一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種可承受軸向力的預(yù)應(yīng)力恒定的超聲電機(jī)，該種電機(jī)的軸向固支方式采用雙軸承兩端固支和碟形彈簧轉(zhuǎn)子，此種結(jié)構(gòu)使得電機(jī)可將來自外部的軸向力傳遞到電機(jī)的外殼，而不是作用在轉(zhuǎn)子上，從而消除了軸向力對(duì)轉(zhuǎn)子上預(yù)壓力的影響；同時(shí)該電機(jī)采用了碟形彈簧作為電機(jī)轉(zhuǎn)子，利用碟形彈簧具有零剛度的特性、以及電機(jī)是通過微小位移和摩檫力作動(dòng)的特點(diǎn)，即消除了由于制造加工時(shí)零件尺寸、電機(jī)裝配、電機(jī)運(yùn)行造成的磨損等造成電機(jī)軸系尺寸鏈誤差，對(duì)電機(jī)預(yù)壓力產(chǎn)生的影響，又解決了軸向力對(duì)預(yù)壓力的影響。
【專利說明】一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子，尤其是一種以壓電陶瓷變形驅(qū)動(dòng)的中空式超聲電機(jī)，具體地說是一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(jī)(Ultrasonic Motor)是近二十年來發(fā)展起來的一種新概念動(dòng)力裝置。它的實(shí)質(zhì)是依靠壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為彈性體的機(jī)械能，使定子產(chǎn)生高頻的微幅振動(dòng)(微米級(jí))，再利用定、轉(zhuǎn)子之間的接觸和摩擦作用將定子的微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)或者直線運(yùn)動(dòng)，從而輸出機(jī)械能以帶動(dòng)負(fù)載工作。這種新型電機(jī)使用頻率高于20kHz(即超聲頻率范圍)的交流電源來驅(qū)動(dòng)，故稱之為超聲電機(jī)。超聲電機(jī)比之一般的電磁電機(jī)具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):
(1)扭矩/重量比大；
(2)低速大扭矩，無需齒輪減速機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載；
(3)響應(yīng)快(毫秒級(jí))，可控性好；
(4)可變速度，可步進(jìn)，運(yùn)動(dòng)精度高；
(5)斷電時(shí)自鎖，自鎖力矩大；
(6)對(duì)磁場(chǎng)不敏感，也不產(chǎn)生磁場(chǎng)；
(7)速度和位置控制性能好，精度高。
[0003]目前傳統(tǒng)的超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子固定在軸上。軸的一端受到來至固支軸承的預(yù)壓力，而軸的另一端處于游動(dòng)的結(jié)構(gòu)(如圖6所示)。此種電機(jī)結(jié)構(gòu)會(huì)造成電機(jī)無法承受來自外部額外的軸向力(由于游動(dòng)端)。同時(shí)傳統(tǒng)的超聲電機(jī)轉(zhuǎn)子采用的是柔性轉(zhuǎn)子(圖6中轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu))。該種柔性轉(zhuǎn)子的應(yīng)力與變形的關(guān)系如圖7所示。這種應(yīng)力與變形的特點(diǎn)使得電機(jī)預(yù)壓力不穩(wěn)定，當(dāng)電機(jī)軸受到外力的影響，結(jié)合圖7，可以看出柔性轉(zhuǎn)子的彈力會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生變化，這會(huì)使得電機(jī)的預(yù)壓力偏大或者偏小，不利于電機(jī)的性能穩(wěn)定。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]所要解決的技術(shù)問題:
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的超聲電機(jī)軸由于一端固支，一端游動(dòng)造成電機(jī)無法承受軸向力，以及由于尺寸鏈誤差造成電機(jī)性能不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)。
[0005]技術(shù)方案:
為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本發(fā)明提供了一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，包括外殼1、第一軸承2、第二軸承8、定子5、定子座7、軸9、轉(zhuǎn)子3，所述第一軸承2安裝在外殼I內(nèi)，第一軸承2的中心通過一軸9 ;所述轉(zhuǎn)子3、定子5、第二軸承8依次套裝在軸9上，轉(zhuǎn)子3固定在軸9上，所述定子5和第二軸承8安裝在定子座7上；所述定子5的底面設(shè)有壓電陶瓷片6，所述壓電陶瓷片6沿徑向?qū)ΨQ粘貼于定子5的內(nèi)底面徑向末端； 其特征在于:在所述軸9上設(shè)有固定部件，該固定部件設(shè)置在第一軸承2和第二軸承8之間，將軸9固定在第一軸承2與第二軸承8上；所述定子5的外緣與定子座7相貼合，使軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼I和定子座7上。
[0006]作為一種優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子3為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子3錐面向下安裝；
所述固定部件為一凸臺(tái)，凸臺(tái)的上端面和第一軸承2的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子3的上部；凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承8。
[0007]作為一種優(yōu)選，所述轉(zhuǎn)子3為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子3錐面向下安裝；
所述固定部件為上下兩個(gè)凸臺(tái)，其中，上凸臺(tái)的上端面和第一軸承2的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子3的上部；下凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承8。
[0008]進(jìn)一步的，在所述軸9上還套裝有摩擦片4，所述摩擦片4設(shè)置在定子5與轉(zhuǎn)子3之間；所述碟簧轉(zhuǎn)子3的上部固定，下部受擠壓，使其高度變小，工作在零剛度的臨界值。
[0009]進(jìn)一步的，所述第一軸承2和第二軸承8為深溝球軸承。
[0010]有益效果:
本發(fā)明提出了一種可承受軸向力的超聲電機(jī)，該種電機(jī)的軸向固支方式采用雙軸承兩端對(duì)頂固支；同時(shí)該電機(jī)采用了碟形彈簧作為電機(jī)轉(zhuǎn)子。其具有以下優(yōu)勢(shì):
1.該超聲電機(jī)使得電機(jī)在兩個(gè)軸承件采用固定部件的方式，將軸固定在軸承上，不再產(chǎn)生上下位移，從而將來自外部的軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼和定子座上，而不是作用在轉(zhuǎn)子上，從而消除了軸向力對(duì)轉(zhuǎn)子上預(yù)壓力的影響；使得電機(jī)可承受較大的軸向力而保證預(yù)壓力恒定在F值。
[0011]2.同時(shí)該電機(jī)采用了碟形彈簧作為電機(jī)轉(zhuǎn)子，利用碟形彈簧具有零剛度的特性，保證蝶形彈簧實(shí)際工作長度為L，此時(shí)碟形彈簧在σ范圍內(nèi)的變形，其彈力均恒定在F值。即可以消除由于制造加工時(shí)零件尺寸、電機(jī)裝配、電機(jī)運(yùn)行造成的磨損等造成電機(jī)軸系尺寸鏈誤差，對(duì)電機(jī)預(yù)壓力產(chǎn)生的影響，又解決了軸向力對(duì)預(yù)壓力的影響。保證了批量裝配中每臺(tái)電機(jī)的預(yù)壓力均恒定在F值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明:
圖1是發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是碟形轉(zhuǎn)子變形示意圖；
圖5是蝶形轉(zhuǎn)子變形與彈力的曲線圖；
圖6是傳統(tǒng)超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)不意圖；
圖7是傳統(tǒng)超聲電機(jī)中使用的柔性轉(zhuǎn)子變形與彈力的曲線圖；
圖中:1-外殼，2-第一軸承，3-碟形轉(zhuǎn)子，4-摩擦片，5-定子，6-壓電陶瓷片，7-定子座，8-第二軸承，9-軸。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提供一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，為使本發(fā)明的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0014]實(shí)施例1
一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，包括外殼1、第一軸承2、第二軸承8、定子5、定子座7、軸9、轉(zhuǎn)子3，所述第一軸承2安裝在外殼I內(nèi)，第一軸承2的中心通過一軸9 ;所述轉(zhuǎn)子3、定子5、第二軸承8依次套裝在軸9上，轉(zhuǎn)子3固定在軸9上，所述定子5和第二軸承8安裝在定子座7上；所述定子5的底面設(shè)有壓電陶瓷片6，所述壓電陶瓷片6沿徑向?qū)ΨQ粘貼于定子5的內(nèi)底面徑向末端；
其特征在于:在所述軸9上設(shè)有固定部件，該固定部件設(shè)置在第一軸承2和第二軸承8之間，將軸9固定在第一軸承2與第二軸承8上；所述定子5的外緣與定子座7相貼合，使軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼I和定子座7上。
[0015]如圖1、圖2所示，所述轉(zhuǎn)子3為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子3錐面向下安裝；
在本實(shí)施例中，所述固定部件為一凸臺(tái)，凸臺(tái)的上端面和第一軸承2的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子3的上部；凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承8。
[0016]進(jìn)一步的，在所述軸9上還套裝有摩擦片4，所述摩擦片4設(shè)置在定子5與轉(zhuǎn)子3之間；所述碟簧轉(zhuǎn)子3的上部固定，下部受擠壓，使其高度變小，工作在零剛度的臨界值。
[0017]進(jìn)一步的，所述第一軸承2和第二軸承8為深溝球軸承。
[0018]實(shí)施例2
一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，包括外殼1、第一軸承2、第二軸承8、定子5、定子座7、軸9、轉(zhuǎn)子3，所述第一軸承2安裝在外殼I內(nèi)，第一軸承2的中心通過一軸9 ;所述轉(zhuǎn)子3、定子5、第二軸承8依次套裝在軸9上，轉(zhuǎn)子3固定在軸9上，所述定子5和第二軸承8安裝在定子座7上；所述定子5的底面設(shè)有壓電陶瓷片6，所述壓電陶瓷片6沿徑向?qū)ΨQ粘貼于定子5的內(nèi)底面徑向末端；
其特征在于:在所述軸9上設(shè)有固定部件，該固定部件設(shè)置在第一軸承2和第二軸承8之間，將軸9固定在第一軸承2與第二軸承8上；所述定子5的外緣與定子座7相貼合，使軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼I和定子座7上。
[0019]如圖3所示，所述轉(zhuǎn)子3為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子3錐面向下安裝；
在本實(shí)施例中，所述固定部件為上下兩個(gè)凸臺(tái)，其中，上凸臺(tái)的上端面和第一軸承2的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子3的上部；下凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承8。
[0020]進(jìn)一步的，在所述軸9上還套裝有摩擦片4，所述摩擦片4設(shè)置在定子5與轉(zhuǎn)子3之間；所述碟簧轉(zhuǎn)子3的上部固定，下部受擠壓，使其高度變小，工作在零剛度的臨界值。
[0021]進(jìn)一步的，所述第一軸承2和第二軸承8為深溝球軸承。
[0022]該超聲電機(jī)使得電機(jī)在兩個(gè)軸承件采用固定部件的方式，將軸固定在軸承上，不再產(chǎn)生上下位移，從而將來自外部的軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼和定子座上，而不是作用在轉(zhuǎn)子上，從而消除了軸向力對(duì)轉(zhuǎn)子上預(yù)壓力的影響；使得電機(jī)可承受較大的軸向力而保證預(yù)壓力恒定在F值。
[0023]進(jìn)一步的，因?yàn)楝F(xiàn)有的電機(jī)采用的是柔性轉(zhuǎn)子，其形變會(huì)隨著應(yīng)力的變化而變化，這種應(yīng)力與變形的特點(diǎn)使得電機(jī)預(yù)壓力不穩(wěn)定，當(dāng)電機(jī)軸受到外力的影響，結(jié)合圖7，可以看出柔性轉(zhuǎn)子的彈力會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)生變化，不利于電機(jī)的性能穩(wěn)定。在本發(fā)明中，將常用的柔性轉(zhuǎn)子用碟簧轉(zhuǎn)子替代，碟簧轉(zhuǎn)子在σ范圍內(nèi)發(fā)生變形，其壓力均保持在F牛。碟簧轉(zhuǎn)子的這一特征保證了電機(jī)的零件軸向尺寸等誤差不會(huì)影響到電機(jī)預(yù)壓力。因?yàn)?，工件在組裝過程中，總會(huì)有一些誤差，在本發(fā)明中，要保證定子5的外緣與定子座7相貼合、固定部件的上端面以及第一軸承與碟簧轉(zhuǎn)子上部的貼合、固定部件的下端面與第二軸承的貼合這三處的緊密性，肯定會(huì)存在兩處貼合情況好另一處稍有一些松的情況；在此，碟簧轉(zhuǎn)子3的這一特性消除了工件裝配時(shí)的誤差，使得電機(jī)在加工過程中產(chǎn)生的尺寸誤差不會(huì)影響到電機(jī)預(yù)壓力，從而保證電機(jī)輸出特性穩(wěn)定。
[0024]可以理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，包括外殼〔0、第一軸承(21第二軸承(81定子(51定子座(了)、軸⑶)、轉(zhuǎn)子(3),所述第一軸承(2)安裝在外殼(1)內(nèi)，第一軸承(2)的中心通過一軸(9)；所述轉(zhuǎn)子(31定子(51第二軸承(8)依次套裝在軸(9)上，轉(zhuǎn)子(3)固定在軸(9)上，所述定子(5)和第二軸承(8)安裝在定子座(7)上；所述定子(5)的底面設(shè)有壓電陶瓷片(6),所述壓電陶瓷片(6)沿徑向?qū)ΨQ粘貼于定子(5)的內(nèi)底面徑向末端； 其特征在于:在所述軸(9)上設(shè)有固定部件，該固定部件設(shè)置在第一軸承(2)和第二軸承(8)之間，將軸(9)固定在第一軸承(2)與第二軸承(8)上；所述定子(5)的外緣與定子座(7)相貼合，使軸向力直接傳遞到電機(jī)的外殼(1)和定子座(7)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子(3)為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子(3)錐面向下安裝； 所述固定部件為一凸臺(tái)，凸臺(tái)的上端面和第一軸承(2)的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子(3)的上部；凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承(已)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)子(3)為碟簧轉(zhuǎn)子，所述碟簧轉(zhuǎn)子(3)錐面向下安裝； 所述固定部件為上下兩個(gè)凸臺(tái)，其中，上凸臺(tái)的上端面和第一軸承(2)的下端面貼合碟簧轉(zhuǎn)子(3)的上部；下凸臺(tái)的下端面貼合第二軸承“)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，其特征在于:在所述軸(9)上還套裝有摩擦片(4),所述摩擦片(4)設(shè)置在定子(5)與轉(zhuǎn)子(3)之間；所述碟簧轉(zhuǎn)子(3)的上部固定，下部受擠壓，使其高度變小，工作在零剛度的臨界值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3所述的任意一種可承受軸向力的預(yù)壓力恒定的超聲電機(jī)，其特征在于:所述第一軸承(2)和第二軸承(8)為深溝球軸承。
【文檔編號(hào)】H02N2/00GK104506075SQ201410547323
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】梁大志, 牛子杰, 朱華, 趙淳生 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué), 江蘇豐科超聲電機(jī)科技有限公司