一種環形行波型超聲波電機的製作方法
2023-06-26 09:54:41 1
專利名稱：一種環形行波型超聲波電機的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種環形行波型超聲波電機，屬於超聲波電機製造的技術領域。
背景技術：
超聲波電機是一種具有全新驅動原理的電機，與傳統電磁電機相比，超聲波電 機不再使用線圈，採用壓電陶瓷逆壓電效應和定轉子間摩擦耦合來完成電機從電能 到轉矩輸出能量的轉換。因此超聲波電機相對電磁電機具有響應快、低速大轉矩、 無輸入自鎖、不受電磁幹擾等優點。
行波型超聲波電機利用的是彎曲-彎曲振動模態，定、轉子間的接觸是局部面接 觸，定子連續推動轉子旋轉，大大降低了定、轉子接觸界面的磨損，傳動效率高。 但是，由於行波型超聲波電機的定、轉子之間是局部接觸，使得輸出轉矩較小。
由於環形行波型超聲波電機除擁有超聲波電機的響應快、低速大轉矩、無輸入 自鎖、不受電磁幹擾等優點之外，還具有壽命長、傳動效率高等優點，所以具有極 其廣闊的應用前景。但是，它的工作方式是利用定、轉子之間的局部接觸，讓定子 連續推動轉子旋轉，使得它的輸出轉矩較小。如何在保證環形行波型超聲波電機各 種優點不受影響的基礎上，提高其輸出轉矩一直是這一領域關注的焦點。
傳統的環形行波型超聲波電機為了提高其輸出轉矩，最常用的方法是增加電機 的直徑和電機的軸向壓力。增加電機的直徑實際上就是增加了電機的接觸面，從而 提高了電機的輸出轉矩。但是，這樣一來也就大大增加了電機的體積， 一般情況下 都不會被採用。加大電機的軸向壓力，同樣可以提高電機的輸出轉矩，但是隨著軸 向壓力的增加，電機的摩擦損耗也會相應增加，導致電機的壽命減小。
除以上兩種常見方法之外，還有許多通過改變電機結構來實現增加輸出轉矩的 方法。如一種雙面齒結構的環形行波型超聲波電機，在定子兩側放置兩個轉子，通 過定子與其兩側轉子的摩擦提供輸出轉矩。由於定子的兩面都與轉子有摩擦接觸， 從而增加了接觸面，提高了電機的輸出轉矩。但是，在這一結構中，採用的是轉子 不動，而粘結壓電陶瓷的定子旋轉方式，因此定子上粘接的壓電陶瓷需要通過電刷將驅動電信號引入，大大降低了電機工作的可靠性。另外一種雙定子環形行波型超 聲波電機，採用了兩個定子夾一個轉子的方式，由定子通過摩擦接觸推動轉子旋轉， 由於有兩個定子共同推動一個轉子，因此將增加電機的輸出力矩；但是，兩個定子 同時推動一個轉子，會使得兩個定子的振動發生疊加或互相抵消，降低電機的工作 效率。還有一種通過柔性連軸器將兩個電機連接起來的運行方式，兩個電機通過柔 性軸連接，共同驅動同一根軸，將增加電機軸上的輸出轉矩；但是由於兩個電機之 間使用的是柔性連軸器連接，兩個電機的軸將會出現不同心的情況，使得電機的徑 向振動增大，降低了電機工作的穩定性。
發明內容
技術問題本實用新型的目的在於克服以上缺點，提供-種體積小、力矩大、 效率高、壽命長、能可靠穩定工作的一種環形行波型超聲波電機。本實用新型使用 傳統行波型超聲波電機的驅動電源為兩個定子上的壓電陶瓷以並聯方式提供驅動電 壓，在不增加電機直徑基礎上，利用機械零件加工的一致性和優化選擇，保證兩個 定子性能一致，通過同軸的兩套定、轉子的工作，提高輸出轉矩的同時保證其壽命、 效率、可靠性及穩定性不受影響。
技術方案本實用新型是一種環形行波型超聲波電機，包括一個轉軸、兩個定 子和兩個轉子，以及安裝固定底座和端蓋，其特徵在於該電機為上下對稱的結構， 轉軸穿過上部的端蓋與下部的底座，其中在下部的底座內固定有第一定子,在第一 定子外側設有第一摩擦材料，在第一定子內側設有第一壓電陶瓷，第一轉子的中間 經第一配合墊片固定在轉軸上;在上部的端蓋內固定有第二定子,在第二定子外側設 有第二摩擦材料，內側設有第二壓電陶瓷，第二轉子的中間經第二配合墊片固定在
轉軸上。
所述的第一壓電陶瓷、第二壓電陶瓷採用同一個電源並聯驅動。 所述的轉軸由固定在下部的底座上的第一軸承和固定在上部的端蓋上的第二軸 承將其夾住，提高電機軸向耐振動衝擊能力。
有益效果本實用新型提供的一種一種環形行波型超聲波電機即不需要連軸 器，也不需要電刷滑環。它消除了由連軸器帶來的電機徑向滑動，進而減小了電機 的振動。它使用共軸、兩套獨立的定、轉子，與標準的環形行波型超聲波電機相比， 在驅動電源、電機直徑、效率、壽命、可靠性和穩定性不變的基礎上，體積增加
4本實用新型的電機通過改變軸的結構，其軸向耐振動衝擊能力獲得明顯提高。 這種電機底座上設置有固定孔，端蓋上有出線孔，可以在不影響電機運行的情
況下，很方便地將電機固定在待安裝位置上，並獲得簡單快捷的引線連接方式。從
底座和端蓋上伸出的轉軸，使得電機在帶動負載的同時，可以快速簡單地將轉動情
況通過傳感器輸出。
圖1是本實用新型的裝配結構圖。 圖2是本實用新型的整體結構圖。
以下的圖中有第一轉子l、第二轉子1'、第一摩擦材料2、第二摩擦材料2'、 第一定子3、第二定子3'、第一壓電陶瓷4、第二壓電陶瓷4'、下部的底座5、第 一配合墊片7、第二配合墊片7'、上部的端蓋8、第一軸承IO、第二軸承10'、轉 軸U、出線孔13、固定孔15;固定螺絲6、 9、 12、 14。
具體實施方式
在電機的軸上有對稱設置的相同兩套同軸定子和轉子。通過機械零件加工的一 致性和優化選擇的方式來保證定子結構的一致性，從而使用一個傳統的驅動電源就 實現了此電機的正常工作，並將理想狀態下的輸出轉矩在傳統電機的基礎上提高了 一倍，同時還保證電機的壽命不縮短，可靠性和穩定性不受影響。
該電機由轉子，摩擦材料，定子，壓電陶瓷，底座，端蓋，軸承，軸，配合墊 片，固定螺絲，以及出線孔和固定孔組合而成。
定子和軸承由螺絲分別固定在底座和端蓋上。其中，壓電陶瓷按照一定的規則 粘接在定子的圓面上，使定子能在一定的激勵下，按要求振動；摩擦材料粘接在與 轉子相接的定子圓面上，以減少轉子轉動時帶來的摩擦損耗。而且，兩套共軸獨立 的定轉子結構，不僅保證了電機的使用壽命不受影響，還使得電機的徑向穩定性得 到了保證。
轉子和軸間用固定螺絲進行裝配後，經由軸承從底座和端蓋中伸出，將從定、 轉子摩擦接觸獲得的轉矩輸出，底座一端的軸用於帶動負載，端蓋一端的軸用於直 接連接傳感器。通過對軸承結構的改變，使之卡在底座和端蓋的軸承間。對外加的軸向振動，本電機的轉軸並不產生軸向位移，從而提高電機軸向耐振動衝擊能力。
利用傳統的行波型超聲波電機的驅動電源，在不增加電源的前提下，通過並聯 方式為兩個定子上的壓電陶瓷提供驅動電壓，簡化了電機的驅動方式。
本實用新型提出的一種環形行波型超聲波電機，由同一個電源以並聯方式驅動 兩套定子，兩個轉子連接在同一根軸上輸出驅動力矩，使得這一電機在驅動電源、 直徑和壽命不變的基礎上，通過略微增加的體積，將輸出轉矩在理論上提高了一倍。
傳統行波型超聲波電機的轉軸在軸向上不固定，使得其軸向耐振動衝擊能力較 差，本發明通過對軸及軸承的重新設計，提高了電機的軸向耐振動衝擊能力。
本實用新型的轉軸設計了兩個輸出端， 一個用於帶動負載，另一個用於直接與 傳感器相連，簡化測試方式。在定子與轉子接觸部分，設計粘接了摩擦材料，以減 小彼此間的摩擦損耗，提高電機的使用壽命。採用螺絲進行固定安裝，使電機裝配 簡單可靠。
製作的過程具體如下-
兩個轉子和軸間用固定螺絲安裝在一起，構成電機轉動的部分。其中，軸上帶 缺口的一端用作輸出轉矩帶負載，無缺口的一端用作轉速測量。為減小定子和轉子 間的接觸摩擦損耗，在定子上與轉子相接觸的部分粘接摩擦材料；在定子上背離轉 子的另一圓面上粘貼圓環型壓電陶瓷，並引出控制線，使得在電信號輸入後，定子 能按照預定方式振動，以帶動轉子旋轉，輸出轉矩。粘接了摩擦材料、壓電陶瓷和 引出線的兩個定子通過固定螺絲分別固定在底座和端蓋上。同時，兩個軸承也通過 固定螺絲分別固定在底座和端蓋上。最後，將電機的轉動部分放在底座和端蓋及兩 個軸承之間，並用固定螺絲將底座和端蓋固定連接在一起。
電機的轉軸經由端蓋和底座上的軸承與它們配合工作，以減小軸與底座和端蓋 之間的摩擦。壓電陶瓷的引出線由端蓋上的出線孔引出，以方便驅動控制信號的輸 入。電機的底座上設計了固定安裝孔，以便電機安裝固定。
電機的驅動電源採用傳統行波型超聲波電機的驅動電源，採用並聯方式對兩個 定子上的壓電陶瓷提供驅動電壓。
權利要求1、一種環形行波型超聲波電機，包括一個轉軸、兩個定子和兩個轉子，以及安裝固定底座和端蓋，其特徵在於該電機為上下對稱的結構，轉軸(11)穿過上部的端蓋(8)與下部的底座(5)，其中在下部的底座(5)內固定有第一定子(3)，在第一定子(3)外側設有第一摩擦材料(2)，在第一定子(3)內側設有第一壓電陶瓷(4)，第一轉子(1)的中間經第一配合墊片(7)固定在轉軸(11)上；在上部的端蓋(8)內固定有第二定子(3』)，在第二定子(3』)外側設有第二摩擦材料(2』)，內側設有第二壓電陶瓷(4』)，第二轉子(1』)的中間經第二配合墊片(7』)固定在轉軸(11)上。
2、 根據權利要求1所述的一種環形行波型超聲波電機，其特徵在於所述的第一 壓電陶瓷(4)、第二壓電陶瓷(4')採用同一個電源並聯驅動。
3、 根據權利要求1所述的一種環形行波型超聲波電機，其特徵在於所述的轉 軸(11)由固定在下部的底座(5)上的第一軸承(10)和固定在上部的端蓋(8) 上的第二軸承(IO')將其夾住，提高電機軸向耐振動衝擊能力。
專利摘要一種環形行波型超聲波電機包括一個轉軸、兩個定子和兩個轉子，以及安裝固定底座和端蓋，該電機為上下對稱的結構，轉軸(11)穿過上部的端蓋(8)與下部的底座(5)，其中在下部的底座(5)內固定有第一定子(3)，在第一定子(3)外側設有第一摩擦材料(2)，在第一定子(3)內側設有第一壓電陶瓷(4)，第一轉子(1)的中間經第一配合墊片(7)固定在轉軸(11)上；在上部的端蓋(8)內固定有第二定子(3』)，在第二定子(3』)外側設有第二摩擦材料(2』)，內側設有第二壓電陶瓷(4』)，第二轉子(1』)的中間經第二配合墊片(7』)固定在轉軸(11)上。
文檔編號H02N2/10GK201418043SQ20092004419
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者宋愛國, 焱 張, 徐志科, 胡敏強, 龍 金, 宏 靳 申請人:東南大學