[發明專利]一種高回轉精度結構的超聲電機及定子與轉子預緊方法

有效

• 申請號: 201610480064.5
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN105958863B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 曲華杰;溫眾普;曲建俊;宋寶玉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02K15/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 高志光

技術領域

本發明涉及一種超聲電機及該電機的定子與轉子預緊方法，屬于壓電超聲電機領域。

背景技術

超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在定子內部產生行波，在定子表面質點產生橢圓超聲波振動，通過定子與轉子接觸產生摩擦力，驅動轉子運動的一種新型電機。超聲電機與傳統電機相比，具有低速、大力矩、快響應、高精度、結構靈活及容性負載無磁場干擾、適合真空和低溫等特殊場合應用等優點。在多數應用場合中要求超聲電機具有快響應和高回轉精度的特性，但現有結構限制了其高回轉精度特性的發揮，因此研制出高回轉精度、結構更緊湊、重量更輕的旋轉型超聲電機具有十分重要的意義。

公開號為102223104A，公開日為2011年10月19日，發明名稱為“螺母調節預壓力的旋轉型行波超聲電機”的發明專利在輸出軸下端通過螺紋方式安裝預緊螺母和放松螺母，且預緊螺母緊靠于下軸承下方，通過控制預緊螺母在轉軸的中心線沿定子的方向移動距離控制定子與轉子之間的正壓力。這種正壓力的調節方式很簡單，雖然不需拆分整個電機，但是在反復對鎖緊螺母和預緊螺母的拆裝過程中，超聲電機的精度會受到影響；其次，反復對鎖緊螺母和預緊螺母進行拆裝也會導致螺母疲勞失效；此外，鎖緊螺母和預緊螺母的質量影響了超聲電機的性能。公開號為104506075A，公開日為2015年04月08日，發明名稱為“一種可承受軸向力的預壓力恒定的超聲電機”的發明申請特點在于：此種超聲電機的軸向固支方式采用雙軸承兩端固支和碟形彈簧轉子，此種結構使得電機將來自外部的軸向力傳遞到了電機的外殼上，而不是作用在軸上；公開號為203872083U，公開日為2015年10月08日，發明名稱為“一種限定定轉子接觸預壓力的中空超聲電機”的實用新型專利的超聲電機轉子加壓端的預緊力由加壓軸承與外殼傳遞。這二種結構雖然消除了軸向力對轉子上的預壓力的影響，但電機的外殼需要有較高的強度和剛度以承受軸向預緊力，這會使其重量增加，且不便于保證軸承座孔同軸度的要求。

這些電機在結構設計上的共同特點是支承軸承的軸承座孔分別在電機上蓋和底座，而兩者分別加工，使得兩個軸承座孔的同軸度很難達到較高的同軸要求；另外，這些電機轉子軸的支撐均采用深溝球軸承，這種軸承有游隙即使預緊也很難消除，轉子軸的回轉精度低。因此，電機整體達不到較高的回轉精度。

發明內容

本發明是為解決現有超聲電機的支承軸承的軸承座孔分別在電機上蓋和底座，兩者分別加工，兩個軸承座孔的同軸度很難達到較高的同軸要求，以及電機轉子軸的支撐均采用深溝球軸承，轉子軸的回轉精度低的問題，進而提供一種高回轉精度結構的超聲電機及定子與轉子預緊方法。

本發明為解決上述問題采取的技術方案是：一種高回轉精度結構的超聲電機包括上蓋、底座、轉子軸、定子、轉子、轉子法蘭、轉子螺釘和兩個角接觸球軸承；上蓋和底座上各加工有相同內徑的同軸通孔，兩個同軸通孔內各安裝有一個角接觸球軸承，兩個角接觸球軸承的角接觸線同向且平行布置，轉子軸安裝在兩個角接觸球軸承上，定子安裝在底座上，轉子和定子布置在兩個角接觸球軸承之間，轉子法蘭布置在角接觸球軸承和轉子之間，轉子法蘭與轉子軸固接，轉子通過轉子螺釘與轉子法蘭連接，轉子的輪緣的端面上鋪設有與定子接觸的一層環形摩擦材料，定子的與底座相鄰的端面上鋪設有一層環形壓電陶瓷。

一種高回轉精度結構的超聲電機的定子與轉子預緊方法，首先旋緊轉子軸右端的預緊螺母，當旋緊預緊螺母時，轉子軸向右移動，通過轉子軸左端的軸肩壓緊左端的角接觸球軸承的內圈，內圈通過調整墊片、轉子法蘭和轉子，把壓力傳遞到定子和轉子的接觸界面，實現定子和轉子的初步預緊，然后再旋緊壓上的壓環螺釘，推動軸承預緊調節環，軸承預緊調節環壓緊左端的角接觸球軸承的外圈，外圈通過滾動體將預緊力作用到內圈，將預緊力通過左端的角接觸球軸承的內圈、墊片、轉子法蘭和轉子，把壓力傳遞到定子和轉子的接觸界面，實現定子和轉子的進一步精確預緊，最后，在預緊過程中，需要檢測轉子軸的輸出靜態力矩，在檢測中，適當調節右端的預緊螺母，反復調節左端的壓環螺釘，最終實現定子和轉子的精確預緊，直至滿足左端和右端的角接觸球軸承的預緊力要求。