大力矩纵扭复合型超声波电机制造技术

本发明专利技术公开了一种大力矩纵扭复合型超声波电机。它包括由下金属环、压电陶瓷扭振子、中间金属体、压电陶瓷纵振子、上金属环组成的定子，转子，芯轴。定转子通过芯轴相连，使定转子相互压紧，通过施加同频不同相的交流电信号分别作用于纵、扭振子，且施加的电信号频率是定子整体的谐振频率，使定子产生纵扭振动，转子底部外表面粘接摩擦材料，定子振动断续地作用在转子，由于高频和转子的转动惯量作用可使转子匀速运动，具有突出的低速大力矩。本发明专利技术还具有结构简单、装卸方便、性能稳定和制造成本低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用压电效应的电机，尤其涉及纵扭复合型超声波电机。
技术介绍
目前，传统的电磁感应电机，由于绕组结构上的原因，难于实现低速大力矩。对于各类超声波电机，要实现每分钟0～几十转的转速和力矩1～10Nm以上的大力矩也较困难。
技术实现思路
本专利技术提供一种定子采用纵扭复合型振子的大力矩纵扭复合型超声波电机，能实现低转速和大力矩的目的。本专利技术采用的如下三种技术方案1)大力矩纵扭复合型超声波电机包括由下金属环、压电陶瓷扭振子、中间金属体、压电陶瓷纵振子、上金属环组成的定子，转子，芯轴；中间金属体的台肩上从下而上依次固有压电陶瓷纵振子、上金属环，中间金属体的台肩下从上而下依次固有压电陶瓷扭振子、下金属环，中间金属体固定在芯轴上，芯轴底面和下金属环固定在底板上，转子底部外表面粘接摩擦材料，用径向轴承安装在定子上面的芯轴上，通过轴向推力轴承、蝶形弹簧用压紧螺母将定转子压紧，转子的上端装有轴头，定子和转子外装有电机外壳。2)大力矩纵向扭复合型超声波电机包括由下金属环、压电陶瓷扭振子、中间金属体、圆环、压电陶瓷纵振子、上金属环组成的定子，转子，芯轴；固定在中间金属体上的金属圆环上面从下而上依次固有压电陶瓷纵振子、上金属圆环，金属圆环下面从上而下依次固有压电陶瓷扭振子、下金属圆环，中间金属体固定在芯轴上，转子底部外表面粘接摩擦材料，用径向轴承安装在定子上面的芯轴上，通过轴向推力轴承、蝶形弹簧用压紧螺母将定转子压紧。3)大力矩纵扭得合型超声波电机包括由下金属环、压电陶瓷扭振子、中间金属体、压电陶瓷纵振子、上金属环组成的定子，转子，芯轴；中间金属体的台肩上从下而上依次固有压电陶瓷纵振子、上金属环，中间金属体的台肩下从上而下依次固有压电陶瓷扭振子、下金属环，中间金属体固定在芯轴上，转子底部外表面粘接摩擦材料，用径向轴承安装在定子上面的芯轴上，通过轴向推力轴承、蝶形弹簧用压紧螺母将定转子压紧，转子的上端装有能在电机上外壳的径向轴承中转动的轴头，定子和转子外装有由电机上外壳和电机下外壳组成的壳体内，电机上、下外壳与中间金属环用螺钉固接成一体。本专利技术与
技术介绍
相比具有的有益效果是1)结构紧凑简单，根据驱动结构要求可嵌入，可与系统一起集成，或作为外转子，在转子上直接布置齿轮等；2)能量密度是电磁型电机的3～5倍，是典型的低速大力矩电机，可用于直接驱动，因此可减轻飞行物的重量，用于航空航天领域；3)易调速，低速区平稳无脉动(较一般低速电机诸如步进电机而言)，但在控制上又可实现步进驱动，而且定位精度高；4)停电后具有摩擦自锁功能，且在高频域振动，能量衰减极快，有极高动态响应特性(机械时间常数在4ms以内)、易实现高精度的速度和位置伺服控制；5)可直接驱动，因无齿轮减速装置产生的间隙，可精确定位；6)与直流电机相似的下垂的转矩-转速特性；7)由于无铁心和线圈，因此抗电磁干扰性强，即电磁兼容性(EMC)好。本专利技术还具有制造成本低、结构简单、装卸方便和性能稳定。附图说明图1是本专利技术端面安装的电机结构示意图；图2是本专利技术不用外壳的电机结构示意图；图3是本专利技术采用外壳的电机结构示意图。具体实施例方式如图1所示，它包括由下金属环1、压电陶瓷扭振子2、中间金属体3、压电陶瓷纵振子4、上金属环5组成的定子，转子7，芯轴14；中间金属体3的台肩上从下而上依次固有压电陶瓷纵振子4、上金属环5，中间金属体3的台肩下从上而下依次固有压电陶瓷扭振子2、下金属环1，中间金属体3固定在芯轴14上，芯轴14底面和下金属环1固定在底板19上，转子7底部外表面粘接摩擦材料6，用径向轴承13安装在定子上面的芯轴14上，通过轴向推力轴承8、蝶形弹簧9用压紧螺母12将定转子压紧，转子7的上端装有轴头11，定子和转子7外装有电机外壳10。图1为端面安装的电机，其芯轴14与底板19用固定螺栓17连接，下金属圆环1与底板19用定位销18固定，以免因扭振动使定子压电陶瓷振子板动，底板19形状方形或圆形均可，其上布置四个安装孔15，引线为16。如图2所示，它包括由下金属环1、压电陶瓷扭振子2、中间金属体20、圆环21、压电陶瓷纵振子4、上金属环5组成的定子，转子7，芯轴14；固定在中间金属体20上的金属圆环21上面从下而上依次固有压电陶瓷纵振子4、上金属圆环5，金属圆环21下面从上而下依次固有压电陶瓷扭振子2、下金属圆环1，中间金属体3固定在芯轴14上，转子7底部外表面粘接摩擦材料6，用径向轴承13安装在定子上面的芯轴14上，通过轴向推力轴承8、蝶形弹簧9用压紧螺母12将定转子压紧。图2为不用外壳的电机，为外转子超声波电机，直接通过中间金属圆环21(同时是法兰)安装。这时安装位置基本保证在扭转振动的轴向中性位置，避免安装位置给电机纵扭振动带来的影响，考虑实际结构完全保证这一位置有一定困难，为减小对纵扭振动的影响，采用金属圆环21中间用曲线过渡，减小金属圆环的安装对定子的纵扭刚度影响，如图2中的金属圆环21结构所示，这种结构的另一好处是其芯轴14可缩短。金属圆环21用方形或圆形结构其上布置安装孔22，引线为16。如图3所示，它包括由下金属环1、压电陶瓷扭振子2、中间金属体24、压电陶瓷纵振子4、上金属环5组成的定子，转子7，芯轴4；中间金属体24的台肩上从下而上依次固有压电陶瓷纵振子4、上金属环5，中间金属体18的台肩下从上而下依次固有压电陶瓷扭振子2、下金属环1，中间金属体18固定在芯轴14上，转子7底部外表面粘接摩擦材料6，用径向轴承13安装在定子上面的芯轴14上，通过轴向推力轴承8、蝶形弹簧9用压紧螺母12将定转子压紧，转子7的上端装有能在电机上外壳20的径向轴承21中转动的轴头11，定子和转子7外装有由电机上外壳20和电机下外壳23组成的壳体内，电机上、下外壳20、23与中间金属环18用螺钉25固接成一体。图3为采用外壳的电机结构，电机上下盖20、23与中间金属体24用螺钉25相互连接，固定电机定转子，同时，在电机上盖有径向轴承27，这样两个径向轴承13、27共同作用，可承担较大的径向负载，因为大力矩时往往径向力也较大，这样保证定转子有较稳定的接触面。中间金属体24连接处采用曲线过渡，减小对定子的纵扭刚度影响，安装孔为28，引线为16。电机的运转过程如下，通过施加同频不同相的交流电信号分别作用于纵、扭振子，且施加的电信号频率是定子整体的谐振频率，使定子产生纵扭振动，这两个同频振动在定转子接触面质点产生椭圆运动轨迹，在转子表面粘接摩擦材料，定子振动断续地作用具有磨擦材料的转子上，由于高频(振动20KHz以上)和转子的转动惯量作用，并可使转子匀速转动，并达到低速大力矩的特性。以上三种电机实现的堵转力矩12Nm以上，空载转速12r/min，电机特性近似一条下垂的直线，测到的步进分辨率为0.005度，已实现的重复定位精度为0.025度，电机瞬态响应很快，起动时间在3～4个ms，关停时间在2个ms以内。上述性能表明该电机的控制性能优越，作为控制电机十分适合。权利要求1.大力矩纵扭复合型超声波电机，其特征在于它包括由下金属环(1)、压电陶瓷扭振子(2)、中间金属体(3)、压电陶瓷纵振子(4)、上金属环(5)组成的定子，转子(7)，芯轴(14)；中间金属体(3)的台肩上从下而上本文档来自技高网...

【技术保护点】
大力矩纵扭复合型超声波电机，其特征在于：它包括由下金属环（１）、压电陶瓷扭振子（２）、中间金属体（３）、压电陶瓷纵振子（４）、上金属环（５）组成的定子，转子（７），芯轴（１４）；中间金属体（３）的台肩上从下而上依次固有压电陶瓷纵振子（４）、上金属环（５），中间金属体（３）的台肩下从上而下依次固有压电陶瓷扭振子（２）、下金属环（１），中间金属体（３）固定在芯轴（１４）上，芯轴（１４）底面和下金属环（１）固定在底板（１９）上，转子（７）底部外表面粘接摩擦材料（６），用径向轴承（１３）安装在定子上面的芯轴（１４）上，通过轴向推力轴承（８）、蝶形弹簧（９）用压紧螺母（１２）将定转子压紧，转子（７）的上端装有轴头（１１），定子和转子（７）外装有电机外壳（１０）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭吉丰，魏燕定，郭海训，陈永校，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]