[发明专利]一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，特别是一种有高的可靠性、高的转速稳定性、中空结构需求的超声电机，属于微特电机技术领域。

背景技术

超声电机（Ultrasonic Motor）是近二十年来发展起来的一种新概念动力装置。它的实质是依靠压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为弹性体的机械能，使定子产生高频的微幅振动（微米级），再利用定、转子之间的接触和摩擦作用将定子的微幅振动转换为转子的回转或者直线运动，从而输出机械能以带动负载工作。这种新型电机使用频率高于20kHz（即超声频率范围）的交流电源来驱动，故称之为超声电机。超声电机比之一般的电磁电机具有许多独特的优点：

（1）扭矩/重量比大；

（2）低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载；

（3）响应快（毫秒级），可控性好；

（4）可变速度，可步进，运动精度高；

（5）断电时自锁，自锁力矩大；

（6）对磁场不敏感，也不产生磁场；

（7）速度和位置控制性能好，精度高；

（8）外形可按用户要求任意设计，易实现微型化；

（9）振动、噪音小，工作稳定。

旋转型行波超声电机普遍采用出轴式双端轴承支撑的结构形式，如《旋转型行波超声电机》（CN201742324U）、《高温型旋转行波超声电机》（CN200710190643.7）、《锥面浮动转子超声波电机》（CN101867316A）、《螺母调节预压力的旋转型行波超声电机》（CN102223104A）。由于其采用双端轴承支撑，相互配合的尺寸较多，机械加工及装配等偏差较大导致转子轴线相对定子轴线发生偏斜，定子与转子接触界面压力分布不均匀，进而导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降、寿命缩短；目前的旋转型行波超声电机转子及定子座普遍采用铝合金材料，而与之配合的轴承材料为轴承钢，由于铝合金的线膨胀系数（23.3E-6/K）与轴承钢的线膨胀系数（9.92E-6/K）相差较大，在不同的高低温工况中由于材料线膨胀系数的不匹配引起零件尺寸变化的不一致导致转子轴线相对定子轴线发生偏斜，定子与转子接触界面压力分布不均匀，进而导致超声电机转速波动量上升、力矩输出性能下降；出轴式双端轴承支撑结构的轴向尺寸较大，不利于实现航空航天领域对超声电机小型化、轻量化的要求，出轴式结构的超声电机在航空航天领域常用的电机配合滑环使用及电机芯部需走线的场合无法使用；超声电机定转子运转产生的磨屑及外部的多余物由于没有防护，会进入支撑轴承内部，将导致轴承摩擦力矩产生波动甚至堵转，使得超声电机转速波动量上升甚至停转，超声电机的寿命短可靠性低；超声电机定转子运转产生的磨屑会通过转子和外罩之间的间隙溢出，对外界造成污染，特别是在空间微重力环境下溢出的磨屑可能污染相机等重要的有效载荷，使得航天器部分功能丧失甚至失效。

因此，有必要设计研发一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，以满足航空航天、光学仪器、机器人等领域对高可靠、高稳定度中空旋转型行波超声电机的需求。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，该电机实现了不同高低温环境工况下高的可靠性、高的运转稳定性、更小体积、更轻重量、更长寿命，适合航空航天、光学仪器、机器人等领域应用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种高可靠高稳定度中空旋转型行波超声电机，其外围设备为一负载轴；该超声电机包括外罩、转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷、定子座、轴承、轴承防尘罩和加载螺母；

所述的转子为中空的圆柱体，并留有键槽通过平键与负载轴连接；

所述的定子固定在定子座上，定子下表面粘贴压电陶瓷；

所述的转子通过轴承定位在定子座上，转子下端面粘贴有摩擦材料并与定子接触；用加载螺母实现轴承、定子与转子的加载；

所述的加载螺母通过螺纹方式安装，且加载螺母紧靠轴承下方，实现定子与转子接触界面压力的加载；

所述的轴承防尘罩通过螺钉安装在轴承的下方；

所述的外罩通过螺纹安装在定子座上；

所述的转子采用不锈钢材料，优选9Cr18或1Cr18Ni9Ti；

所述的定子座采用不锈钢材料，优选9Cr18或1Cr18Ni9Ti；

所述的外罩与转子之间的间隙形状为单级或多级齿形迷宫结构，如或结构形状；外罩与转子之间的间隙形状也可以认为是凹槽形状或是带有挡板的凹槽形状；