一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機的製作方法
2023-10-22 02:20:57
專利名稱：一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機的製作方法
技術領域：
本發明專利涉及一種超聲電機，尤其涉及一種螺紋施加預壓力、空心軸輸出的、可用於調節光闌的新結構旋轉型行波超聲電機。
背景技術：
光闌是控制光束通過多少的設備。主要用於調節通過的光束的強弱等。光闌通常是由光闌葉片、光闌動圈、定圈組成；並通過動圈和定圈的相對運動實現控制光闌葉片的運動，進而實現光闌的調節。目前光闌調節採用電磁電機帶動減速機構來實現，其結構複雜，需要額外的減速機構，控制精度不高，體積大。而超聲電機是一種利用逆壓電效應，彈性體
振動和摩擦傳動原理的新型電機。與一般電磁電機相比，超聲電機能直接輸出低轉速大力矩，結構緊湊、不產生磁場且瞬態響應快、定位精度高，非常適合取代傳統的伺服電機。已應用於航空、航天、光學、醫療和微機電系統領域。但是，目前超聲電機多為實心軸輸出力矩(如中國專利zl20102021943910)，由於其結構限制，即採用實心軸輸出，光路不能穿過，不能應用在光闌調節裝置中。而環形超聲電機由於採用疊彈簧施加預壓力，其輸出扭矩較小，不足以帶動光闌的定圈和動圈實現相對運動。
發明內容
本發明針對上述問題的不足，提出一種施加預壓力大、調節精度高且能用於光闌調節系統的螺紋式空心旋轉型行波超聲電機。本發明專利為解決上述技術問題提出的技術方案是一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，用於調節光闌，所述光闌包括光闌定圈和設有連杆的光闌動圈，包括底座、定子軸和轉子軸；所述定子軸和轉子軸均沿軸線空心設置，且轉子軸置於定子軸的空腔內，同時轉子軸的外壁與定子軸的內壁螺紋配合連接；所述定子軸的一端與底座固定連接，另一端向外延伸設置定子環形凸緣，而轉子軸與定子環形凸緣相鄰的端部向外延伸設置轉子環形凸緣；轉子環形凸緣位於定子環形凸緣外側，且轉子環形凸緣、定子環形凸緣兩者的相鄰面之間設置摩擦材料層，而定子環形凸緣與轉子環形凸緣相背的表面粘貼有壓電陶瓷片，轉子環形凸緣與定子環形凸緣相背的表面設置阻尼材料層；所述轉子軸內腔設置有用於光闌安裝連接的安裝部，且轉子軸內腔依照轉子軸運動軌跡開設用於限制光闌動圈與光闌定圈相對轉動角度的限位槽；同時所述光闌動圈通過連杆穿過限位槽與定子軸連接固定。進一步地所述定子軸與底座螺紋連接固定，所述底座設置有用於限制定子軸軸向運動的通孔階梯面。優選的所述底座沿周向通過設置螺釘或螺栓組件用於底座的安裝固定。優選的所述轉子軸、定子軸以及光闌同軸設置。優選的所述光闌安裝在轉子軸內腔所設置的階梯環面的安裝部。優選的所述定子軸開設有固定螺紋孔，所述光闌動圈的連杆為雙頭螺杆，該雙頭螺杆一端與光闌動圈螺紋連接，另一端與固定螺紋孔相連。本發明的一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，相比現有技術，具有以下有益效果:
I.由於本發明設置有底座、定子軸和轉子軸；所述定子軸和轉子軸均沿軸線空心設置，且轉子軸置於定子軸的空腔內，因此將光闌設置於定子軸的空腔內，可實現光路的通過，同時其空心直徑大。2.由於轉子軸置於定子軸的空腔內，同時轉子軸的外壁與定子軸的內壁螺紋配合連接，且轉子軸的轉子環形凸緣、定子軸的定子環形凸緣兩者的相鄰面之間設置摩擦材料層，因此，當轉子軸與定子軸通過轉子軸外壁與定子軸內壁螺紋配合連接時，轉子環形凸緣與定子環形凸緣兩者之間的距離就會減小，此時轉子環形凸緣與定子環形凸緣之間產生相互作用，對摩擦材料層產生預應力。由於預壓力時通過螺紋連接產生，因此其預壓力大小可通過調節螺紋進行控制，因而可以施加的預壓力比用疊彈簧施加的預壓力大，進而其輸出力矩大。當轉子軸轉動時，轉子軸沿著轉子軸的外壁與定子軸的內壁配合的螺旋旋轉，轉子 環形凸緣與定子環形凸緣兩者之間的距離就會產生變化，也就是他們之間的相互作用大小產生變化，因而預應力產生變化。當轉子軸與定子軸之間的轉動的轉角較小時，轉子環形凸緣與定子環形凸緣的距離變化小，因此轉子環形凸緣與定子環形凸緣相互作用小，從而預應力產生變化小，此時可以近似認為預壓力恆定。3.轉子軸置於定子軸的空腔內，轉子設計為空心。同時轉子軸的外壁與定子軸的內壁螺紋配合連接，定子軸的環形凸緣高頻微觀振動通過定、轉子軸摩擦作用實現轉子軸垂直於定子軸的平面上作旋轉運動。同時沿定子軸作伸縮運動，因此只需通過合理地設計定子軸的內壁螺紋的螺紋螺距，使得轉子軸沿定子軸作伸縮運動的距離近似為零，即可使得轉子軸只在垂直於定子軸的平面上作旋轉運動。由於所述光闌與轉子軸內腔所設置的安裝部安裝連接，同時所述光闌動圈的連杆穿過限位槽與定子軸連接固定，當轉子軸轉動時，由於光闌動圈通過連杆與定子軸連接，因此使得光闌定圈和動圈產生相對運動，從而能實現控制光闌葉片的運動，進而實現光闌的調節。由於本發明只有定子、轉子和底座三個部件，大大減少了電機的零件數量，同時由於超聲電機位置和速度控制性能好，位置解析度高，響應快，因此可實現光闌的高精度自動調節，並且本發明也非常適合應用於衛星合成孔徑雷達、醫療光學影像裝置和雷射精密加工中的光闌調節。4.由於底座設置有通孔階梯面，因此所述定子軸與底座螺紋連接固定，所述當所述定子軸與底座螺紋連接時，能夠限制定子軸軸向運動，防止定子軸伸出底座。5.由於所述底座沿周向通過設置螺釘或螺栓組件用於底座的安裝固定，因此在其他器件上使用本發明時，可方便地將本發明固定在該器件上。
圖I是本發明實施例的結構示意 圖2是圖I的局部不意圖，其中圖2b為圖I中I的結構不意圖，圖2a為圖2b的俯視
圖3是圖I中定子軸的結構示意 圖4是圖I中定子軸和底座的結構不意圖；其中1為轉子軸，2為定子軸，3為底座，4為阻尼材料層，5為摩擦材料層，6為壓電陶瓷片，7為限位槽，8為固定孔，9為底座螺釘孔，11為轉子環形凸緣，12為安裝部，13為第一外螺紋，21為定子環形凸緣，22為第一內螺紋，23為第二外螺紋，a為限位槽的角度。
具體實施例方式附圖非限制性地公開了本發明一個優選實施例的結構示意圖，以下將結合附圖詳細地說明本發明的技術方案。
實施例本實施例的一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機如圖1-4所示，用於調節光闌，所述光闌包括光闌定圈和設有連杆的光闌動圈，本實施例包括底座、定子軸和轉子軸，所述
定子軸和轉子軸均沿軸線空心設置，且轉子軸置於定子軸的空腔內，同時轉子軸的外壁與定子軸的內壁螺紋配合連接，所述轉子軸為帶柔性變形結構的柔性轉子軸；所述定子軸的一端與底座固定連接，另一端向外延伸設置定子環形凸緣，而轉子軸與定子環形凸緣相鄰的端部向外延伸設置轉子環形凸緣；所述定子軸固定在底座的一端內側設置有第一內螺紋，外側設置有第二外螺紋，所述轉子軸與轉子環形凸緣相背離的一端設置有與第一內螺紋相配合的第一外螺紋，所述轉子軸與定子軸通過第一內螺紋、第一外螺紋螺紋連接；所述底座設置有與第二外螺紋相配合的第二內螺紋，同時所述底座設置有用於限制定子軸軸向運動的通孔階梯面，所述定子軸與底座通過第二外螺紋、第二內螺紋螺紋連接；所述轉子環形凸緣位於定子環形凸緣外側，且轉子環形凸緣、定子環形凸緣兩者的相鄰面之間設置摩擦材料層，而定子環形凸緣與轉子環形凸緣相背的表面粘貼有壓電陶瓷片，轉子環形凸緣與定子環形凸緣相背的表面設置阻尼材料層；所述轉子軸內腔設置有用於光闌安裝連接的安裝部，且轉子軸內腔依照轉子軸運動軌跡開設用於限制光闌動圈與光闌定圈相對轉動角度的限位槽；同時所述光闌動圈通過連杆穿過限位槽與定子軸連接固定。即光闌動圈通過連杆與定子軸連接，光闌與轉子軸安裝固定，且光闌隨轉子軸在垂直於定子軸的平面上作旋轉運動，由於光闌動圈通連杆與定子軸相連接，因此當轉子軸轉動時，帶動光闌轉動，由於光闌動圈通連杆與定子軸相連接，使得連杆不動，因而使得連杆驅動光闌動圈與光闌定圈進行相對運動，進而實現光闌的調節。同時轉子軸內腔依照轉子軸運動軌跡開設用於限制限位槽，即所述限位槽的開槽角度根據光闌定圈與動圈之間相對運動時的轉動角度決定。所述底座沿周向通過設置螺釘或螺栓組件用於底座的安裝固定，該底座沿周向開設有四個安裝孔，用於通過螺釘或螺栓組件固定底座。所述轉子軸、定子軸以及光闌同軸設置。所述光闌安裝在轉子軸內腔所設置的階梯環面的安裝部。所述定子軸開設有固定螺紋孔，所述光闌動圈的連杆為雙頭螺杆，該雙頭螺杆一端與光闌動圈螺紋連接，另一端與固定螺紋孔相連。由上述可知，本實施例的有益效果有
I.由於本實施例設置有底座、定子軸和轉子軸；所述定子軸和轉子軸均沿軸線空心設置，且轉子軸置於定子軸的空腔內，因此將光闌設置於定子軸的空腔內，可實現光路的通過，同時其空心直徑大。2.由於轉子軸置於定子軸的空腔內，所述定子軸一端向外設置有定子環形凸緣，而另一端分別設置有第一內螺紋；所述轉子軸一端向外設置有轉子環形凸緣，而另一端設置有與第一內螺紋相配合的第一外螺紋，所述轉子軸與定子軸通過第一內螺紋、第一外螺紋螺紋連接；同時轉子軸的轉子環形凸緣、定子軸的定子環形凸緣兩者的相鄰面之間設置摩擦材料層，因此，當轉子軸與定子軸通過第一內螺紋、第一外螺紋螺紋連接時，轉子環形凸緣與定子環形凸緣兩者之間的距離就會減小，此時轉子環形凸緣與定子環形凸緣之間產生相互作用，對摩擦材料層產生預壓力。由於預壓力時通過螺紋連接產生，因此其預壓力大小可通過調節螺紋進行控制，因而可以施加的預壓力比用疊彈簧施加的預壓力大，進而其輸出力矩大。當轉子軸轉動時，轉子軸沿著第一內螺紋(第一外螺紋)螺旋旋轉，轉子環形凸緣與定子環形凸緣兩者之間的距離就會產生變化，也就是他們之間的相互作用大小產生變化，因而預應力產生變化。當轉子軸與定子軸之間的轉動的轉角較小時，轉子環形凸緣與定子環形凸緣的距離變化小，因此轉子環形凸緣與定子環形凸緣相互作用小，從而預應力產生變化小，可以近似認為預壓力恆定。同時通過柔性轉子改進了定、轉子間的變形匹配，減少徑向滑動和能量損耗。 3.由於轉子軸置於定子軸的空腔內，同時定子軸、轉子軸通過第一內螺紋、第一外螺紋連接，因此轉子軸轉動時，轉子軸沿著第一內螺紋(第一外螺紋)螺旋旋轉，因而轉子軸能沿定子能在在垂直於定子軸的平面上做旋轉運動，同時轉子軸沿定子軸作伸縮運動，因此只需通過合理地設計定子軸的內壁螺紋(第一內螺紋)的螺紋螺距，使得轉子軸沿定子軸作伸縮運動的距離近似為零，即可使得轉子軸只在垂直於定子軸的平面上作旋轉運動。由於所述光闌與轉子軸內腔所設置的安裝部安裝連接，同時所述光闌動圈的連杆穿過限位槽與定子軸連接固定，當轉子軸轉動時，由於光闌動圈通過連杆與定子軸連接，因此使得光闌定圈和動圈產生相對運動，從而能實現控制光闌葉片的運動，進而實現光闌的調節，因而能調節光闌通過的光束強弱。同時由於本發明只有定子、轉子和底座三個部件，大大減少了電機的零件數量，同時由於超聲電機位置和速度控制性能好，位置解析度高，響應快，因此可實現光闌的高精度自動調節，並且本發明也非常適合應用於衛星合成孔徑雷達、醫療光學影像裝置和雷射精密加工中的光闌調節。4.由於底座設置有通孔階梯面，因此所述定子軸與底座螺紋連接固定，所述當所述所述定子軸與底座通過第二外螺紋、第二內螺紋螺紋連接接時，能夠限制定子軸軸向運動，防止定子軸伸出底座。5.由於所述底座沿周向通過設置螺釘或螺栓組件用於底座的安裝固定，因此在其他器件上使用本實施例時，可方便地將本實施例固定在該器件上。上面結合附圖所描述的本發明優選具體實施例僅用於說明本發明的實施方式，而不是作為對前述發明目的和所附權利要求內容和範圍的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術和權利保護範疇。
權利要求
1.一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，用於調節光闌，所述光闌包括光闌定圈和設有連杆的光闌動圈，其特徵在於包括底座、定子軸和轉子軸；所述定子軸和轉子軸均沿軸線空心設置，且轉子軸置於定子軸的空腔內，同時轉子軸的外壁與定子軸的內壁螺紋配合連接；所述定子軸的一端與底座固定連接，另一端向外延伸設置定子環形凸緣，而轉子軸與定子環形凸緣相鄰的端部向外延伸設置轉子環形凸緣；轉子環形凸緣位於定子環形凸緣外偵牝且轉子環形凸緣、定子環形凸緣兩者的相鄰面之間設置摩擦材料層，而定子環形凸緣與轉子環形凸緣相背的表面粘貼有壓電陶瓷片，轉子環形凸緣與定子環形凸緣相背的表面設置阻尼材料層；所述轉子軸內腔設置有用於光闌安裝連接的安裝部，且轉子軸內腔依照轉子軸運動軌跡開設用於限制光闌動圈與光闌定圈相對轉動角度的限位槽；同時所述光闌動圈通過連杆穿過限位槽與定子軸連接固定。
2.根據權利要求I所述螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，其特徵在於所述定子軸與底座螺紋連接固定，所述底座設置有用於限制定子軸軸向運動的通孔階梯面。
3.根據權利要求2所述螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，其特徵在於所述底座沿周向通過設置螺釘或螺栓組件用於底座的安裝固定。
4.根據權利要求3所述螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，其特徵在於所述轉子軸、定子軸以及光闌同軸設置。
5.根據權利要求4所述螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，其特徵在於所述光闌安裝在轉子軸內腔所設置的階梯環面的安裝部。
6.根據權利要求5所述螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，其特徵在於所述定子軸開設有固定螺紋孔，所述光闌動圈的連杆為雙頭螺杆，該雙頭螺杆一端與光闌動圈螺紋連接，另一端與固定螺紋孔相連。
全文摘要
本發明涉及一種螺紋式空心旋轉型行波超聲電機，用於調節光闌，所述光闌包括光闌定圈和設有連杆的光闌動圈，本發明包括底座、壓電陶瓷片、摩擦材料層、阻尼材料層以及均沿軸線空心設置的定子軸和轉子軸。本發明能夠使本發明不僅施加預壓力大、調節精度高，而且安裝方便、結構簡單、輸出扭矩大，同時能用於光闌調節系統。本發明也非常適合用於需要光闌調節精度高的精密光學系統中。
文檔編號H02N2/16GK102751906SQ20121023779
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者周盛強, 李曉牛 申請人:南京航空航天大學