[发明专利]一种实现超声电机轻量化的方法

说明书

一种实现超声电机轻量化的方法，其特征是采用聚合物复合材料制造的超声电机定子代替磷青铜超声电机定子，转子仍然采用铝合金表面粘贴聚四氟乙烯基摩擦层材料；本发明在保证超声电机对定子材料的使用要求的同时，能够满足定转子摩擦特性要求，在将定子质量降低80‑85%时仍具有较大功率的机械输出，从而减少电机整体质量，为航空航天等轻量化应用领域提供了重要技术。

技术领域

本发明涉及一种超声电机技术，尤其是一种超声电机减重技术，具体地说是一种实现超声电机轻量化的方法。

背景技术

超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微特电机，是利用逆压电效应将弹性体定子的微观振动通过摩擦转换成转子的宏观运动，结构简单，可设计性强，其中核心部件为定子和转子，但对其强度、弹性模量、密度、耐磨性、导热性等方面具有严格的要求。目前使用较多的定子材料为磷青铜，因其具有良好的耐磨损、弹性、导热性、抗疲劳等优异性能。转子为铝合金材料表面粘贴聚四氟乙烯基摩擦材料，具有质量轻、易加工、成本低廉等优势。

在超声电机中定子磷青铜材料的密度最大（8.8g/cm³），占整个电机质量的20%以上，在其轻量化应用领域具有广泛的开发空间。所以，通过轻质材料代替磷青铜定子来降低电机质量显得尤为重要，截至目前，还未发现有关超声电机轻量化的设计及相关研究。本发明根据超声电机对弹性体定子性能的特殊要求，拟选用密度较小且具有较高机械强度、耐磨和导热性能优异的聚合物来代替，从而降低电机整体质量。优选地，聚苯硫醚是一种新型高性能热塑性树脂，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、阻燃、热稳定性好、电性能优良等优点，通过纤维增强后可以成为电机磷青铜定子的理想替代材料，能够大大降低电机的整体质量。

发明内容

本发明的目的是针对现有的超声电机中大量采用的磷青铜定子存在重量过大，难以实现整机轻量化的问题，发明一种利用聚合物复合材料定子来替代而减轻整机重量的实现超声电机轻量化的方法。

本发明的技术方案之一是：

一种实现超声电机轻量化的方法，其特征是采用聚合物复合材料制造的超声电机定子代替磷青铜超声电机定子，转子仍然采用铝合金表面粘贴聚四氟乙烯基摩擦层材料；整个定子的重量同比减轻80-85%以上。

所述的聚合物复合材料为纤维增强的工程塑料，所述的纤维的添加比例为15-30vol.%。

所述的工程塑料为具有高的机械强度、耐高温、耐磨损的聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、酚醛树脂、对位聚苯、聚砜或聚甲醛。

所述的聚合物优选聚苯硫醚，聚苯硫醚模塑粉平均粒径为75μm。

所述的纤维为短切碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维。

所述的碳纤维直径7μm，长度20-50μm，玻璃纤维直径7μm，长度20-50μm，芳纶纤维的直径为7μm。长度范围为20-50μm。

本发明的技术方案之二是：

一种聚合物复合材料超声电机定子的制造方法，其特征是将纤维与工程塑料模塑粉按体积比混合均匀后模压成型，热压前将复合粉末在100℃烘箱中处理2h，然后自由烧结到370℃保温半小时，降温至240℃时开始加压，压力升至20MPa时保压半小时，最后自然冷却得到纤维增强聚合物复合材料坯料，再将坯料加工成超声电机定子。

本发明的有益效果：

(1)、本发明利用纤维增强聚苯硫醚复合材料代替超声电机磷青铜定子材料，能够大大降低电机的整体质量。

(2)、该复合材料可以利用短切纤维增强，可设计性强，制备工艺简单方便，易加工，成本低廉。

（3）本发明在电机负载不变的前提下可减重80-85%。