專利名稱：均壓型行波形超聲波電機的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種改進型的均壓行波形超聲波電機，屬于超聲波電機制造的技術領域。
超聲波電機(Ultrasonic Motor，簡稱USM)是一種應用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動，并通過摩擦耦合，把電能轉換為機械能輸出的新型直接驅動電機。超聲波電機與傳統的電機不同，沒有磁極和繞組，無須通過電磁作用而產生運動力。在傳統的伺服電機驅動系統中，為獲得控制系統所要求的低速大轉矩的特性，必須使用減速傳動機構，這不僅增加了機械部件的復雜性和重量，而且減速齒輪對驅動系統的反沖效應、對進給量的放大效應以及對驅動控制的柔順性的影響都是不可避免，嚴重阻礙了控制系統快速性和精確性的提高，因而行波超聲波電機代替電磁式電機在非連續控制領域的應用有著廣泛的前景。
從現有的行波超聲波電機產品和申請的專利來看，超聲波電機一般由振動體和移動體組成。其中振動體相當于傳統電機的定子，由壓電陶瓷和金屬彈性材料制成，金屬彈性材料包括蝶簧，移動體相當于傳統電機中的轉子，由摩擦材料及鋁金屬等制成。在振動體的壓電陶瓷振子上加高頻交流電壓時，利用壓電陶瓷的逆壓電效應產生幾十千赫茲的超聲波振動，將這種振動通過振動體和移動體之間的摩擦耦合，變換成移動體的旋轉或直線運動。從理論上來看，超聲波電機與傳統的電磁式微電機相比，其突出的優點表現在低速大轉矩、結構緊湊、控制性能良好、動態響應時間快、無電磁干擾、無噪聲。但目前的行波超聲波電機產品由于其結構中的零部件機加工精度和裝配工藝等不確定外因素的影響，使得超聲波電機的輸出力矩小、效率低、運行有噪聲、電機溫升高。尤其是大直徑的行波超聲波電機，若延用其它小直徑行波超聲波電機的結構，則蝶簧的加工精度與通過蝶簧的松緊來調節加在電機上的正壓力的方法對大直徑的超聲波電機的穩定運行有著決定性的影響，增加了超聲波電機輸出力矩大小的不確定性，運行有噪聲，同時，由于大直徑行波超聲波電機定、轉子間的壓力、摩擦力、磨損的增大，若采用現有的行波超聲波電機薄型轉子的設計方法，摩擦的作用會使定、轉子溫升快，從而延遲超聲波電機產業化的進程，影響超聲波電機在微電機領域的廣泛應用。
本實用新型的目的就是提供一種輸出轉矩大、無噪音、低溫升的大直徑均壓型行波超聲波電機。
本實用新型的均壓型行波形超聲波電機是一種改進型的超聲波電機，該均壓型行波形超聲波電機由上端蓋、下端蓋、轉子、定子、軸承、軸所組成，在轉子與軸的固定面之間設有一層減振層，并由螺釘將轉子、軸、減振層固定為一體。減振層采用硅橡膠。在軸的固定面的上平面與上端蓋的內側之間設有一個可以更換其厚度的墊片。該電機有轉矩大，無噪音、低溫升的優點。
本實用新型的優點在于同現有的類似超聲波電機相比，具有結構緊湊、壓力調整方便，吸震效果好、輸出力矩大、無噪聲、溫升低的優點，由于其特殊結構，調節墊片(3)的厚薄就可以使定子與轉子間獲得適當的壓力，可見壓力的大小調整可以很方便地獲得。而一般行波超聲波電機的壓力則是調節蝶形彈簧的松緊程度來實現的，其壓力分布不均勻，對縱向振動的吸收要通過彈性體的傳遞，因而縱向吸震效果差，轉速不穩，有時有噪音。而本實用新型的定轉子間的壓力是通過調節墊片的厚薄施壓于轉子頂部的，壓力分布均勻，直接利用轉子本身的彈性和硅橡膠來吸收縱向振動，無需力的傳遞，對縱向振動的吸收效果好，使得轉速平穩，可獲得較大的輸出轉矩，電機運行時無噪聲，溫升低。
本實用新型中的均壓型行波形超聲波電機彈性體不同于一般的行波形超聲波電機，它沒有蝶形彈簧，這樣不僅優化了超聲波電機的結構，使結構顯得更緊湊，而且去除了蝶簧加工工藝(蝶簧加工工藝比較復雜)和裝配工藝所引起的誤差，使本發明中的電機能獲得較大的輸出轉矩。
本實用新型中的轉子比一般行波超聲波電機的薄、轉子輕，距中心最厚處達7mm，超聲波電機不僅利用轉子本身的彈性，使施加的正壓力分布均勻，運轉過程中轉子不易變形，而且利用硅橡膠來吸收轉子的縱向振動，使電機的轉差率保持不變，輸出力矩增大，噪音降低。由于大直徑行波超聲波電機的定轉子之間的摩擦、磨損產生的熱量大于小直徑行波超聲波電機，所以本實用新型中利用厚轉子直接吸熱、散熱，使得電機溫升很低。


圖1是本實用新型的結構示意圖，其中有上端蓋1、軸2、固定面21、墊片3、減振層4、螺釘5、轉子6、定子7、下端蓋8、螺釘9、軸承10、壓電陶瓷11、摩擦材料12。
本實用新型的實施方案如下減振層4采用硅橡膠位于轉子6與軸2的固定面21之間，并由螺釘5將三者固定為一體，壓電陶瓷11按P42材料的性能要求，通過粘接劑貼在定子7的無齒面，在給壓電元件輸入激勵時，定子表面產生相應的行波，摩擦材料12通過粘接劑粘貼在轉子6的下表面或定子7的有齒面，使定子在表面行波作用下產生推動轉子運轉的摩擦力矩，在上端蓋1和下端蓋8中分別固定軸承10，將軸2固定在軸承上，將上端蓋、下端蓋由螺釘9固定。在本實施例中，定子的外徑為100mm，內徑30mm，厚3.3mm，齒高3mm，轉子外徑97mm，內徑14mm，堵轉力矩15Kg.cm，自鎖力矩大于15Kg.cm，轉速40rpm，無需減速裝置，可直接驅動負載。
根據以上所述，便可實現本實用新型。
權利要求1.一種均壓型行波形超聲波電機，由上端蓋(1)、下端蓋(8)、轉子(6)、定子(7)、軸承(10)、軸(2)所組成，其特征在于在轉子(6)與軸(2)的固定面(21)之間設有一層減振層(4)，并由螺釘(5)將轉子(6)、軸(2)、減振層(4)固定為一體。
2.根據權利要求1所述的均壓型行波形超聲波電機，其特征在于減振層(4)采用硅橡膠。
3.根據權利要求1或2所述的均壓型行波形超聲波電機，其特征在于在軸(2)的固定面(21)的上平面與上端蓋(1)的內側之間設有一個可以更換其厚度的墊片(3)。
專利摘要均壓型行波形超聲波電機是一種改進型的超聲波電機,在轉子與軸的固定面之間設有一層減振層,并由螺釘將轉子、軸、減振層固定為一體。減振層采用硅橡膠。在軸的固定面的上平面與上端蓋的內側之間設有一個可以更換其厚度的墊片。該電機有轉矩大,無噪音、低溫升的優點。
文檔編號H02N2/10GK2442447SQ0022175
公開日2001年8月8日 申請日期2000年9月14日 優先權日2000年9月14日
發明者胡敏強, 顧菊平, 莫岳平, 石斌, 金龍, 杜強 申請人:東南大學