[發(fā)明專利]一種實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)輕量化的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810708791.1
• 申請(qǐng)日: 2018-07-02
• 公開（公告）號(hào): CN108696177B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙蓋;余元豪;宋敬伏;丁慶軍;裘進(jìn)浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00;H02N2/10
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責(zé)任公司 32218
• 代理人: 瞿網(wǎng)蘭

一種實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)輕量化的方法，其特征是采用聚合物復(fù)合材料制造的超聲電機(jī)定子代替磷青銅超聲電機(jī)定子，轉(zhuǎn)子仍然采用鋁合金表面粘貼聚四氟乙烯基摩擦層材料；本發(fā)明在保證超聲電機(jī)對(duì)定子材料的使用要求的同時(shí)，能夠滿足定轉(zhuǎn)子摩擦特性要求，在將定子質(zhì)量降低80?85%時(shí)仍具有較大功率的機(jī)械輸出，從而減少電機(jī)整體質(zhì)量，為航空航天等輕量化應(yīng)用領(lǐng)域提供了重要技術(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超聲電機(jī)技術(shù)，尤其是一種超聲電機(jī)減重技術(shù)，具體地說是一種實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)輕量化的方法。

背景技術(shù)

超聲電機(jī)是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展并具有特殊應(yīng)用的一種新型微特電機(jī)，是利用逆壓電效應(yīng)將彈性體定子的微觀振動(dòng)通過摩擦轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，其中核心部件為定子和轉(zhuǎn)子，但對(duì)其強(qiáng)度、彈性模量、密度、耐磨性、導(dǎo)熱性等方面具有嚴(yán)格的要求。目前使用較多的定子材料為磷青銅，因其具有良好的耐磨損、彈性、導(dǎo)熱性、抗疲勞等優(yōu)異性能。轉(zhuǎn)子為鋁合金材料表面粘貼聚四氟乙烯基摩擦材料，具有質(zhì)量輕、易加工、成本低廉等優(yōu)勢。

在超聲電機(jī)中定子磷青銅材料的密度最大（8.8g/cm³），占整個(gè)電機(jī)質(zhì)量的20%以上，在其輕量化應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛的開發(fā)空間。所以，通過輕質(zhì)材料代替磷青銅定子來降低電機(jī)質(zhì)量顯得尤為重要，截至目前，還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)超聲電機(jī)輕量化的設(shè)計(jì)及相關(guān)研究。本發(fā)明根據(jù)超聲電機(jī)對(duì)彈性體定子性能的特殊要求，擬選用密度較小且具有較高機(jī)械強(qiáng)度、耐磨和導(dǎo)熱性能優(yōu)異的聚合物來代替，從而降低電機(jī)整體質(zhì)量。優(yōu)選地，聚苯硫醚是一種新型高性能熱塑性樹脂，具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、耐化學(xué)藥品性、阻燃、熱穩(wěn)定性好、電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，通過纖維增強(qiáng)后可以成為電機(jī)磷青銅定子的理想替代材料，能夠大大降低電機(jī)的整體質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的超聲電機(jī)中大量采用的磷青銅定子存在重量過大，難以實(shí)現(xiàn)整機(jī)輕量化的問題，發(fā)明一種利用聚合物復(fù)合材料定子來替代而減輕整機(jī)重量的實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)輕量化的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：

一種實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)輕量化的方法，其特征是采用聚合物復(fù)合材料制造的超聲電機(jī)定子代替磷青銅超聲電機(jī)定子，轉(zhuǎn)子仍然采用鋁合金表面粘貼聚四氟乙烯基摩擦層材料；整個(gè)定子的重量同比減輕80-85%以上。

所述的聚合物復(fù)合材料為纖維增強(qiáng)的工程塑料，所述的纖維的添加比例為15-30vol.%。

所述的工程塑料為具有高的機(jī)械強(qiáng)度、耐高溫、耐磨損的聚苯硫醚、聚酰亞胺、聚醚醚酮、酚醛樹脂、對(duì)位聚苯、聚砜或聚甲醛。

所述的聚合物優(yōu)選聚苯硫醚，聚苯硫醚模塑粉平均粒徑為75μm。

所述的纖維為短切碳纖維、玻璃纖維或芳綸纖維。

所述的碳纖維直徑7μm，長度20-50μm，玻璃纖維直徑7μm，長度20-50μm，芳綸纖維的直徑為7μm。長度范圍為20-50μm。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：

一種聚合物復(fù)合材料超聲電機(jī)定子的制造方法，其特征是將纖維與工程塑料模塑粉按體積比混合均勻后模壓成型，熱壓前將復(fù)合粉末在100℃烘箱中處理2h，然后自由燒結(jié)到370℃保溫半小時(shí)，降溫至240℃時(shí)開始加壓，壓力升至20MPa時(shí)保壓半小時(shí)，最后自然冷卻得到纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料坯料，再將坯料加工成超聲電機(jī)定子。

本發(fā)明的有益效果：

(1)、本發(fā)明利用纖維增強(qiáng)聚苯硫醚復(fù)合材料代替超聲電機(jī)磷青銅定子材料，能夠大大降低電機(jī)的整體質(zhì)量。

(2)、該復(fù)合材料可以利用短切纖維增強(qiáng)，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，制備工藝簡單方便，易加工，成本低廉。

（3）本發(fā)明在電機(jī)負(fù)載不變的前提下可減重80-85%。