[實用新型]一種準零剛度復合轉子超聲電機

有效

• 申請號: 201820419560.4
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN208337439U
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 菅磊;王翔;王均山;陳超
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

一種準零剛度復合轉子超聲電機，它包括壓電陶瓷（4）、定子（3）、轉動軸（7）和轉子（2），其特征是所述的轉子（2）為準零剛度復合轉子，該準零剛度復合轉子由轉盤（16）、機械彈簧（17）、內磁力彈簧和外磁力彈簧及上端蓋（12）組成。本實用新型創造性將靜態的準零剛度隔振技術應用于超聲電機，使超聲電機轉子預壓力技術調節獲得了重大突破。同時本實用新型根據超聲電機的特點對準零剛度隔振器進行改進，使之適合于動態運行。

技術領域

本實用新型涉及一種超聲電機，尤其是一種結合了準零剛度技術的超聲電機，具體地說是一種準零剛度復合轉子超聲電機。

背景技術

超聲電機是一種全新概念的微特電機，是利用壓電材料的逆壓電效應，激發超聲頻率的振動，并通過定、轉子之間的摩擦作用產生旋轉（直線）運動，輸出功率，驅動負載。超聲電機具有結構緊湊、低速大轉矩、響應速度快、可直接驅動負載等優點，在微型機器人、汽車、航空航天、精密定位儀、光學儀器、內窺鏡及武器裝備等領域具有廣闊的應用前景。

超聲電機定、轉子之間的接觸傳動是超聲電機系統中非常重要的傳遞過程，它決定著電機最后的輸出特性。影響超聲電機定轉子接觸狀態主要有定、轉子接觸界面摩擦材料的特性和定、轉子之間的預壓力，因此預壓力的施加方式對于電機的性能影響至關重要。之前采用剛性轉子的超聲電機采用碟簧施加預壓力，但是碟簧可能會受到外部沖擊載荷或者自身應力松弛的影響，預壓力可能會發生改變，隨之電機的性能也發生變化，后來為了使轉子隨著定子的振動而變形，增大定、轉子之間的接觸，超聲電機的轉子采用柔性結構，預壓力通過電機的裝配施加，但是同樣受到外部環境的影響，轉子發生一定的形變，施加在定轉子間的預壓力與變形位移量呈線性關系，電機的性能就可能有不確定的改變。之前所授權的一些關于超聲電機預壓力調節的專利，雖然能達到主動控制預壓力的變化，但是當超聲電機受到外部環境因素的影響，可靠性就可能下降，如果能夠設計出具有零剛度特性并且零剛度均勻性較好的轉子，就能保持在高沖擊載荷環境下定轉子之間的預壓力處于正常工作預壓力狀態，保證超聲電機的正常運作。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對現有的超聲電機轉子采用剛性和柔性施壓方式均驗證以保證定轉子之間實現良好接觸的問題，尤其是在受到沖擊載荷作用時，定、轉子之間的接觸應力會發生突破且難以快速抵消的問題，設計一種準零剛度復合轉子超聲電機，以實現電機在高沖擊過后能夠保持在正常預壓力狀態下工作。

本實用新型的技術方案是：

一種準零剛度復合轉子超聲電機，它包括壓電陶瓷4、定子3、轉動軸7和轉子2，壓電陶瓷4安裝在定子的一個端面上，定子的另一個端面與轉子2相抵，轉子2安裝在轉動軸7上，其特征是所述的轉子2為準零剛度復合轉子，該準零剛度復合轉子由轉盤16、機械彈簧17、內磁力彈簧和外磁力彈簧及上端蓋12組成，轉盤16的中心設有供轉動軸7通過的方形孔，轉動軸7對應部位也呈方形結構，以便轉動軸既能在轉盤中作軸向竄動又能在轉盤16的帶動下轉動；轉盤16的底面與定子3相嚙合產生轉動力，轉盤16的另一面與機械彈簧17的一端相連，機械彈簧17產生彈力以轉子2與定子3保持設定的壓力，機械彈簧17的另一端與外磁力彈簧的一端相低，外磁力彈簧的另一端與上端蓋12相連，上端蓋12通過壓套10實現其在轉動軸7上的軸向定位；內磁力彈簧通過一端的調節螺母18和轉動軸7上的臺階面固定在轉動軸7上，調節壓套10在轉動軸上的位置，使內磁力彈簧和外磁力彈簧復合產生的負剛度與機械彈簧產生的正剛度相匹配，使轉子2在轉動過程中既與定子3保持設定的嚙合力又能在受到外界沖擊時自動抵消所受的沖擊載荷。

所述的壓套10通過螺紋旋裝在轉動軸7上。

所述的內磁力彈簧由內永磁鐵20、內套筒21和底蓋19組成，內永磁鐵20套裝在內套筒21中，內永磁鐵20又套裝在轉動軸7上，內套筒21的上端面與轉動軸7上的臺界面相抵，底蓋19安裝在內套筒21的下端面上，底蓋19在轉動軸7上的位置由旋裝在轉動軸上的調節螺母18確定。