比场合的应用，比如用于大中空占比光学镜头中驱动镜片和波片。

A rotating traveling wave ultrasonic motor with new preload

【技术实现步骤摘要】
一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机
本技术涉及一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，属于超声电机

技术介绍
现有技术中的各种中空旋转行波超声电机，缺少一种具有大中空占比同时还具有大转矩比的中空旋转行波超声电机。现有技术中环形定子无腹板结构的超大中空占比的旋转行波超声电机，其定子组件及结构如图1所示。这种环形定子无腹板结构的中空超声电机在安装使用过程中，它至少包括有限制定子周向转动的金属或塑料外壳、施加预压力的波簧或碟簧、转子、转子用的滚轮或滚珠等，这种中空超声电机的定子通常为悬浮形式，定子压在转子上，转子压在滚轮或滚珠上，波簧压在定子贴有压电陶瓷片的一面，定子在周向方向通过外壳上的凸起深入定子齿槽中限制其自由度，但在轴向方向上仍具备一定的位移能力。这种超大中空占比的旋转行波超声电机已在佳能、尼康、适马、宾得、索尼和奥林巴斯等镜头中得到了成功的应用，在小力矩下运行快速、稳定、无噪声。其不足之处：定子定位机构复杂；滚轮或滚珠的制作和安装技术要求较高；电机无法提供大力矩，转矩比较低。现有技术中的定子带腹板结构的中空旋转行波超声电机，如《中空超声电机》（CN202696502U）、《一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机》（CN103219917A）、《一种高精度薄壁中空型行波超声电机》（CN107769609A）、《一种螺纹式空心旋转型行波超声电机》（CN102751906A）《一种限定定转子接触预压力的中空超声电机》（CN203872083U）等等。现有技术中的这些中空超声电机的定子普遍采用带腹板结构，通过螺钉或螺纹的形式将腹板固定在定子座上；转子普遍采用柔性结构（也有采用刚性结构通过螺钉固定在转轴的方式，如专利《一种高精度薄壁中空型行波超声电机》中采用的结构）；通过外壳挤压轴承，再利用轴承挤压定子或转子，利用柔性转子、定子腹板的形变提供预压力。现有的这种定子带腹板结构的中空旋转型超声电机，虽然相比较环形定子无腹板结构的超大中空占比的旋转行波超声电机具有较大的输出转矩，但是也有诸多不足之处：一是因其定子采用的是螺钉或螺纹的方式固定，电机内通孔的直径不可能设计成很大，导致电机的整体中空占比仍比较小，无法用于一些需要较大通孔的应用场合；二是由于预压力主要是由柔性转子或定子腹板的形变提供，因此对柔性转子或定子腹板的结构设计、刚度设计要求较高，设计难度较大；三是由于定转子提供的形变通常较小，摩擦材料的磨损对预压力的影响极为敏感，摩擦材料磨损后电机预压力大小改变明显，因此电机寿命末期的输出性能因摩擦材料的磨损下降极为明显。现有技术中的定子带腹板结构的实心轴旋转行波超声电机，如《旋转型行波超声电机》（CN201742324U）、《Vibrationwavemotor》（US4937488A）、《螺母调节预压力的旋转型行波超声电机》（CN102223104A）、《一种开式高过载旋转行波超声电机》（CN204408215U）等等。现有技术中所有实心出轴的旋转超声电机，定子普遍采用螺钉固定的形式安装在定子座上或底座上；转子普遍具有较大腹板和柔性结构特征；它们施加预压力的结构或方式虽然有很多种，但是，最终还是利用转子、定子的形变提供预压力（利用柔性转子的形变提供预压力，或是利用定子腹板的形变提供预压力，又或是利用柔性转子和定子一起的形变提供预压力）。现有的这种定子带腹板结构的实心轴旋转行波超声电机，虽然已经很普遍，且已成功应用在汽车（方向盘助力系统）、医疗注射（核磁共振仪）、航天（我国的嫦娥三号）等方面，但是也存在不足之处：一是由于转子通常需要设计成柔性腹板结构，在定子高频振动的影响下容易疲劳破裂，因此通常还需要在转子腹板上设置减振橡胶减小转子腹板的振动；二是预压力主要是由柔性转子或定子腹板的形变提供，因此对柔性转子或定子腹板的结构设计、刚度设计要求较高，设计难度较大；三是由于定转子提供的形变通常较小，摩擦材料的磨损对预压力的影响极为敏感，摩擦材料磨损后电机预压力大小改变明显，因此电机寿命末期的输出性能因摩擦材料的磨损下降极为明显。
技术实现思路
本技术提供一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，具有大中空占比、抗高过载、低速稳定性好、低温启动性好等优点，且电机在整个寿命期间输出性能一致性好；扩展了中空超声电机在大中空占比场合的应用，比如用于大中空占比光学镜头中驱动镜片和波片。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，包括刚性转子组件，刚性转子组件的一侧通过轴承安装在电机底座上，其另一侧顺次安装定子组件、定子支撑架和预压力外壳；前述的刚性转子组件包括顺次连接的刚性转子和摩擦片；前述的定子组件包括顺次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板；在定子内腹板上沿着定子圆周布设配重圆柱体，定子支撑架通过胶粘或过盈配合固定在定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的配重圆柱体上，在定子支撑架的内环圆周上开设至少一个凹槽，在预压力外壳的内环圆周上设置至少一个凸台，凹槽与凸台的个数、开设位置均匹配，预压力外壳内圆周上的凸台卡进定子支撑架凹槽内实现限制定子支撑架和定子组件在周向方向的转动；在预压力外壳和定子支撑架之间还安装布设波簧；在预压力外壳侧面开设出线口，利用螺钉将PCB板安装固定在预压力外壳上，且该PCB板与电接口对接；作为本技术的进一步优选，还包括防尘套，其安装布设在刚性转子和定子之间，其通过胶粘或过盈配合固定在刚性转子内圆周开设的阶梯孔上；前述的防尘套相对定子的端面上开设第一环形凹凸结构，前述定子内腹板上沿着定子圆周布设的配重圆柱体，其两端分别高于定子内腹板，且伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的长度大于伸出定子内腹板相对刚性转子一侧的长度；在配重圆柱体相对刚性转子的端面沿着定子圆周开设第二环形凹凸结构，第二环形凹凸结构与第一环形凹凸结构间隙配合，使定子与防尘套整合时形成迷宫结构；配重圆柱体伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的端面与定子支撑架内环与外环之间形成的圆周槽匹配，将定子支撑架与定子组件整合安装；作为本技术的进一步优选，前述的刚性转子与轴一体成型，电机采用单出轴形式；刚性转子的圆盘为刚性结构，在其外圆周上开设用于粘贴摩擦片的环面，其内圆周上开设用于固定安装防尘套的阶梯孔；防尘套相对刚性转子的端面为阶梯结构，其与开设在刚性转子内圆周上的阶梯孔匹配，通过胶粘或过盈配合将防尘套固定在刚性转子上；作为本技术的进一步优选，在定子支撑架的内环圆周上开设三个均匀分布的凹槽，在预压力外壳的内环圆周表面上设置三个均匀分布的凸台，凹槽与凸台的开设位置均匹配，预压力外壳内圆周上的凸台卡进定子支撑架凹槽内实现限制定子支撑架和定子组件在周向方向的转动；作为本技术的进一步优选，前述定子内腹板上沿着定子圆周布设的配重圆柱体，其两端分别高于定子内腹板，且伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的长度大于伸出定子内腹板相对刚性转子一侧的长度；配重圆柱体伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的端面与定子支撑架内环与外环之间形成的圆周槽匹配，将定子支撑架与定子组件整合安装；作为本技术的进一步优选，前述的刚性转子与轴一体成型，电机采用双出轴形式；一体成型的刚性转子与定子、定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，其特征在于：包括刚性转子组件，刚性转子组件的一侧通过轴承安装在电机底座上，其另一侧顺次安装定子组件、定子支撑架和预压力外壳；前述的刚性转子组件包括顺次连接的刚性转子和摩擦片；前述的定子组件包括顺次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板；在定子内腹板上沿着定子圆周布设配重圆柱体，定子支撑架通过胶粘或过盈配合固定在定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的配重圆柱体上，在定子支撑架的内环圆周上开设至少一个凹槽，在预压力外壳的内环圆周上设置至少一个凸台，凹槽与凸台的个数、开设位置均匹配，预压力外壳内圆周上的凸台卡进定子支撑架凹槽内实现限制定子支撑架和定子组件在周向方向的转动；在预压力外壳和定子支撑架之间还安装布设波簧；在预压力外壳侧面开设出线口，利用螺钉将PCB板安装固定在预压力外壳上，且该PCB板与电接口对接。

【技术特征摘要】
1.一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，其特征在于：包括刚性转子组件，刚性转子组件的一侧通过轴承安装在电机底座上，其另一侧顺次安装定子组件、定子支撑架和预压力外壳；前述的刚性转子组件包括顺次连接的刚性转子和摩擦片；前述的定子组件包括顺次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板；在定子内腹板上沿着定子圆周布设配重圆柱体，定子支撑架通过胶粘或过盈配合固定在定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的配重圆柱体上，在定子支撑架的内环圆周上开设至少一个凹槽，在预压力外壳的内环圆周上设置至少一个凸台，凹槽与凸台的个数、开设位置均匹配，预压力外壳内圆周上的凸台卡进定子支撑架凹槽内实现限制定子支撑架和定子组件在周向方向的转动；在预压力外壳和定子支撑架之间还安装布设波簧；在预压力外壳侧面开设出线口，利用螺钉将PCB板安装固定在预压力外壳上，且该PCB板与电接口对接。2.根据权利要求1所述的采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，其特征在于：还包括防尘套，其安装布设在刚性转子和定子之间，其通过胶粘或过盈配合固定在刚性转子内圆周开设的阶梯孔上；前述的防尘套相对定子的端面上开设第一环形凹凸结构，前述定子内腹板上沿着定子圆周布设的配重圆柱体，其两端分别高于定子内腹板，且伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的长度大于伸出定子内腹板相对刚性转子一侧的长度；在配重圆柱体相对刚性转子的端面沿着定子圆周开设第二环形凹凸结构，第二环形凹凸结构与第一环形凹凸结构间隙配合，使定子与防尘套整合时形成迷宫结构；配重圆柱体伸出定子内腹板相对压电陶瓷片一侧的端面与定子支撑架内环与外环之间形成的圆周槽匹配，将定子支撑架与定子组件整合安装。3.根据权利要求2所述的采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机，其特征在于：前述的刚性转子与轴一体成型，电机采用单出轴形式；刚性转子的圆盘为刚性结构，在其外圆周上开设用于粘贴摩擦片的环面，其内圆周上开设用于固定安装防...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨模尖，杨淋，赵淳生，
申请(专利权)人：南京航大超控科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32