旋转型行波超声电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种旋转型行波超声电机，包括定子、转子、输出轴、底座和与底座连接的外壳，定子安装在底座上，定子下表面粘贴有压电陶瓷，压电陶瓷的引线通过外壳与底座之间预留的缝隙引出；转子安装在输出轴上，转子上端粘贴有阻尼材料，转子下端面粘贴有摩擦材料层并与定子接触；输出轴顶端通过上轴承安装在外壳端盖上，输出轴下端通过下轴承定位在底座上。对定子输入交流电压时，定子被激发出旋转模态，由于定、转子之间存在预压力，定、转子间即可产生摩擦力，该摩擦力将推动转子转动；动力由输出轴输出。本实用新型专利技术除具有行波型超声电机的优点外，还具有结构简单、成本低、效率高、易于加工和装配等优点。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种超声电机，具体涉及一种结构紧凑，易于加工、装配和使用， 并且效率高、应用范围广的旋转型行波超声电机。
技术介绍
超声电机，是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微电机。旋转型行波 超声电机属于行波型超声电机的一种。旋转型行波超声电机比传统电机具有更独特的优 势，例如结构 简单、紧凑，转矩/重量比大(是传统电机的3 10倍)；低速大转矩，无需 齿轮减速机构，可实现直接驱动，由此大大减小由齿轮箱所增加的体积、振动、噪声、能量损 耗和传动误差；响应快(毫秒级)；速度和位置控制性好，分频率高；断电自锁，且能保持原 有停止位置不动；不产生磁场，亦不受外界磁场干扰；能够低噪声运行。但是，现有的旋转 型行波超声电机大多不能同时具备以上优点；而能够完全具有以上优点的旋转型行波超声 电机制造成本又比较高，不能得到广泛运用。因此，研制性能良好、结构和工艺简单的旋转 型行波超声电机具有重大意义。
技术实现思路
专利技术目的本技术的目的在于提供一种结构紧凑，易于加工、装配和使用，并 且效率高，应用范围更广的旋转型行波超声电机。技术方案为解决上述技术问题，本技术的旋转型行波超声电机，包括定子、 转子、输出轴、底座和与底座连接的外壳，所述定子安装在底座上，定子下表面粘贴有压电 陶瓷，压电陶瓷的引线通过外壳与底座之间预留的缝隙引出；所述转子安装在输出轴上，转 子上端粘贴有阻尼材料，转子下端面粘贴有摩擦材料层并与定子接触；所述输出轴顶端通 过上轴承安装在外壳端盖上，输出轴下端通过下轴承定位在底座上。外壳与底座通过螺栓 连接，并通过上轴承将预压力施加到转子上，为定子和转子之间提供传动所需的正压力。所述定子为变阶梯厚度，定子上端与转子接触的位置设有齿，该齿与转子下端面 粘贴的摩擦材料层接触以实现动力传递。所述转子为带柔性变形结构的柔性转子，转子通过其本身的弹性变形来保证定子 和转子接触界面上的正压力。所述外壳与底座通过螺栓连接。外壳端面与输出轴顶端通过上轴承配合，螺栓拧 紧后给转子施加压力，通过这种方式在定子和转子之间产生必要的正压力。所述转子通过螺栓安装在输出轴上。有益效果本技术的旋转型行波超声电机，通过将定子设计为径向阶梯厚度 的拓补形状，其内径固支而外径边界条件为自由，采用转子轴直接输出动力，使其结构更加 紧凑，加工和装配都易于实现较高的精度，同时更便于安装和应用，特别适合于精密机械的 驱动装置。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为图1中压电陶瓷4的极化分区示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术作更进一步的说明。如图1所示，本技术的旋转型行波超声电机，包括定子6、转子7、输出轴1、底 座3和与底座3连接的外壳10，定子6安装在底座3上，定子6下表面粘贴有压电陶瓷4，压 电陶瓷4的引线5通过外壳10与底座3之间预留的缝隙引出 ’转子7安装在输出轴1上， 转子7上端粘贴有阻尼材料8，转子7下端面粘贴有摩擦材料层11并与定子6接触；输出 轴1顶端通过上轴承9安装在外壳10的端盖上，输出轴1下端通过下轴承2定位在底座3 上。外壳10与底座3通过螺栓或螺钉连接，并通过上轴承9将预压力施加到转子7上， 为定子6和转子7之间提供传动所需的正压力。这样电机安装更加方便、可靠，不会影响电 机的工作模态。定子6为变阶梯厚度，定子6上端与转子7接触的位置设有齿，该齿与转子7下端 面粘贴的摩擦材料层11接触以实现动力传递。定子6的变厚度和齿槽尺寸以及位置经有 限元优化设计计算确定，以获得最佳共振频率及最大的定子端面振幅。定子6端部设有喇 叭口，目的是加大振幅和减小电机本身重量。转子7通过螺栓或螺钉安装在输出轴1上，转子7为带柔性变形结构的柔性转子， 转子7通过其本身的弹性变形来保证定子6和转子7接触界面上的正压力。外壳10与底 座3通过螺栓或螺钉连接。外壳10端面与输出轴1顶端通过上轴承9配合，螺栓拧紧后给 转子7施加压力，通过这种方式在定6子和转子7之间产生必要的正压力。本技术的旋转型行波超声电机在使用时，输出轴1与转子7通过螺钉固连在 一起，上轴承9与外壳10是滑动配合，对输出轴1进行定位；外壳10在顶端对上轴承9施 加轴向约束，当拧紧底座3与外壳10之间的螺栓时，通过柔性转子7的弹性变形提供定子 6和转子7之间接触的正压力。柔性转子7良好的弹性可以减小径向滑移，提高摩擦传动 的效率。定子6通过螺栓与底座3固连在一起，下轴承2与底座3是滑动配合，对输出轴1 径向支撑和进行定位。当电机通过引线5对定子6输入超声频域内一定的交流电压时，定 子6将被激发出旋转模态，其齿上表面部分的质点形成椭圆运动。由于定子6和转子7之 间存在预压力，定子6和转子7间即可产生摩擦力，这种摩擦力将推动转子7转动。动力由 输出轴1输出。图2为电机定子使用的压电陶瓷4的极化分区图，包括A、B两相二组大的分区(在 空间相位上正交)，为多分区形式(可视定子的工作模态进行专门设计)。在A、B两相极化 了的压电陶瓷间留有λ /4和3 λ /4的空间。在Α、Β两相之间3 λ /4区域中的λ /4孤极虽 然极化，但不是用来激励定子的，其上不施加交变电压。当其随定子振动时由于逆压电效应 在孤极上会产生交变电压，通过该电压可判断超声电机的工作状态，因此该电压可供驱动 和控制电路用作反馈信号，通常称之为孤极反馈。极化后的压电陶瓷片受电场作用会产生变形，极化方向与电场方向相同的分区产生伸长变形，极化方向与电场方向相反的分区产生压缩变形。于是，当对压电陶瓷片施加两 相时间相位正交的交变电场时，就可使定子产生横向弯曲振动，而且由两相时间、空间相位 均正交的振动模态组成。当A相通以sincot (其频率等于定子工作模态频率)交变电压时， 定子将被激发出弯曲共振；当B相通以和A相同频、同幅的cos ω t交变电压时，定子产生另 一弯曲共振。如果将这两个电压同时分别加到A相和B相，那么，这两个相互正交的弯曲振 动的合成，定子就呈现旋转弯曲模态，定子上端面形成行波，从而使定子上端面上任一质点 产生椭圆运动。正是这个椭圆运动，加上定、转子间的预压力，使定、转子间产生摩擦力，推 动转子沿定子端面行波方向相反的方向转动。此时，压电陶瓷的孤极作为反馈相，它是利用 压电陶瓷片的正压电效应，产生交变电压，用以作为反馈电压对电机进行自动频率跟踪，从 而保证电机的转速稳定。本专利技术的转子采用新型的柔性转子，易于加工。经过优化设计的转子尺寸，可以保 证定子和转子良好的接触，大大减少定子和转子之间的相对滑动，从而可以减少能量损失， 提高电机的效率。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出对于本
的普通技 术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本技术的 保护范围。权利要求一种旋转型行波超声电机，其特征在于包括定子(6)、转子(7)、输出轴(1)、底座(3)和与底座(3)连接的外壳(10)，所述定子(6)安装在底座(3)上，定子(6)下表面粘贴有压电陶瓷(4)，压电陶瓷(4)的引线(5)通过外壳(10)与底座(3)之间预留的缝隙引出；所述转子(7)安装在输出轴(1)上，转子(7)上端粘贴有阻尼材料(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转型行波超声电机，其特征在于：包括定子（６）、转子（７）、输出轴（１）、底座（３）和与底座（３）连接的外壳（１０），所述定子（６）安装在底座（３）上，定子（６）下表面粘贴有压电陶瓷（４），压电陶瓷（４）的引线（５）通过外壳（１０）与底座（３）之间预留的缝隙引出；所述转子（７）安装在输出轴（１）上，转子（７）上端粘贴有阻尼材料（８），转子（７）下端面粘贴有摩擦材料层（１１）并与定子（６）接触；所述输出轴（１）顶端通过上轴承（９）安装在外壳（１０）的端盖上，输出轴（１）下端通过下轴承（２）定位在底座（３）上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，苏勋涛，刘志，
申请(专利权)人：江苏春生超声电机有限公司，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]