[发明专利]直线超声电机磨损减缓方法及直线超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及超声电机，尤其涉及一种直线超声电机磨损减缓方法及直线超声电机。

背景技术

直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它包括定子、动子及压电元件，利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，并通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线（旋转）运动，直接推动负载。它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。

目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。从2004年开始陆续公开了多种直线超声电机的专利文献，例如申请号为200510046044.9的环形驻波直线超声电机、申请号为200610132316.1的棱柱型纵弯复合振子直线超声电机、申请号为200710045921.X 的三角形弯板式压电直线超声电机 、申请号为200820014739.8的、申请号为200710020963.8的圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法 、申请号为200810124426.2的基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机等。但是现有的直线超声电机存在输出功率小、效率低、寿命短等不足。经研究发现，常用的直线超声电机用摩擦界面实现能量和运动的传递，在预压力或负载作用下，定子和转子的微凸体产生塑性变形和粘着，超声微幅振动时的切向力使得粘着点被剪切并脱落。定子和动子脱落的磨粒在切向力驱动下如同刀具一样在接触表面高速切削，产生切屑。松散的磨屑像滚珠或滚柱具有减磨作用，使超声电机的摩擦因数明显下降，输出功率随之大大下挫。即由于定子和动子之间的摩擦为干摩擦，磨损产生的磨屑导致三体磨损，进而加速电机的磨损，缩短电机的寿命。

直线超声电机摩擦界面的摩擦特性是影响其稳定性和输出效率的重要因素。目前直线超声电机的磨损问题主要通过研制新型摩擦材料来改善。而对于新型或形状异常的摩擦材料要求不易满足，制作工艺复杂，不利于工业化推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有直线超声电机定子与动子之间的三体摩擦所导致的输出功率低、使用寿命短的问题，提供一种直线超声电机磨损减缓方法及直线超声电机，从而提高直线超声电机的输出功率和使用寿命。

本发明采用以下技术方案：

一种直线超声电机磨损减缓方法，所述直线超声电机包括定子、动子及压电元件，利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线运动，直接推动负载，该方法为在所述定子或动子的摩擦端面上制备凹坑型表面微结构。

进一步地，所述凹坑型表面微结构制备于定子上。

进一步地，所述凹坑型表面微结构的结构参数包括直径、深度、面积比，根据下列经验公式优化确定：

μ＝－2.1＋28.79D－106.6D²＋129.3D³

μ＝0.3＋12.2H－267.5H²＋1770.8H³

μ＝0.5－0.42×10^-3A＋2×10^-4A²

W＝9.1－13.3D

W＝4.3＋49.9H－453.1H²

W＝2.5＋0.2A

式中，μ为摩擦因数；D为凹坑型微结构的宽度/直径，单位为mm；H为凹坑型微结构的深度，单位为mm；A为凹坑型微结构的面积比，单位为%； W为磨损量，单位为mg。

再进一步地，该方法还包括在所述定子和/或动子的摩擦端面上覆盖耐磨层。

一种直线超声电机，所述直线超声电机包括定子、动子及压电元件，利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线运动，直接推动负载，其特征在于，在所述定子或动子的摩擦端面上制备有凹坑型表面微结构。

进一步地，所述凹坑型表面微结构制备于定子上。

进一步地，所述凹坑型表面微结构的结构参数包括直径、深度、面积比，根据下列经验公式优化确定：

μ＝－2.1＋28.79D－106.6D²＋129.3D³