[发明专利]一种焊接工艺的环形行波超声波电机有效

专利信息
申请号: 201611190226.8 申请日: 2016-12-21
公开(公告)号: CN106787938B 公开(公告)日: 2023-01-31
发明(设计)人: 彭太江;伍晓宇;罗峰;石鸿雁;梁雄;徐斌 申请(专利权)人: 深圳大学
主分类号: H02N2/14 分类号: H02N2/14;H02N2/16;H02K16/02
代理公司: 深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙) 44248 代理人: 张立娟
地址: 518000 广东*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 焊接 工艺 环形 行波 超声波 电机
【说明书】:

发明提供了一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子与压电陶瓷模块的表面接触,所述定子驱动转子旋转形成动力输出。本发明的技术方案提高马达工作寿命和可靠性,提高了能效利用率,同时具有较高的机电转换效率。

技术领域

本发明属于电机技术领域,尤其涉及一种焊接工艺的环形行波超声波电机。

背景技术

超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应,激发定子在超声频域振动,通过定子、转子之间的摩擦作用将振动转换成转子的运动输出驱动负载的一种非电磁式电机。与电磁电机相比,具有体积小、重量轻、结构紧凑、响应快、低噪声、无电磁干扰、转矩密度大、低速大扭矩、可直接驱动等特点与优势。目前已应用于微型机器人、汽车、航空航天、精密定位仪、光学仪器等多个领域,具有广阔的应用前景。行波旋转型超声波电机是目前技术最成熟、应用最多的一类超声波电机,所使用的压电陶瓷元件均为圆环形结构,并按照一定的要求进行分区极化,结合压电陶瓷元件制造工艺及超声电机定子工艺要求,很难高效率地制造出大尺寸分区极化的压电陶瓷环,这就制约了此类电机的结构适应性,也使得超声波电机的应用受到一定限制。

现有超声波电机定子制造工艺为:将分区极化的压电陶瓷环用环氧树脂胶粘接于齿形结构金属基体上形成定子;以此方法构造的环形行波型超声波电机存在如下局限性:

(1)由于陶瓷环用环氧树脂胶粘接在金属基体上,一方面定子高频振动容易导致胶层老化开裂,马达工作可靠性和寿命较低,另一方面胶层会影响振动在陶瓷环与金属环中的传递效果,马达工作效率低。

(2)相同性能与尺寸的压电陶瓷材料其压电常数d33 d31,采用环形结构的压电陶瓷工作于横向振动模式,即振动方向与电场方向垂直,利用压电常数d31而不是d33,机电转换效率低。

(3)转子在定子单侧通过摩擦传递运动和力,行波振动能量利用率较低。

发明内容

针对以上技术问题,本发明公开了一种焊接工艺的环形行波超声波电机,避免现有超声波电机工作中因发热、振动疲劳导致的胶层开裂的问题,提高马达工作寿命和可靠性;采用双转子夹持定子结构,提高了能效利用率,同时具有较高的机电转换效率。

对此,本发明采用的技术方案为:

一种焊接工艺的环形行波超声波电机,其包括定子、转子和输出轴,所述定子包括中空的定子板和压电陶瓷模块,所述定子板的中部设有中空的定子环,所述定子环上设有以定子环的轴心为中心、环形分布的焊盘,所述压电陶瓷模块包括N个压电陶瓷元件,所述压电陶瓷元件焊接固定在定子环的焊盘上,所述N为8的倍数;所述定子板与定子环之间设有供定子环振动的间隙,所述定子环通过连接件与定子板连接;所述定子板上还设有驱动电极,所述压电陶瓷元件的相同信号的电极与对应的驱动电极电连接;所述转子位于所述定子环的压电陶瓷模块之上并与压电陶瓷模块的表面接触,所述输出轴穿过定子环的中部与转子连接,所述定子驱动转子旋转形成动力输出。

采用此技术方案,通过哈焊接将压电陶瓷元件焊接固定在定子环上,焊接工艺的可靠性要高于胶粘工艺,可避免现有超声波电机工作中因发热、振动疲劳导致的胶层开裂,提高了超声波电机的工作寿命和可靠性。

其中,所述定子板和定子环优选为弹性基体材质。进一步优选的,所述定子板和定子环采用PCB板制作。

作为本发明进一步的改进,所述定子板、连接件、定子环上均设有印刷电路,所述焊盘通过印刷电路与驱动电极电连接。

作为本发明进一步的改进,所述连接件的数量为两个以上。

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