[发明专利]一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机

说明书

一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机，包括第一锁紧螺母、第一弹性元件、第二锁紧螺母、第二弹性元件、转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷、右壳体、输出轴、轴承、隔套和第三锁紧螺母；由传统单预紧结构优化为双预紧独立结构，转子内外侧单独轴向预紧加载，外侧采用第一锁紧螺母和第一弹性元件轴向加载预紧，内侧采用第二锁紧螺母和第二弹性元件轴向加载预紧，可以根据传递的扭矩载荷、电机运行工况和环境调节转子内侧和外侧的预紧力，操作方便，通过锁紧螺母与输出轴螺纹配合实现不同预紧控制。

技术领域

本发明涉及一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机，属于电机技术领域。

背景技术

超声波电机(USM，Ultrasonic Motor)，突破了传统电磁电机的概念，它利用压电陶瓷逆压电效应和超声振动，将定子微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成动子的宏观运动。

传统的电磁型电机由于工作原理和结构的限制，难以当前宇宙飞船、人造卫星、飞机、运载火箭等国防产品以及其他电子设备、精密仪器等对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等要求。为此，世界各国都在探索其他新型电机。其中，超声波电机算是最典型的一种。它采用全新的原理和全新的结构。它不需要磁铁和线圈，而是利用压电材料的逆压电效应和超声振动直接获得运动和力矩。它打破了迄今为止由电磁效应获得转速和转矩的电机的概念，是处于当前学科前沿的高新技术之一。超声波电机具有电磁型电机所没有的许多特点：(1)结构简单、紧凑、转矩/重量比大(是传统电机的3～10倍)，可以实现电机的短、小、薄。(2)低速大转矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动，大大减小由齿轮箱所增加的体积、振动、噪声、能量损耗和传动误差。(3)运动部件(转子)的惯性小，响应快(毫秒级)。(4)断电自锁，且能就地停止不动。(5)速度和位置控制性好，分辨率高。开环条件下，旋转步进电机步距能达到0.01度。(6)不产生磁场，亦不受外界磁场干扰，电磁兼容性好。(7)低噪声运行。(8)可在较苛刻的环境下工作，如真空、低温能达到零下100℃。(9)容易做成直线型超声波电机。(10)形状可以多样化：圆的、方的、空心的、杆状的等。正由它具有以上的特点，超声波电机技术在20世纪得到迅速的发展，并在航空航天、机器人、汽车、精密定位仪、微型机械等领域里已得到成功的应用。

超声波电机定子与转子之间通过摩擦材料进行传递扭矩，摩擦传动影响因素较大的是轴向预紧力。常用的方法是通过对定子径向内侧施加预紧力并传递至摩擦材料和定子之间，该方法问题是在对转子施加预紧力时转子端面变形，径向方向上内侧接触紧密，预紧力通过转子腹板传递后沿着摩擦材料径向方向由内而外逐渐减小，因此无法均匀地将力传递至转子与定子接触界面，同时电机运行中随着零件热胀冷缩时定子产生变形从而使预紧压力在径向上变化较大，无法实现均匀稳定输出负载能力等。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机，引入双弹性异形结构预紧，实现定子在轴向上内侧与外侧分别预紧，同时设计异形结构实现对摩擦材料径向上均匀加载，同时内侧与外侧调节预紧力互不干扰，以适应更多的复杂工况。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种双弹性异形结构预紧的旋转型超声波电机，包括第一锁紧螺母、第一弹性元件、第二锁紧螺母、第二弹性元件、转子、摩擦材料、定子、压电陶瓷、右壳体、输出轴、轴承、隔套和第三锁紧螺母；

所述输出轴为阶梯形柱状，从输出轴的一端到另一端依次设有左端螺纹、多边形轴、第一圆柱面、台阶面、第二圆柱面和右端螺纹；

所述轴承套装在输出轴的第二圆柱面的两端，隔套套装在输出轴的第二圆柱面的中部；所述隔套位于两端的轴承之间；第三锁紧螺母安装在输出轴的右端螺纹上，第三锁紧螺母用于输出轴、轴承和隔套的紧固连接；所述右壳体为桶状，右壳体的底部设有通孔和凸缘，将上述输出轴、轴承、隔套和第三锁紧螺母整体装入右壳体内，输出轴的左端螺纹、多边形轴和第一圆柱面由右壳体的底部通孔穿出；