[发明专利]一种行波型超声波电机

说明书

技术领域

本发明属于电机技术领域，具体涉及一种行波型超声波电机。

背景技术

超声波电机(UltraSonic Motor，USM)是一种直接由功能材料构造的新型电机。它一般由振动体(相当于现有电机中的定子，由压电陶瓷和金属板制成)和移动体(相当于现有电机中的转子，由摩擦材料及金属等制成)组成。在振动体的压电陶瓷上加超声频交流电压时，压电陶瓷利用逆压电效应产生超声波振动，通过振动体与移动体间的摩擦力即可将这种振动变换成移动体的旋转或直线型运动。与现有电磁型电机相比，其突出的优点表现在：低速大转矩、结构紧凑、控制性能良好、动态响应快、无电磁干扰、无噪音等。图1为现有的行波型超声波电机的结构示意图(见“机械科学与技术”，1998年第4期，626-629)，其定子结构示意图如图2所示。其缺点是定子振幅小，定转子接触宽度窄，从而使其输出力矩不大，限制了它在大转矩驱动场合的应用。此外，电机是靠粘贴在转子表面上薄薄的一层摩擦材料来传递力矩的。由于运行时的磨损，使得电机寿命不长。

发明内容

本发明的目的是提供一种行波型超声波电机，该电机具有输出力矩大的优点。

本发明的进一步的目的是提供一种输出力矩大、使用寿命长的行波型超声波电机。

为实现上述发明目的，一种行波型超声波电机，包括定子、转子、轴承和轴，其特征在于：所述定子上的定子弹性体的支撑部分形状为Γ型。

当所述转子采用磨擦材料制成，或在所述轴承的另一侧对称设置有与所述定子、转子同轴的另一套定子、转子时，本发明的技术效果更好。

现有行波型超声波电机全部采用如附图2所示的薄圆盘型支撑结构，它使得定子环内外侧振幅相差较大，减小了定转子接触面积，进而导致电机输出力矩的降低。而本发明采用的Γ型支撑结构减小了定子环内外侧振幅差，增加了定转子接触面积。电机的输出力矩与定转子接触面积成正比，故相对于薄圆盘型支撑结构而言，本发明采用的这种支撑结构增大了电机输出力矩。为进一步增加电机输出力矩，本发明采用双定子双转子结构。两个转子使用同一个轴输出力矩，在理想情况下，电机输出力矩为单定子的2倍。

超声波电机的寿命主要由摩擦材料决定。目前的超声波电机都是将摩擦材料制成薄层后粘贴到转子上。显而易见，随着摩擦层的磨损，电机寿命将很快终结。本发明将转子与摩擦材料制成一体，即用摩擦材料制成转子。它不仅降低工艺难度和简化了电机结构，更重要的是显著提高了电机的使用寿命。

附图说明

图1为现有的超声波电机结构示意图；(其中1.转子，2.摩擦材料，3.定子弹性体，4.压电陶瓷，5.轴承，6.弹簧，7.螺母，8.固定台)

图2为现有薄圆盘型定子结构示意图；

图3为本发明带Γ型过渡的定子结构示意图；

图4为本发明行波型超声波电机的结构示意图；

图5是双定子双转子行波型超声波电机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图4所示，定子弹性体5的两端部采用如图3所示的Γ型过渡，其背面粘贴有压电陶瓷片1，共同构成定子。该定子由螺栓6固定在底板2上，转子4采用弹簧3、螺母8、轴承9和轴7与定子连接。这种电机具有转矩大的优点。

为提高电机的使用寿命，可以采用摩擦材料，如铸造尼龙、聚四氟乙烯或其他有机材料制成转子。

图5所示的是一种双定子双转子行波型超声波电机，即在轴承9的另一侧，相应对称设置有压电陶瓷片1’、定子弹性体5’、转子4’，并通过弹簧3’和螺母8’连接在轴7上。图5所示的电机与图4所示的电机相比，它使用双定子双转子同轴输出力矩，其转矩进一步增大。

双定子转子结构的行波型超声波电机可以采用以下方法制作：将金属(不锈钢或铜)加工成图3所示的Γ型过波形状，即为定子弹性体5、5’，其背面(无齿面)粘贴压电陶瓷片1和1’制成定子。通过螺栓6将两个定子和底板2连接在一起。将摩擦材料加工成转子，并由弹簧3、3’、螺母8、轴承9与定子连接起来。在本实施例中，定子外径80mm，内径60mm，厚3mm，齿高2.3mm，Γ型过渡L₁7mm。堵转力矩大于2N.m，使用寿命可超过1万小时。