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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410547323.2(22)申请日 2014.10.16H02N 2/00(2006.01)(71)申请人 南京航空航天大学地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街29 号申请人 江苏丰科超声电机科技有限公司(72)发明人 梁大志 牛子杰 朱华 赵淳生(74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237代理人 贺翔(54) 发明名称一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机(57) 摘要本发明提出了一种可承受轴向力的预应力恒定的超声电机，该种电机的轴向固支方式采用双轴承两端固支和碟形弹簧转子，此种结构使得电机可将来自外部的轴向力传。
2、递到电机的外壳，而不是作用在转子上，从而消除了轴向力对转子上预压力的影响 ；同时该电机采用了碟形弹簧作为电机转子，利用碟形弹簧具有零刚度的特性、以及电机是通过微小位移和摩檫力作动的特点，即消除了由于制造加工时零件尺寸、电机装配、电机运行造成的磨损等造成电机轴系尺寸链误差，对电机预压力产生的影响，又解决了轴向力对预压力的影响。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图6页(10)申请公布号 CN 104506075 A(43)申请公布日 2015.04.08CN 104506075 A1/1 页21.一种可承受轴向力的预压力恒定。
3、的超声电机，包括外壳（1）、第一轴承（2）、第二轴承（8）、定子（5）、定子座（7）、轴（9）、转子（3），所述第一轴承（2）安装在外壳（1）内，第一轴承（2）的中心通过一轴（9）；所述转子（3）、定子（5）、第二轴承（8）依次套装在轴（9）上，转子（3）固定在轴（9）上，所述定子（5）和第二轴承（8）安装在定子座（7）上 ；所述定子（5）的底面设有压电陶瓷片（6），所述压电陶瓷片（6）沿径向对称粘贴于定子（5）的内底面径向末端；其特征在于 ：在所述轴（9）上设有固定部件，该固定部件设置在第一轴承（2）和第二轴承（8）之间，将轴（9）固定在第一轴承（2）与第二轴承（8）上 ；所述定子（5）的外。
4、缘与定子座（7）相贴合，使轴向力直接传递到电机的外壳（1）和定子座（7）上。2.根据权利要求 1 所述的一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，其特征在于 ：所述转子（3）为碟簧转子，所述碟簧转子（3）锥面向下安装 ；所述固定部件为一凸台，凸台的上端面和第一轴承（2）的下端面贴合碟簧转子（3）的上部 ；凸台的下端面贴合第二轴承（8）。3.根据权利要求 1 所述的一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，其特征在于 ：所述转子（3）为碟簧转子，所述碟簧转子（3）锥面向下安装 ；所述固定部件为上下两个凸台，其中，上凸台的上端面和第一轴承（2）的下端面贴合碟簧转子（3）的上部 ；下凸台的下端面贴合第二。
5、轴承（8）。4.根据权利要求 2 或 3 所述的一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，其特征在于 ：在所述轴（9）上还套装有摩擦片（4），所述摩擦片（4）设置在定子（5）与转子（3）之间 ；所述碟簧转子（3）的上部固定，下部受挤压，使其高度变小，工作在零刚度的临界值。5.根据权利要求 1 至 3 所述的任意一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，其特征在于 ：所述第一轴承（2）和第二轴承（8）为深沟球轴承。权 利 要 求 书CN 104506075 A1/4 页3一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机技术领域0001 本发明涉及一种电子，尤其是一种以压电陶瓷变形驱动的中空式超声电机具体地说是。
6、一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机。背景技术0002 超声电机（Ultrasonic Motor）是近二十年来发展起来的一种新概念动力装置。它的实质是依靠压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为弹性体的机械能，使定子产生高频的微幅振动（微米级），再利用定、转子之间的接触和摩擦作用将定子的微幅振动转换为转子的回转或者直线运动，从而输出机械能以带动负载工作。这种新型电机使用频率高于 20kHz（即超声频率范围）的交流电源来驱动，故称之为超声电机。超声电机比之一般的电磁电机具有许多独特的优点 ：（1）扭矩 / 重量比大 ；（2）低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载 ；（3）响应快（毫秒级），。
7、可控性好 ；（4）可变速度，可步进，运动精度高 ；（5）断电时自锁，自锁力矩大 ；（6）对磁场不敏感，也不产生磁场 ；（7）速度和位置控制性能好，精度高。0003 目前传统的超声电机结构中转子固定在轴上。轴的一端受到来至固支轴承的预压力，而轴的另一端处于游动的结构（如图 6 所示）。此种电机结构会造成电机无法承受来自外部额外的轴向力（由于游动端）。同时传统的超声电机转子采用的是柔性转子（图 6 中转子结构）。该种柔性转子的应力与变形的关系如图 7 所示。这种应力与变形的特点使得电机预压力不稳定，当电机轴受到外力的影响，结合图 7，可以看出柔性转子的弹力会实时发生变化，这会使得电机的预压力偏大或。
8、者偏小，不利于电机的性能稳定。发明内容0004 所要解决的技术问题 ：本发明的目的是针对现有的超声电机轴由于一端固支，一端游动造成电机无法承受轴向力，以及由于尺寸链误差造成电机性能不稳定等缺点，设计一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机。0005 技术方案 ：为了实现以上功能，本发明提供了一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，包括外壳 1、第一轴承 2、第二轴承 8、定子 5、定子座 7、轴 9、转子 3，所述第一轴承 2 安装在外壳1 内，第一轴承 2 的中心通过一轴 9 ；所述转子 3、定子 5、第二轴承 8 依次套装在轴 9 上，转子 3 固定在轴 9 上，所述定子 5 和第二轴承 8。
9、 安装在定子座 7 上 ；所述定子 5 的底面设有压电陶瓷片 6，所述压电陶瓷片 6 沿径向对称粘贴于定子 5 的内底面径向末端 ；说 明 书CN 104506075 A2/4 页4其特征在于 ：在所述轴 9 上设有固定部件，该固定部件设置在第一轴承 2 和第二轴承 8之间，将轴 9 固定在第一轴承 2 与第二轴承 8 上 ；所述定子 5 的外缘与定子座 7 相贴合，使轴向力直接传递到电机的外壳 1 和定子座 7 上。0006 作为一种优选，所述转子 3 为碟簧转子，所述碟簧转子 3 锥面向下安装 ；所述固定部件为一凸台，凸台的上端面和第一轴承2的下端面贴合碟簧转子3的上部 ；凸台的下端面贴合。
10、第二轴承 8。0007 作为一种优选，所述转子 3 为碟簧转子，所述碟簧转子 3 锥面向下安装 ；所述固定部件为上下两个凸台，其中，上凸台的上端面和第一轴承 2 的下端面贴合碟簧转子 3 的上部 ；下凸台的下端面贴合第二轴承 8。0008 进一步的，在所述轴 9 上还套装有摩擦片 4，所述摩擦片 4 设置在定子 5 与转子 3之间 ；所述碟簧转子 3 的上部固定，下部受挤压，使其高度变小，工作在零刚度的临界值。0009 进一步的，所述第一轴承 2 和第二轴承 8 为深沟球轴承。0010 有益效果 ：本发明提出了一种可承受轴向力的超声电机，该种电机的轴向固支方式采用双轴承两端对顶固支 ；同时该电。
11、机采用了碟形弹簧作为电机转子。其具有以下优势 ：1该超声电机使得电机在两个轴承件采用固定部件的方式，将轴固定在轴承上，不再产生上下位移，从而将来自外部的轴向力直接传递到电机的外壳和定子座上，而不是作用在转子上，从而消除了轴向力对转子上预压力的影响 ；使得电机可承受较大的轴向力而保证预压力恒定在 F 值。0011 2同时该电机采用了碟形弹簧作为电机转子，利用碟形弹簧具有零刚度的特性，保证蝶形弹簧实际工作长度为 L，此时碟形弹簧在 范围内的变形，其弹力均恒定在 F 值。即可以消除由于制造加工时零件尺寸、电机装配、电机运行造成的磨损等造成电机轴系尺寸链误差，对电机预压力产生的影响，又解决了轴向力对预。
12、压力的影响。保证了批量装配中每台电机的预压力均恒定在 F 值。附图说明0012 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明 ：图 1 是发明一种实施例的结构示意图 ；图 2 是发明一种实施例的结构示意图 ；图 3 是发明一种实施例的结构示意图 ；图 4 是碟形转子变形示意图 ；图 5 是蝶形转子变形与弹力的曲线图 ；图 6 是传统超声电机的结构示意图 ；图 7 是传统超声电机中使用的柔性转子变形与弹力的曲线图 ；图中 ：1- 外壳，2- 第一轴承，3- 碟形转子，4- 摩擦片，5- 定子，6- 压电陶瓷片，7- 定子座，8- 第二轴承，9- 轴。具体实施方式0013 本发明提供一种可承受轴向力的预。
13、压力恒定的超声电机，为使本发明的目的，技说 明 书CN 104506075 A3/4 页5术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0014 实施例 1一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，包括外壳 1、第一轴承 2、第二轴承 8、定子 5、定子座 7、轴 9、转子 3，所述第一轴承 2 安装在外壳 1 内，第一轴承 2 的中心通过一轴9 ；所述转子 3、定子 5、第二轴承 8 依次套装在轴 9 上，转子 3 固定在轴 9 上，所述定子 5 和第二轴承 8 安装在定子座 7 上 ；所述定子 5 。
14、的底面设有压电陶瓷片 6，所述压电陶瓷片 6 沿径向对称粘贴于定子 5 的内底面径向末端 ；其特征在于 ：在所述轴 9 上设有固定部件，该固定部件设置在第一轴承 2 和第二轴承 8之间，将轴 9 固定在第一轴承 2 与第二轴承 8 上 ；所述定子 5 的外缘与定子座 7 相贴合，使轴向力直接传递到电机的外壳 1 和定子座 7 上。0015 如图 1、图 2 所示，所述转子 3 为碟簧转子，所述碟簧转子 3 锥面向下安装 ；在本实施例中，所述固定部件为一凸台，凸台的上端面和第一轴承 2 的下端面贴合碟簧转子 3 的上部 ；凸台的下端面贴合第二轴承 8。0016 进一步的，在所述轴 9 上还套装有。
15、摩擦片 4，所述摩擦片 4 设置在定子 5 与转子 3之间 ；所述碟簧转子 3 的上部固定，下部受挤压，使其高度变小，工作在零刚度的临界值。0017 进一步的，所述第一轴承 2 和第二轴承 8 为深沟球轴承。0018 实施例 2一种可承受轴向力的预压力恒定的超声电机，包括外壳 1、第一轴承 2、第二轴承 8、定子 5、定子座 7、轴 9、转子 3，所述第一轴承 2 安装在外壳 1 内，第一轴承 2 的中心通过一轴9 ；所述转子 3、定子 5、第二轴承 8 依次套装在轴 9 上，转子 3 固定在轴 9 上，所述定子 5 和第二轴承 8 安装在定子座 7 上 ；所述定子 5 的底面设有压电陶瓷片 。
16、6，所述压电陶瓷片 6 沿径向对称粘贴于定子 5 的内底面径向末端 ；其特征在于 ：在所述轴 9 上设有固定部件，该固定部件设置在第一轴承 2 和第二轴承 8之间，将轴 9 固定在第一轴承 2 与第二轴承 8 上 ；所述定子 5 的外缘与定子座 7 相贴合，使轴向力直接传递到电机的外壳 1 和定子座 7 上。0019 如图 3 所示，所述转子 3 为碟簧转子，所述碟簧转子 3 锥面向下安装 ；在本实施例中，所述固定部件为上下两个凸台，其中，上凸台的上端面和第一轴承 2 的下端面贴合碟簧转子 3 的上部 ；下凸台的下端面贴合第二轴承 8。0020 进一步的，在所述轴 9 上还套装有摩擦片 4，所。
17、述摩擦片 4 设置在定子 5 与转子 3之间 ；所述碟簧转子 3 的上部固定，下部受挤压，使其高度变小，工作在零刚度的临界值。0021 进一步的，所述第一轴承 2 和第二轴承 8 为深沟球轴承。0022 该超声电机使得电机在两个轴承件采用固定部件的方式，将轴固定在轴承上，不再产生上下位移，从而将来自外部的轴向力直接传递到电机的外壳和定子座上，而不是作用在转子上，从而消除了轴向力对转子上预压力的影响 ；使得电机可承受较大的轴向力而保证预压力恒定在 F 值。0023 进一步的，因为现有的电机采用的是柔性转子，其形变会随着应力的变化而变化，这种应力与变形的特点使得电机预压力不稳定，当电机轴受到外力的。
18、影响，结合图 7，可以看出柔性转子的弹力会实时发生变化，不利于电机的性能稳定。在本发明中，将常用的柔性说 明 书CN 104506075 A4/4 页6转子用碟簧转子替代，碟簧转子在 范围内发生变形，其压力均保持在 F 牛。碟簧转子的这一特征保证了电机的零件轴向尺寸等误差不会影响到电机预压力。因为，工件在组装过程中，总会有一些误差，在本发明中，要保证定子5的外缘与定子座7相贴合、固定部件的上端面以及第一轴承与碟簧转子上部的贴合、固定部件的下端面与第二轴承的贴合这三处的紧密性，肯定会存在两处贴合情况好另一处稍有一些松的情况 ；在此，碟簧转子 3 的这一特性消除了工件装配时的误差，使得电机在加工过程中产生的尺寸误差不会影响到电机预压力，从而保证电机输出特性稳定。0024 可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。说 明 书CN 104506075 A1/6 页7图1说 明 书 附 图CN 104506075 A2/6 页8图2说 明 书 附 图CN 104506075 A3/6 页9图3图4说 明 书 附 图CN 104506075 A4/6 页10图5说 明 书 附 图CN 104506075 A。