专利名称：电磁超声混合双转子电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机。
背景技术：
步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。采用环形分配器及功率放大器可使步进电机的励磁绕组按照一定顺序轮流接通直流电源，由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使步进电机转子转动。但在普通驱动控制方式下，步进电机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不能完美适应现代精密定位及加工的要求。 以提高电机定位精度及改善电机运行性能为目的的细分驱动技术能使步进电机达到很高的定位精度，但采用步进电机细分驱动电路，使系统的复杂程度增加，且细分后的步进电机驱动精度还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等因素，细分数越大，精度越难控制。现实工况下如焊接过程中的高频起弧和稳弧对驱动电路存在很严重的高频电磁波干扰，采用步进电机细分电路会大大降低了系统的可靠性和稳定性，驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本也会较高。超声波电机(USM)是一种非电磁电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应在定子上产生超声振动，通过与转子的摩擦耦合传递驱动力。由于其具有转速低、转矩大、定位精度高、 功率密度大、无电磁干扰等优越特性，所以在航空航天、机器人、精密仪器等领域得到广泛应用。但USM长时间工作会导致电机材料特性和输出特性变化，产生谐振频率漂移、转速下降。由于依靠摩擦传递力矩，因此USM的寿命一般都不长，如日本Siinsei公司生产并得到广泛应用的行波超声波电机(TRUSM)USR30和USR60寿命分别为2000小时和1000小时。从力学角度分析，亦不难理解USM寿命短的原因在交变应力和摩擦力作用下，电机产生疲劳破坏，即由裂纹萌生、扩展和失稳引起的突然性破坏，这当然不是瞬变结果，而是一个缓变的渐近过程。在交变应力作用下，电机构件的应力虽低于材料的静荷强度极限，但经过应力多次重复作用后，将产生疲劳破坏现象。经过多次试验表明材料抵抗对称循环交变应力的能力最差。USM的振动行波产生超声频率的交变应力，在向转子传递驱动力的同时，它的交变微动亦在不间断地摧残自身，在交变应力和摩擦力作用下，电机产生疲劳损伤，容易使定子与压电陶瓷间的凝结层局部脱落、温升快造成热失配等，影响电机输出转矩及定位精度。 且由于压电陶瓷裂纹萌生、扩展和失稳引起突然性破坏，使USM的寿命大大降低。如电机工作工程中发生过载、堵转等现象，则USM的寿命更短。近年来国内外学者采用电磁伺服电机作为定位系统粗定位驱动元件，采用超声波电机或压电致动器作为定位系统精密定位驱动元件，充分结合了超声波电机与电磁电机各自的优点，取得了较好的效果。但现有混合驱动系统均将电磁驱动与超声驱动部件完全隔离开，采用离合器或其它切换传动机构完成两台电机的切换，结构复杂，连接件加工困难， 无法实现无扰动切换，无法实现一体化、小型化设计加工。发明内容本实用新型的目的在于提供一种结构合理，工作性能好的电磁超声混合双转子电机。本实用新型的技术解决方案是—种电磁超声混合双转子电机，包括定子、转子、输出轴，其特征是转子包括精密定位转子及粗定位转子，定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子的弹性体与精密定位转子采用面面紧密接触，精密定位转子与粗定位转子、外壳均通过向心轴承连接。压电陶瓷沿厚度方向极化。定子由螺母及外壳夹持并锁紧，弹性块上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力，螺母轴套螺纹连接；粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢，粗定位转子与外壳、定子、精密定位转子均通过向心轴承连接；精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等；精密定位转子通电相磁极轴线与粗定位转子磁极轴线对齐。粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢，粗定位转子与外壳、精密定位转子均通过向心轴承连接，粗定位转子下端与固定轴通过向心推力轴承连接；精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等，精密定位转子通电相磁极轴线与粗定位转子磁极轴线对齐。定子由精密定位转子及外壳夹持并锁紧，精密定位转子上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力，螺母与精密定位转子轴螺纹连接，精密定位转子与外壳、定子、粗定位转子间通过向心轴承连接；粗定位转子采用外转子结构，粗定位转子与精密定位转子通过向心轴承连接，粗定位转子下端与外壳通过向心推力轴承连接。本实用新型结构合理，其寿命远长于行波型超声波电机，其定位精度远高于一般的步进电机。其一体化结构实现了电磁、超声混合驱动中的无扰动切换，克服了采用离合器或其它切换传动机构完成电磁、超声两台电机混合驱动结构复杂、连接件加工困难、无法实现无扰动切换、无法实现小型化设计加工等问题。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1是本发明的电磁超声混合双转子电机实施例1剖面图。图2是本发明的电磁超声混合双转子电机实施例2剖面图。图3是本发明的电磁超声混合双转子电机实施例3剖面图。图1中有编码器1，轴承端盖2，垫片3，向心轴承4，外壳5，压电陶瓷6，向心轴承 7，弹性块8，碟形弹簧9，螺母10，轴套11，精密定位转子12，粗定位转子及输出轴13，轴承端盖14，垫片15，向心轴承16，轴承端盖17，螺母18，碟形弹簧19，向心轴承20。图2中有螺母21，外壳22，压电陶瓷23，弹性块对，碟形弹簧25，固定轴沈，螺母 27，轴套28，向心推力轴承四，粗定位转子及输出轴30，向心轴承31，螺母32，轴承端盖33， 编码器34，轴承端盖35，垫片36，向心轴承37，碟形弹簧38，精密定位转子39。图3中有编码器41，轴承端盖42，弹性块43，向心推力轴承44，精密定位转子及输出轴45，粗定位外转子46，向心轴承47，轴承端盖48，垫片49，碟形弹簧50，螺母51，向心推力轴承52，压电陶瓷13，向心轴承M，外壳55。
具体实施方式
实施例1 本发明的电磁超声混合双转子电机由编码器，轴承端盖，垫片，向心轴承，外壳，压电陶瓷，向心轴承，弹性块，碟形弹簧，螺母，轴套，精密定位转子，粗定位转子及输出轴构成。该电机的定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子由螺母及外壳夹持并锁紧，弹性块上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力。螺母轴套螺纹连接。压电陶瓷沿厚度方向极化。粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢。粗定位转子与外壳、定子、精密定位转子均通过向心轴承连接。精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等。精密定位转子通电相磁极轴线力求与粗定位转子磁极轴线对齐。在精密定位转子上方通过螺母、碟形弹簧施加预压力，使转子与弹性块间面面接触，使预压力在整个接触面上均勻分布。当精密定位转子绕组按规律变化的相序通电时，粗定位转子便连续旋转，步距角较大，实现混合电机的粗定位。电机通过输出轴输出力矩。当采用两路交流正弦信号激励压电陶瓷产生谐振时，压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子表面质点椭圆运动，产生行波并通过定子、精密定位转子间的摩擦接触连续驱动精密定位转子产生微位移。精密定位转子绕组按固定不变的相序通电，则精密定位转子绕组产生的合成磁场恒定，当精密定位转子产生微位移后，粗定位转子跟随精密定位绕组转动，实现混合电机的精密定位。电机通过输出轴输出力矩。实施例2 本发明的电磁超声混合双转子电机由螺母，外壳，压电陶瓷，弹性块，碟形弹簧，固定轴，轴套，向心推力轴承，粗定位转子及输出轴，向心轴承，轴承端盖，编码器，垫片，精密定位转子组成。该电机的定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子由螺母及外壳夹持并锁紧，弹性块上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力。螺母与轴套螺纹连接。固定轴与外壳、压电陶瓷、弹性块固定可通过螺纹配合机构固定连接。压电陶瓷沿厚度方向极化。粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢。粗定位转子与外壳、精密定位转子均通过向心轴承连接。粗定位转子下端与固定轴通过向心推力轴承连接，以实现粗定位转子的轴向和径向定位。精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等。精密定位转子通电相磁极轴线力求与粗定位转子磁极轴线对齐。在精密定位转子上方通过螺母、碟形弹簧施加预压力，使精密定位转子与弹性块间面面接触，使预压力在整个接触面上均勻分布。当精密定位转子绕组按规律变化的相序通电时，粗定位转子便连续旋转，步距角较大，实现混合电机的粗定位。电机通过输出轴输出力矩。4/4页当采用两路交流正弦信号激励压电陶瓷产生谐振时，压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子表面质点椭圆运动，产生行波并通过定子、精密定位转子间的摩擦接触连续驱动精密定位转子产生微位移。精密定位转子绕组按固定不变的相序通电，则精密定位转子绕组产生的合成磁场恒定，当精密定位转子产生微位移后，粗定位转子跟随精密定位绕组转动，实现混合电机的精密定位。电机通过输出轴输出力矩。实施例3 本发明的电磁超声混合双转子电机由编码器，轴承端盖，弹性块，精密定位转子及输出轴，粗定位外转子，向心轴承，轴承端盖，垫片，碟形弹簧，螺母，向心推力轴承，压电陶瓷，外壳组成。该电机的定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子由精密定位转子及外壳夹持并锁紧，精密定位转子上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力，螺母与精密定位转子轴螺纹连接，使精密定位转子与弹性块间面面接触，使预压力在整个接触面上均勻分布。压电陶瓷沿厚度方向极化。精密定位转子与外壳、定子、粗定位转子间通过向心轴承连接。粗定位转子采用外转子结构，粗定位转子与精密定位转子通过向心轴承连接。粗定位转子下端与外壳通过向心推力轴承连接，以实现粗定位转子的轴向和径向定位。当精密定位转子绕组按规律变化的相序通电时，粗定位转子便连续旋转，步距角较大，实现混合电机的粗定位。电机通过与外转子相连的齿轮输出力矩。当采用两路交流正弦信号激励压电陶瓷产生谐振时，压电陶瓷通过逆压电效应将电能转换为定子的弹性振动能，使定子表面质点椭圆运动，产生行波并通过定子、精密定位转子间的摩擦接触连续驱动精密定位转子产生微位移。精密定位转子绕组按固定不变的相序通电，则精密定位转子绕组产生的合成磁场恒定，粗定位转子跟随精密定位绕组转动，实现混合电机的精密定位。电机通过与转子相连的齿轮输出力矩，当精密定位时可通过输出轴或通过与外转子相连的齿轮共同输出力矩。
权利要求1.一种电磁超声混合双转子电机，包括定子、转子、输出轴，其特征是转子包括精密定位转子及粗定位转子，定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子的弹性体与精密定位转子采用面面紧密接触，精密定位转子与粗定位转子、外壳均通过向心轴承连接。
2.根据权利要求1所述的电磁超声混合双转子电机，其特征是压电陶瓷沿厚度方向极化。
3.根据权利要求1或2所述的电磁超声混合双转子电机，其特征是定子由螺母及外壳夹持并锁紧，弹性块上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力，螺母轴套螺纹连接；粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢，粗定位转子与外壳、定子、精密定位转子均通过向心轴承连接；精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等；精密定位转子通电相磁极轴线与粗定位转子磁极轴线对齐。
4.根据权利要求1或2所述的电磁超声混合双转子电机，其特征是粗定位转子与输出轴连为一体，粗定位转子为一对极或几对极的星形磁钢，粗定位转子与外壳、精密定位转子均通过向心轴承连接，粗定位转子下端与固定轴通过向心推力轴承连接；精密定位转子绕有两相或多相绕组，每相极对数与转子极对数相等，精密定位转子通电相磁极轴线与粗定位转子磁极轴线对齐。
5.根据权利要求1或2所述的电磁超声混合双转子电机，其特征是定子由精密定位转子及外壳夹持并锁紧，精密定位转子上方的螺母通过碟形弹簧施加预压力，螺母与精密定位转子轴螺纹连接，精密定位转子与外壳、定子、粗定位转子间通过向心轴承连接；粗定位转子采用外转子结构，粗定位转子与精密定位转子通过向心轴承连接，粗定位转子下端与外壳通过向心推力轴承连接。
专利摘要本实用新型公开了一种电磁超声混合双转子电机，包括定子、转子、输出轴，转子包括精密定位转子及粗定位转子，定子由压电陶瓷和装在压电陶瓷上的弹性体组成，定子的弹性体与精密定位转子采用面面紧密接触，精密定位转子与粗定位转子、外壳均通过向心轴承连接。本实用新型结构合理，其寿命远长于行波型超声波电机，其定位精度远高于一般的步进电机。其一体化结构实现了电磁、超声混合驱动中的无扰动切换，克服了采用离合器或其它切换传动机构完成电磁、超声两台电机混合驱动结构复杂、连接件加工困难、无法实现无扰动切换、无法实现小型化设计加工等问题。
文档编号H02N2/14GK202190223SQ20112033575
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月8日 优先权日2011年9月8日
发明者钱家琛, 顾菊平 申请人:钱家琛