[發明專利]直流行波電動機

無效

• 申請號: 91101486.1
• 申請日: 1991-03-12
• 公開（公告）號: CN1054863A
• 公開（公告）日: 1991-09-25
• 發明（設計）人: 戈登·沃爾特·卡爾普
• 申請（專利權）人: 洛克威爾國際公司
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 付康

本發明涉及到直流電動機，具體地說，是涉及到一個高速、高效率的直流行波電動機。

在先有技術中，電磁電動機已為人們所熟知，但絕大多數類型的電動機效率相對來說是低的并且需要采取排除熱量的措施。熱量產生于電阻和滑環的滑動觸點、電刷、以及在電動機和發電機中定子和轉子結構之間傳輸功率的整流子。此外，滑動接觸限制了接觸電阻的低限額，而且接觸的凹凸不平引起產生電噪聲的高頻電阻的變化。通過滑動接觸即使傳導適量的電流也會使觸點受到重復性地熔化和破壞而引起導電材料的連續重新排列。因此，觸點表面由于連續使用變得比較粗糙。具有相對小的接觸表面面積的電刷一般要比滑環磨損得快些。電動機部件的電阻發熱、觸點熔化和短壽命的這些特征使常規的電動機在某些應用和環境中不盡令人滿意。

在一些環境中，例如在外層空間，電動機的這些局限性引起對另外一些型式的變換器、傳動裝置和電動機進行研究。例如，壓電裝置，具有重量和效率方面的優勢，作為太空方面的應用是很重要的理由。但是，已知的壓電電動機和傳動裝置要求高頻交流電源并且不適于高速運轉。這樣，為在苛刻環境中和遠距離條件下完成工作，就需要一種高速的、高效率的直流電動機。

根據本發明的一個方面，提供了一種直流行波電動機，其中包括：連接到第一電勢的第一材料層;連接到與第一電勢極性相反的第二電勢的第二材料層;配置在第一和第二材料層之間并與它們保持電氣和摩擦接觸的滾動元件;至少一個第一材料層;第二材料層和由剪切一形變材料制成的滾動元件，由于電氣接觸，響應剪切變形材料中產生的電場，剪切一形變材料經受剪切變形;以及由剪切形變形成的行波，當波隨著滾動元件的電接觸行進時，引起滾動元件滾動，滾動元件與各層之間的摩擦造成第一層相對于第二層運動。

本發明包括一個直流行波電動機。先有技術的交流諧振行波壓電電動機一般取決于諧振彈性元件的橢圓形運動，通過包括滑動摩擦在內的斷續的觸點將運動傳送給轉子。這種類型的接觸伴有噪聲、發熱，并且其磨損降低了效率。相反，本發明可以通過應用由在滾動元件和壓電層之間的電接觸形成的壓電剪切形變產生原動力。在電動機轉軸旋轉的實施例中，旋轉是由觸點附近在圍繞轉軸的滾珠和承受剪切形變的壓電材料外座圈之間的不均勻電場強度形成的。當各滾珠逐個向下滾過隨滾珠行進的壓電剪切波表面時，開始發生旋轉。滾珠完成了整流子的功能，而無滑動磨擦，且它們無需傳統的滾珠軸承。電動機各部件之間的零間隙得到了允許精確高速轉軸定位的運行剛度。本發明的壓電電動機的效率可能比常規電磁電動機要高，更可取地是，因為磨擦較低，不會產生渦流，而且大多數內部流動的電流是局部的和無功的。電動機運轉所需要的既不是交變電流也不是可變的直流。電動機的速度通過改變直流電勢簡單地加以調節。

本發明的直流行波電動機可以靠電池運轉，這在某些軍事的和工業應用方面是有利的。因為電機不需要潤滑，它在太空和宇宙機器人應用方面是有益的。此外，電動機更可取的是會運行在被微導電液體，如鹽水，浸漬的時候，這是因為電場絕大多數駐留在壓電材料的內部。電動機的效率可超過98%，而它的寧靜的平滑的運行對超高速非常有利。方便地，電動機的容量可以小到驅動一只手表，大到驅動一艘遠洋輪的范圍。

為了較全面了解本發明及其進一步的優點，最佳實施例的以下說明作為對附圖的參考，其中：

圖1A系取自具體概括本發明的直流壓電電動機轉軸的軸向延伸處一個點的端視圖;

圖1B系圖1A的電動機橫斷面視圖;以及

圖2是圖1A的部分放大了的視圖。