定子浮動(dòng)的中空式超聲電的制造方法
【專利摘要】一種定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，它包括剛性轉(zhuǎn)子（1）、定子（9）和底座（13），鎖緊螺母（2）和預(yù)壓力螺母（3）均旋裝在剛性轉(zhuǎn)子（1）的一端上，止推軸承（4）安裝在底座（13）的一端上，其特征是在所述的剛性轉(zhuǎn)子（1）上套裝有定子（9）、壓電陶瓷片（8）和絕緣墊（7），定子（9）的驅(qū)動(dòng)端面與摩擦片（11）相接觸并通過摩擦力帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子（9）的另一端面與壓電陶瓷片（8）相接觸，在定子（9）的底座（13）之間設(shè)有防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（16）。本發(fā)明將定子與底座之間的連接改為滑槽配合，使得定子可以上下浮動(dòng)，使得電能轉(zhuǎn)換效率更高，電機(jī)內(nèi)孔可以更大。
【專利說明】定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子，尤其是一種以壓電陶瓷變形驅(qū)動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，具體地說是一種定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor)是近二十年來發(fā)展起來的一種新概念動(dòng)力裝置,它突破了傳統(tǒng)電磁電機(jī)的概念，沒有繞組和磁路，不是依靠電磁相互作用來轉(zhuǎn)換能量產(chǎn)生轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，而是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)和彈性體的超聲振動(dòng)，將材料的微小變形通過彈性體的共振放大和摩擦傳動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子或動(dòng)子(滑塊)的宏觀運(yùn)動(dòng)。中空型行波超聲電機(jī)是在傳統(tǒng)出軸的行波超聲電機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)定子，轉(zhuǎn)子，底座等核心零部件進(jìn)行改造與優(yōu)化，使得電機(jī)的輸出軸變?yōu)橹睆捷^大的孔的一種電機(jī)。
[0003]由于行波型中空超聲電機(jī)(后文簡(jiǎn)稱中空電機(jī))是基于普通超聲電機(jī)基礎(chǔ)上改造的，因此該種電機(jī)不僅包含了普通超聲電機(jī)的基本特點(diǎn)，還展現(xiàn)了做為中空結(jié)構(gòu)的電機(jī)特有的優(yōu)點(diǎn)。具體來說該種電機(jī)主要包括以下優(yōu)點(diǎn):
1、扭矩/質(zhì)量比大(是傳統(tǒng)電機(jī)的3?10倍)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，因而特別適用于小型、微型驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合，也可以根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求，與系統(tǒng)一起集成；
2、低速大扭矩，無需齒輪減速機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，特別適用于對(duì)重量要求很高的航空航天領(lǐng)域；
3、由于超聲電機(jī)是利用定子的振動(dòng)，通過摩擦傳動(dòng)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因而超聲電機(jī)具有斷電自鎖的功能，且自鎖力矩(或力)常常比驅(qū)動(dòng)力矩(或力)更大；
4、無鐵芯和線圈，抗電磁干擾性強(qiáng)，同時(shí)也不會(huì)對(duì)其他儀器設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾；
5、中空型超聲電機(jī)由于結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，該電機(jī)中心孔可以穿信號(hào)線，電源線，也可以通過光路；
6、相比于電磁電機(jī)類的中空電機(jī)，中空型超聲電機(jī)內(nèi)孔可以設(shè)計(jì)更大，而電機(jī)體積可以更小。這點(diǎn)也是傳統(tǒng)電磁類中空電機(jī)無法相比的。
[0004]7、中空型超聲電機(jī)由于電機(jī)定子腹板變短，因此電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度降低，但是也因此電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度穩(wěn)定性和可控性更好。
[0005]上述優(yōu)點(diǎn)中1、2、3、4項(xiàng)為超聲電機(jī)的共有優(yōu)點(diǎn)，5、6、7三項(xiàng)為中空型超聲電機(jī)所特有的優(yōu)點(diǎn)。由于這些誘人的優(yōu)點(diǎn)，使得超聲電機(jī)作為控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件而廣泛應(yīng)用于光學(xué)儀器(電子顯微鏡、激光干涉儀等)、精密加工設(shè)備(精密鏜床、磨床進(jìn)刀系統(tǒng))、微型機(jī)器人、醫(yī)療器械、辦公自動(dòng)化設(shè)備等高新【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0006]目前常見的中空超聲電機(jī)定子均通過螺釘或者夾緊機(jī)構(gòu)固定在底座上。這種結(jié)構(gòu)有利于電機(jī)輸出扭矩，但同時(shí)也限制了電機(jī)的電學(xué)轉(zhuǎn)換效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的中空式超聲電機(jī)由于定子與底座之間依靠螺釘或者夾緊結(jié)構(gòu)連接導(dǎo)致電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率低下；同時(shí)由于安裝凸臺(tái)及隔震腹板(如圖6)的存在使得中空電機(jī)內(nèi)孔較小，限制了電機(jī)設(shè)計(jì)空間等問題，設(shè)計(jì)一種定子軸向浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，它包括剛性轉(zhuǎn)子1、鎖緊螺母2、預(yù)壓力螺母3、止推軸承4、絕緣墊7、壓電陶瓷片8、定子9、端面蓋10、摩擦片11、柔性印制板12和底座13，所述的鎖緊螺母2和預(yù)壓力螺母3均旋裝在剛性轉(zhuǎn)子I的一端上，鎖緊螺母2的一個(gè)端面與預(yù)壓力螺母3的一端面相抵以防止其軸向移動(dòng)，預(yù)壓力螺母3的另一端支承在止推軸承4上以使預(yù)壓力螺母3能隨剛性轉(zhuǎn)子I同步轉(zhuǎn)動(dòng)，止推軸承4安裝在底座13的一端上，端面蓋10安裝在底座13的另一端上，其特征是在所述的剛性轉(zhuǎn)子I上套裝有定子9、壓電陶瓷片8和絕緣墊7，定子9的驅(qū)動(dòng)端面與安裝在剛性轉(zhuǎn)子I的驅(qū)動(dòng)圈14上的摩擦片11相接觸并通過摩擦力帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子9的另一端面與壓電陶瓷片8相接觸以便在壓電陶瓷片通電后迫使其驅(qū)動(dòng)端面上的齒狀表面發(fā)生蠕動(dòng)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，壓電陶瓷片8受控于柔性印制板12，壓電陶瓷片8通過絕緣墊7實(shí)現(xiàn)軸向定位，絕緣墊7與底座13的內(nèi)臺(tái)階面15相抵；在定子9的底座13之間設(shè)有防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)16。
[0009]在止推軸承4與底座13之間安裝有耐磨片5。
[0010]在絕緣墊7與底座13的內(nèi)臺(tái)階面15之間安裝有能產(chǎn)生預(yù)緊力的波形彈簧6。
[0011]防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)16由位于底座13上的滑動(dòng)槽17和位于定子9上的插塊18組成，插塊18插入滑動(dòng)槽中既能保證定子9的軸向浮動(dòng)，又能防止兩者之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0012]所述的止推軸承4沒有內(nèi)圈和外圈，只有保持架和滾珠，并且包含內(nèi)外兩圈均布的滾珠。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過去除定子腹板及固定凸臺(tái)，將定子與底座之間的連接改為滑槽配合，使得定子可以上下浮動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了:
1:浮動(dòng)的定子結(jié)構(gòu)使得中空超聲電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的效率更高。
[0014]2:去除定子上的隔震腹板及固定凸臺(tái)使得中空電機(jī)內(nèi)孔可以更大。
[0015]3:將常見的柔性轉(zhuǎn)子改為剛性轉(zhuǎn)子和波形彈簧結(jié)構(gòu)，使得中空電機(jī)軸系受力與變形的線性度更高，更有利于電機(jī)零件加工與裝配。
[0016]4:采用止推軸承結(jié)構(gòu)使得電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更穩(wěn)定，更有利于電機(jī)承受預(yù)壓力及端面壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的定子與底座連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的波形彈簧示意圖。
[0021 ] 圖5是本發(fā)明的止推軸承示意圖。
[0022]圖6是傳統(tǒng)的帶隔震腹板與安裝凸臺(tái)的定子示意圖。
[0023]圖1中:1、轉(zhuǎn)子，2、鎖緊螺母，3、預(yù)壓力螺母，4、止推軸承，5、耐磨片，6、波形彈簧，7、絕緣墊，8、壓電陶瓷片，9、定子，10、端面蓋，11、摩擦片，12、柔性印制板，13、底座?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0025]如圖1-4所示。
[0026]一種定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，它包括剛性轉(zhuǎn)子1、鎖緊螺母2、預(yù)壓力螺母3、止推軸承4 (如圖5)、耐磨片5、波形彈簧6、絕緣墊7、壓電陶瓷片8、定子9 (如圖2)、端面蓋10、摩擦片11、柔性印制板12和底座13，如圖1所示。鎖緊螺母2和預(yù)壓力螺母3均旋裝在剛性轉(zhuǎn)子I的一端上，鎖緊螺母2的一個(gè)端面與預(yù)壓力螺母3的一端面相抵以防止其軸向移動(dòng)，預(yù)壓力螺母3的另一端支承在止推軸承4上以使預(yù)壓力螺母3能隨剛性轉(zhuǎn)子I同步轉(zhuǎn)動(dòng)，止推軸承4安裝在底座13的一端上，端面蓋10安裝在底座13的另一端上，在所述的剛性轉(zhuǎn)子I上套裝有定子9、壓電陶瓷片8和絕緣墊7，定子9的驅(qū)動(dòng)端面與安裝在剛性轉(zhuǎn)子I的驅(qū)動(dòng)圈14上的摩擦片11相接觸并通過摩擦力帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子9的另一端面與壓電陶瓷片8相接觸以便在壓電陶瓷片通電后迫使其驅(qū)動(dòng)端面上的齒狀表面發(fā)生蠕動(dòng)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，壓電陶瓷片8受控于柔性印制板12，壓電陶瓷片8通過絕緣墊7實(shí)現(xiàn)軸向定位，絕緣墊7與底座13的內(nèi)臺(tái)階面15相抵；在定子9的底座13之間設(shè)有防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)16，如圖3所示。壓電陶瓷片8與定子9通過貼膠工藝粘在一起。壓電陶瓷片8通過柔性印制板12通電后迫使定子9的齒狀表面發(fā)生蠕動(dòng)。定子9通過蠕動(dòng)與摩擦片11產(chǎn)生摩擦，帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)子I轉(zhuǎn)動(dòng)。定子9與底座13之間通過滑動(dòng)槽17和插塊18連接，定子9在電機(jī)軸向?yàn)楦?dòng)狀態(tài)，周向轉(zhuǎn)動(dòng)受限。定子9和壓電陶瓷片8通過絕緣墊7和波形彈簧6 (如圖4)與底座13接觸，波形彈簧6為定子9與底座13之間提供一定彈性。鎖緊螺母2與底座13之間通過止推軸承4 (止推軸承4沒有內(nèi)圈和外圈，只有保持架和滾珠，并且包含內(nèi)外兩圈均布的滾珠)隔離，使得鎖緊螺母2上表面可以承受一定壓力，同時(shí)使得剛性轉(zhuǎn)子1、定子9、波形彈簧6、底座13、止推軸承4和鎖緊螺母3之間的預(yù)壓力得以保持。
[0027]轉(zhuǎn)動(dòng)預(yù)壓力螺母3，通過螺紋拉動(dòng)轉(zhuǎn)子1，轉(zhuǎn)子I推動(dòng)定子9沿著底座13上的滑槽移動(dòng)，定子9推動(dòng)波形彈簧6發(fā)生變形以調(diào)節(jié)電機(jī)軸向預(yù)壓力。
[0028]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種定子浮動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，它包括剛性轉(zhuǎn)子(I)、鎖緊螺母(2)、預(yù)壓力螺母(3)、止推軸承(4)、絕緣墊(7)、壓電陶瓷片(8)、定子(9)、端面蓋(10)、摩擦片(11)、柔性印制板(12)和底座(13)，所述的鎖緊螺母(2)和預(yù)壓力螺母(3)均旋裝在剛性轉(zhuǎn)子(I)的一端上，鎖緊螺母(2)的一個(gè)端面與預(yù)壓力螺母(3)的一端面相抵以防止其軸向移動(dòng)，預(yù)壓力螺母(3)的另一端支承在止推軸承(4)上以使預(yù)壓力螺母(3)能隨剛性轉(zhuǎn)子(I)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，止推軸承(4)安裝在底座(13 )的一端上，端面蓋(10 )安裝在底座(13 )的另一端上，其特征是在所述的剛性轉(zhuǎn)子(I)上套裝有定子(9)、壓電陶瓷片(8)和絕緣墊(7)，定子(9)的驅(qū)動(dòng)端面與安裝在剛性轉(zhuǎn)子(I)的驅(qū)動(dòng)圈(14)上的摩擦片(11)相接觸并通過摩擦力帶動(dòng)剛性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，定子(9)的另一端面與壓電陶瓷片(8)相接觸以便在壓電陶瓷片通電后迫使其驅(qū)動(dòng)端面上的齒狀表面發(fā)生蠕動(dòng)而產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，壓電陶瓷片(8)受控于柔性印制板(12)，壓電陶瓷片(8 )通過絕緣墊(7 )實(shí)現(xiàn)軸向定位，絕緣墊(7 )與底座(13 )的內(nèi)臺(tái)階面(15 )相抵；在定子(9)的底座(13)之間設(shè)有防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子浮動(dòng)的中空超聲電機(jī)，其特征是在止推軸承(4)與底座(13)之間安裝有耐磨片(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子浮動(dòng)的中空超聲電機(jī)，其特征是在絕緣墊(7)與底座(13)的內(nèi)臺(tái)階面(15)之間安裝有能產(chǎn)生預(yù)緊力的波形彈簧(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子浮動(dòng)的中空超聲電機(jī)，其特征是防轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)(16)由位于底座(13)上的滑動(dòng)槽(17)和位于定子(9)上的插塊(18)組成，插塊(18)插入滑動(dòng)槽中既能保證定子(9)的軸向浮動(dòng)，又能防止兩者之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定子浮動(dòng)的中空超聲電機(jī)，其特征是所述的止推軸承(4)沒有內(nèi)圈和外圈，只有保持架和滾珠，并且包含內(nèi)外兩圈均布的滾珠。
【文檔編號(hào)】H02N2/12GK103986366SQ201410244047
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】牛子杰, 孫志峻, 張軍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)