[发明专利]电气牵引电动机

说明书

本发明涉及到电气设备，具体讲，涉及到利用多对周期、平滑步进的致动器产生线性或旋转运动的电气牵引电动机。

常规的电磁电动机一般需要排热措施，这是因为有电阻和在固定构件、转动构件之间传输功率的滑环、电刷及整流子上的滑动摩擦，而在电动机和发电机中产生热量。极适度的电流通过滑动触头的传导反复地接通和断开触头，会造成导体材料的连续重新排列。结果使触头表面随着连续使用而变得比较粗糙。具体相对小的接触表面的电刷通常比滑环磨损的快。由于电阻发热、触头焊接和电动机各部件寿命短的这些特性，使常规的电动机不满足于某些应用和环境的条件。因此，改进电动机的重量、效率和可靠性是有必要的，这些因素对电动机应用于恶劣环境，例如外层空间是重要的。

在恶劣环境中，对电动机的种种限制导致了各种传感器，致动器和电动机的改型研究。例如包括有两层压电层的二形压电致动器已经阐述在下面相关待审定的1989年8月16日提交的申请号NO.891056122的中国专利申请中，该申请在这里结合的做为对比文件。一种同质二形件是具有两层压电剪切材料的一个压电单元，它具有一个公共的中央电极和一些外接地电极。由于固定于基座上的底接地电极，施加到该公共电极上的电位造成顶接地电极相对于底电极的位移。这个压电位移矢量或行程由各压电层的极化强度和方向、各压电层的厚度和施加电位的大小和极性来决定。选择一合适的压电材料组合、极化矢量、各层厚度和电位即能获得所期望的行程矢量。因为这种二形件具有一些外接地电极，所以多个这种二形件可以叠堆起来而与相邻材料的电气状态无关。压电剪切激活允许双极电力激励，这样可使机械行程相对于厚度型或延伸型激活的有效行程增加一倍。况且，剪切变形是二维的，这就可使压电二形件固定到不变形的表面上而不产生内应力。

压电致动器可由多片叠堆的弧段构成以提供三维的机械输出。通过两个或多个致动器周期地改变牵引行程的组合，能产生步进运动，“平滑步进”致动器的运动要求非正弦的行程波形，以使致动器速度与被定位物体的表面速度相匹配。1990年8月15日提交的相关待审定的中国申请号NO.9010679.3中已公开了一种激励平滑步进致动器的电气系统，这里结合作为参考。在那样的系统中，一个致动器的每一弧段通过一个独立的电气回路连接到一个电气控制器上。该电气控制器在每个回路上提供一个单独的谐振电信号，以激发传感器的每一弧段。每一弧段反作用给该回路上的谐振电激励。通常以改变余弦振幅来控制力，同时以改变正弦振幅来控制速度。因为各弧段是耦合在一起的，所以致动器的总输出包括该致动器各单独弧段输出反作用的向量总和（忽略耦合效应）。因此，每一致动器回路采取由傅里叶机械之和求出的频率、振幅、相位和极性唯一的组合来进行电气激励，以产生一个予定的、通常是非正弦波形的行程。

本发明的一个目的是提供一种电气牵引电动机，它包括：一个电动机外壳;设置在该外壳内的一对致动器;一个延伸在该外壳内并与各致动器相啮合的电动机轴;以及，该对致动器可被激励以提供周期的步进牵引，藉此将该轴运动和定位。

本发明包括一台电气牵引电动机，利用多对牵引致动器的同期，平滑，步进来使一物体运动。该牵引电动机利用各对致动器周期的步进牵引而方便地对一个电动机轴提供有力的旋转或线性定位，该电动机可在低的每分钟转数（RPM）或每秒时数（IPS）的线速度下为转动或线性运动装置分别提供高转矩或力。该线性运动装置可在要求低重量和无驱动液体的系统中代替液压致动器。各具体装置能被制造成满足于工作在强磁场或强离子辐射环境中。本发明牵引电动机的规范能从微观级到很大等级的范围，并且已证实其定位精度为毫微米级。

举例说明，但不受此限制，本发明的牵引电动机可利用压电致动器、电磁致动器、磁致伸缩的致动器或热膨胀装置。所有的最佳实施例应用双数致动器形成平滑步进对儿。各平滑步进致动器因消除了滑动摩擦而提供高机械效率和长的寿命。当致动器受一高效电激励系统激励时，该致动器可使相当大面积的牵引部件被定位。该最佳实施例包括多层具有剪切变形压电材料的压电致动器。在任一实施例中不需要常规的轴承。

为了更完整理解本发明和其进一步的优点，下面参照附图对这些较佳实施例说明，在各图中相同的标号指示相同或相似的部件。其中：

图1是本发明的一台旋转或牵引电动机的半透视图;

图2是图1电动机的横断面图;

图3是图1电动机的部分端视图;

图4是图2电动机的改形实施例的部分横断面图;

图5是图2电动机的第二改形实施例的部分横断面图;