一种大中空口径占比中空型旋转超声电机 |
|||||||
| 申请号 | CN202410205571.2 | 申请日 | 2024-02-23 | 公开(公告)号 | CN118017870A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 南京航达超控科技有限公司; 南京航空航天大学; | 发明人 | 杨模尖; 杨淋; 赵淳生; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种大中空口径占比中空型旋转超声 电机 ，其中，中空 转轴 组件包括中空转轴、滚轮组和挡环， 外壳 组件同轴压设在滚轮组上，并通过 螺纹 固定连接。 转子 组件包括柔性转子和 摩擦材料 ，柔性转子与中空转轴固定连接。 定子 组件包括定子、压电陶瓷片和柔性印制板，柔性印制板通过胶粘和螺钉固定的方式分别与压电陶瓷片和定子连接，定子与定子座连接。环形 滚道 用于 挤压 滚轮带动柔性转子挤压定子产生预压 力 ，预压力调整 垫片 用于调整预压力大小。中空转轴包括多个用于安装滚轮和挡环的第一滚轮轴和第二滚轮轴。本发明解决了现有中空型超声电机整机结构仍不够紧凑，外包络尺寸较大且转矩体积比较小的问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，其特征在于，包括： |
||||||
| 说明书全文 | 一种大中空口径占比中空型旋转超声电机技术领域[0001] 本发明涉及超声电机技术领域，特别是涉及一种大中空口径占比中空型旋转超声电机。 背景技术[0002] 现有技术中环形定子无腹板结构的超大中空占比的旋转行波超声电机，已在佳能、尼康、适马、宾得、索尼和奥林巴斯等镜头中得到了成功的应用，这种中空超声电机的定子和转子均没有固定安装的腹板，它将超声电机的中空占比发挥到了极致。但是，这种超声电机也有自身的局限，因转子基本上属于刚性结构，无法提供大量的轴向形变位移，因此，这种电机采用了定子悬浮的设计，只通过外壳上的凸起深入定子齿槽中限制定子组件在周向方向的自由度，在定子组件贴有陶瓷片的一面布置有毛毡垫圈和波簧，利用波簧的形变弥补定转子的磨损并提供预压力，且预压力不能太大，否则会影响定子组件的振幅和输出。所以，这种电机的预压力和转速通常都比较小，注定了这种电机的输出转矩比较小。 [0003] 专利号为CN 216162637 U提出的一种开式大口径中空旋转型超声电机，将轴承布设的位置更加贴近柔性转子，虽然充分利用了定子组件和柔性转子组件之间的空间，使得电机的整体结构更加紧凑，轴向尺寸更小，大大的减轻了电机的重量，但是因为轴承布置在定子固定安装的腹板处，所以这种中空超声电机的中空占比也比较小。 [0004] 同时，以上所提及到的几种类型的中空电机整体结构上属于半开放式或全开放式结构，在应用中通常需要额外设计防尘结构或装置，防止定转子上的磨屑掉落污染镜头或其他设备。 [0005] 现有技术中的定子带腹板结构的中空旋转行波超声电机，定子普遍采用螺钉固定的形式(如专利号为CN 202696502 U提出的中空超声电机)安装在定子座上或底座上，或定子采用胶粘或过盈配合的形式(如我公司专利号为CN 108880322A提出的一种采用全新预压力施加方式的旋转行波超声电机)安装在定子座上或底座上，这些超声电机基本上都是通过外壳挤压轴承，再利用轴承挤压定子或转子，利用柔性转子、定子腹板的形变提供预压力。这种超声电机因为外壳和大口径的轴承的存在，电机轴向尺寸较大，电机整机的包络尺寸较大。 发明内容[0006] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，本发明解决了现有技术中中空型超声电机整机结构仍不够紧凑，整机的外包络尺寸较大且转矩体积比也比较小的问题。 [0007] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0008] 一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，包括： [0009] 定子座、定子组件、转子组件、中空转轴组件和外壳组件； [0010] 所述定子组件同轴固定安装在定子座上，转子组件同轴位于定子组件的齿面上，所述中空转轴组件穿设于转子组件并与所述转子组件固定连接；其中，所述中空转轴组件包括：中空转轴、滚轮组和挡环；滚轮组包括多个具有径向支撑作用的滚轮和多个具有轴向支撑作用的滚轮；所述滚轮和所述挡环安装在所述中空转轴上；所述外壳组件同轴压设在具有轴向支撑作用的滚轮上，并通过外壳上的第二螺纹与所述定子座上的定子座螺纹固定连接；所述外壳组件包括：环形滚道、预压力调整垫片和外壳；所述环形滚道通过环形滚道螺纹与所述外壳上的第一螺纹连接，所述预压力调整垫片布设在环形滚道与外壳之间；所述转子组件包括：依次连接的柔性转子和摩擦材料，柔性转子与中空转轴通过螺钉固定连接；所述定子组件包括：依次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板，所述柔性印制板通过环氧树脂胶与压电陶瓷片胶粘连接的同时，所述柔性印制板内侧的接地端还通过螺钉与定子固定连接，所述定子与所述定子座连接； [0011] 所述环形滚道用于挤压中空转轴组件上的多个具有轴向支撑作用的滚轮带动柔性转子组件挤压定子组件产生预压力，所述预压力调整垫片用于调整所述预压力的大小； [0012] 所述中空转轴包括： [0013] 多个第一滚轮轴和多个第二滚轮轴； [0014] 第一滚轮轴设置在凸台朝向长止口方向的平面上，所述第一滚轮轴的根部设置有第一滚轮台阶；所述第一滚轮轴的顶部设置有第一环槽；第二滚轮轴设置在铣扁平面上，第二滚轮轴的根部设置有第二滚轮台阶；所述第二滚轮轴的顶部设置有第二环槽，所述具有径向支撑作用的滚轮安装在所述第一滚轮轴上，所述具有轴向支撑作用的滚轮安装在所述第二滚轮轴上，所述第一滚轮轴和所述第二滚轮轴交错、均匀分布； [0015] 所述第一滚轮轴用于径向支撑凸台平面，所述第一滚轮台阶用于减少滚轮端面与凸台平面接触，所述第二滚轮轴用于轴向支撑铣扁平面，所述第二滚轮台阶用于减少滚轮端面与铣扁平面接触，所述第一环槽和所述第二环槽均用于安装挡环。 [0017] 优选地，所述中空转轴的第一端面上设置有长止口，且第一端面上均匀设置有螺纹孔；在中空转轴的第二端面上设置有下凹台阶，所述下凹台阶形成的圆柱面上设置有安装外部零件的螺纹； [0018] 在中空转轴的外圆柱面处均匀开设有多个铣扁平面，且在两两铣扁平面之间设置有沿径向方向朝外的凸台，其中，铣扁平面和凸台交错、均匀分布； [0019] 所述螺纹孔用于固定安装转子组件。 [0020] 优选地，所述外壳的内侧设置有第一螺纹和第二螺纹； [0021] 所述第一螺纹用于安装环形滚道，所述第二螺纹和定子座固定连接。 [0022] 优选地，所述环形滚道的外圆柱面上设置有与外壳上的第一螺纹相匹配的环形滚道螺纹，在环形滚道的第一端面上设置有安装止口，在环形滚道的第二端面设置有多个盲孔和一个下凹台阶； [0023] 其中，下凹台阶形成的端面为轴向滚轮滚道，下凹台阶形成的圆柱面为径向滚轮滚道。 [0025] 所述柔性印制板上的接地电路通过穿过光孔的金属螺钉与定子导通。 [0026] 优选地，所述外壳组件包括： [0027] 径向滚轮滚道和轴向滚轮滚道； [0028] 径向滚轮滚道与具有径向支撑作用的滚轮接触或相切，具有径向支撑作用的滚轮在第一滚轮滚道上自由滚动；轴向滚轮滚道压在具有轴向支撑作用的滚轮上，所述轴向滚轮滚道与具有轴向支撑作用的滚轮接触或相切，具有轴向支撑作用的滚轮在轴向滚轮滚道上自由滚动； [0029] 所述径向滚轮滚道用于径向支撑中空转轴组件并限制中空转轴组件在径向方向上的窜动，所述轴向滚轮滚道用于轴向支撑中空转轴组件并限制中空转轴组件在轴向方向上的窜动。 [0030] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： [0031] 本发明提供了一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，包括：定子座、定子组件、转子组件、中空转轴组件和外壳组件；所述定子组件同轴固定安装在定子座上，转子组件同轴位于定子组件的齿面上，所述中空转轴组件穿设于转子组件并与所述转子组件固定连接；其中，所述中空转轴组件包括：中空转轴、滚轮和挡环；滚轮包括多个具有径向支撑作用的滚轮和多个具有轴向支撑作用的滚轮；所述滚轮和所述挡环安装在所述中空转轴上；所述外壳组件同轴压设在具有轴向支撑作用的滚轮上，并通过螺纹与所述定子座固定连接；所述外壳组件包括：环形滚道、预压力调整垫片和外壳；所述环形滚道通过螺纹连接的方式与所述外壳连接，所述预压力调整垫片布设在环形滚道与外壳之间；所述转子组件包括：依次连接的柔性转子和摩擦材料，柔性转子与中空转轴通过螺钉固定连接；所述定子组件包括：依次连接的定子、压电陶瓷片和柔性印制板，所述柔性印制板通过环氧树脂胶与压电陶瓷片胶粘连接的同时，所述柔性印制板内侧的接地端还通过螺钉与定子固定连接。本发明采用中空转轴组件和环形滚道代替了大口径轴承的布置结构方案，使电机结构更紧凑，不仅具有较高的转矩体积比，还获得了更大的中空口径占比。 附图说明 [0032] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0033] 图1为本发明实施例提供的整机结构示意图； [0034] 图2为本发明实施例提供的整机爆炸示意图； [0035] 图3为本发明实施例提供的中空定子座的结构示意图； [0036] 图4为本发明实施例提供的定子组件爆炸示意图； [0037] 图5为本发明实施例提供的柔性印制板结构示意图； [0038] 图6为本发明实施例提供的柔性印制板内侧接地端结构示意图；其中，(a)为本发明实施例提供的柔性印制板内侧接地端正面结构示意图；(b)为本发明实施例提供的柔性印制板内侧接地端反面结构示意图； [0039] 图7为本发明实施例提供的柔性转子组件爆炸示意图； [0040] 图8为本发明实施例提供的中空转轴组件的爆炸示意图； [0041] 图9为本发明实施例提供的中空转轴的结构示意图； [0042] 图10为本发明实施例提供的中空转轴上滚轮轴结构示意图；其中，(a)为本发明实施例提供的中空转轴上具有径向支撑作用的滚轮轴结构示意图；(b)为本发明实施例提供的中空转轴上具有轴向支撑作用的滚轮轴结构示意图； [0043] 图11为本发明实施例提供的中空外壳的结构示意图； [0044] 图12为本发明实施例提供的中空环形滚道的结构示意图。 [0045] 附图标记说明： [0046] 1‑定子座，1a‑定子座螺纹，1b‑第一槽口，1c‑第二槽口，2‑定子组件，201‑定子，202‑压电陶瓷片，203‑柔性印制板，2031‑接地端，2032‑补强，2033‑光孔，3‑转子组件，301‑转子，302‑摩擦材料，4‑中空转轴组件，401‑中空转轴，401a‑长止口，401b‑螺纹孔，401c‑安装外部零件的螺纹，401d‑凸台，401e‑铣扁平面，401f‑第一滚轮轴，401g‑第一滚轮台阶， 401h‑第一环槽，401i‑第二滚轮轴，401j‑第二滚轮台阶，401k‑第二环槽，402‑滚轮，4021‑第一滚轮，4022‑第二滚轮，4023‑第三滚轮，4024‑第四滚轮，4025‑第五滚轮，4026‑第六滚轮，403‑挡环，4031‑第一挡环，4032‑第二挡环，4033‑第三挡环，4034‑第四挡环，4035‑第五挡环，4036‑第六挡环，5‑外壳组件，501‑外壳，501a‑第一螺纹，501b‑第二螺纹，502‑环形滚道，502a‑安装止口，502b‑环形滚道螺纹，502c‑轴向滚轮滚道，502d‑径向滚轮滚道，502e‑盲孔，503‑预压力调整垫片。 具体实施方式[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0048] 本发明的目的是提供一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，本发明解决了现有技术中中空型超声电机整机结构仍不够紧凑，整机的外包络尺寸较大且转矩体积比也比较小的问题。 [0049] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0050] 如图1所示，本发明提供了一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，包括： [0051] 定子座1、定子组件2、转子组件3、中空转轴组件4和外壳组件5； [0052] 如图2‑7所示所述定子组件2同轴固定安装在定子座1上，转子组件3同轴位于定子组件2的齿面上，所述中空转轴组件4穿设于转子组件3并与所述转子组件3固定连接；其中，所述中空转轴组件4包括：中空转轴401、滚轮组和挡环403；滚轮组包括多个具有径向支撑作用的滚轮402和多个具有轴向支撑作用的滚轮402；所述滚轮402和所述挡环403安装在所述中空转轴401上；所述外壳组件5同轴压设在具有轴向支撑作用的滚轮402上，并通过外壳501上的第二螺纹501b与所述定子座1上的定子座螺纹1a固定连接；所述外壳组件5包括：环形滚道502、预压力调整垫片503和外壳501；所述环形滚道502通过环形滚道螺纹502b与所述外壳501上的第一螺纹501a连接，所述预压力调整垫片503布设在环形滚道502与外壳501之间；所述转子组件3包括：依次连接的柔性转子301和摩擦材料302，柔性转子301与中空转轴401通过螺钉固定连接；所述定子组件2包括：依次连接的定子201、压电陶瓷片202和柔性印制板203，所述柔性印制板203通过环氧树脂胶与压电陶瓷片202胶粘连接的同时，所述柔性印制板203内侧的接地端2031还通过螺钉与定子201固定连接； [0053] 所述环形滚道502用于挤压中空转轴组件4上多个具有轴向支撑作用的滚轮，具体的挤压图8所示的第二滚轮4022、第四滚轮4024和第六滚轮4026，带动柔性转子组件3挤压定子组件2产生预压力，所述预压力调整垫片503用于调整所述预压力的大小； [0054] 所述中空转轴401包括： [0055] 多个第一滚轮轴401f和多个第二滚轮轴401i； [0056] 第一滚轮轴401f设置在凸台401d朝向长止口401a方向的平面上，所述第一滚轮轴401f的根部设置有第一滚轮台阶401g；所述第一滚轮轴401f的顶部设置有第一环槽401h； 第二滚轮轴401i设置在铣扁平面401e上，第二滚轮轴401i的根部设置有第二滚轮台阶 401j；所述第二滚轮轴401i的顶部设置有第二环槽401k，所述具有径向支撑作用的滚轮402安装在所述第一滚轮轴401f上，所述具有轴向支撑作用的滚轮402安装在所述第二滚轮轴 401i上，所述第一滚轮轴401f和所述第二滚轮轴401i交错、均匀分布。 [0057] 具体的，在凸台401d平面上的所有滚轮轴的轴线与中空转轴401的轴线互为平行的关系，且滚轮轴的轴线到中空转轴401的轴线距离一致；在铣扁平面401e上的所有滚轮轴的轴线共平面，且该平面与中空转轴401的轴线互为垂直关系。 [0058] 中空转轴401上设置的铣扁平面401e、凸台401d、具有径向支撑作用的滚轮轴(第一滚轮轴401f)、具有轴向支撑作用的滚轮轴(第二滚轮轴401i)的数量更优选为3个。 [0059] 如图8‑10所示，所述中空转轴401上的所有具有径向支撑作用的滚轮轴和具有轴向支撑作用的滚轮轴上顺次布设有滚轮(图8中4021～4026)和挡环(图8中4031～4036)，其中挡环403卡在第一滚轮轴401f上的第一环槽401h和第二滚轮轴401i上的第二环槽401k中。其中，图8中包括：第一滚轮4021，第二滚轮4022，第三滚轮4023，第四滚轮4024，第五滚轮4025，第六滚轮4026，403‑挡环，第一挡环4031，第二挡环4032，第三挡环4033，第四挡环4034，第五挡环4035，第六挡环4036。 [0060] 所述第一滚轮轴401f用于安装承担径向力的滚轮402，所述第一滚轮台阶401g用于减少滚轮端面与凸台401d平面接触，所述第二滚轮轴401i用于安装承担轴向力的滚轮402，所述第二滚轮台阶401j用于减少滚轮端面与铣扁平面401e接触，所述第一环槽401h和所述第二环槽401k均用于安装挡环403。 [0061] 进一步的，所述定子座1外沿凸起圆柱面上开设有定子座螺纹1a，在外沿凸起圆柱面上开设第一槽口1b和第二槽口1c，所述第一槽口1b和所述第二槽口1c均用于避让柔性印制板上引出的金手指和接地端2031。 [0062] 具体的，与第一槽口1b对应的地方靠近定子组件2安装的表面处还开设有避让柔性印制板接地端2031的第二槽口1c。 [0063] 进一步的，所述中空转轴401的第一端面上设置有长止口401a，且第一端面上均匀设置有螺纹孔401b；所述螺纹孔401b用于固定安装柔性转子组件3，在中空转轴401的第二端面上设置有下凹台阶，所述下凹台阶形成的圆柱面上设置有安装外部零件的螺纹401c； [0064] 在中空转轴401的外圆柱面处均匀开设有多个铣扁平面401e，且在两两铣扁平面401e之间设置有沿径向方向朝外的凸台401d，其中，铣扁平面401e和凸台401d交错、均匀分布； [0065] 所述螺纹孔401b用于固定安装转子组件3。 [0066] 具体的，如图11所示，所述外壳501的剖面呈“7”字型结构，内侧设置有安装环形滚道502的第一螺纹501a和与定子座1固连的第二螺纹501b，这里优选的是第一螺纹501a的直径小于等于第二螺纹501b的直径。 [0067] 进一步的，所述外壳501的内侧设置有第一螺纹501a和第二螺纹501b； [0068] 所述第一螺纹501a用于安装环形滚道502，所述第二螺纹501b和定子座1固定连接。 [0069] 进一步的，如图12所示所述环形滚道502的外圆柱面上设置有与外壳501上的第一螺纹501a相匹配的环形滚道螺纹，在环形滚道502的第一端面上设置有安装止口502a，在环形滚道502的第二端面设置有多个盲孔502e和一个下凹台阶； [0070] 具体的，盲孔502e主要是作为装配工艺用，用来拧紧环形滚道502 [0071] 其中，下凹台阶形成的端面为轴向滚轮滚道502c，下凹台阶形成的圆柱面为径向滚轮滚道502d。 [0072] 进一步的，所述柔性印制板203上引出的金手指对应的内侧位置设置有接地端2031和固定接地端的光孔2033，接地端2031的正面光孔2033周围设置有补强2032，接地端 2031的反面光孔周围设置有接地电路； [0073] 所述柔性印制板203上的接地电路通过穿过光孔2033的金属螺钉与定子201导通。 [0074] 进一步的，如图11‑12所示，所述外壳组件5包括： [0075] 径向滚轮滚道502d和轴向滚轮滚道502c； [0076] 径向滚轮滚道502d与具有径向支撑作用的滚轮402接触或相切，具有径向支撑作用的滚轮402在径向滚轮滚道502d上自由滚动；轴向滚轮滚道502c压在具有轴向支撑作用的滚轮402上，所述轴向滚轮滚道502c与具有轴向支撑作用的滚轮402接触或相切，具有轴向支撑作用的滚轮402在轴向滚轮滚道502c上自由滚动； [0077] 所述径向滚轮滚道502d用于径向支撑中空转轴组件4并限制中空转轴组件4在径向方向上的窜动，所述轴向滚轮滚道502c用于轴向支撑中空转轴组件4并限制中空转轴组件4在轴向方向上的窜动。 [0078] 具体的，电机的预压力施加是通过外壳组件5上的环形滚道502挤压中空转轴组件4上的所有具有轴向支撑作用的滚轮，进而带动柔性转子组件3挤压定子组件2实现的；改变布设在环形滚道502与外壳501之间的预压力调整垫片503的厚度可调整预压力的大小。 [0079] 更进一步的，以120mm直径的定子201为例，采用本申请提供的结构方案，电机主体外包络尺寸为Φ132mm×25mm，中空口径为Φ85mm，相比较CSX140K3‑120型中空超声电机(外形尺寸Φ140mm×32mm，中空口径Φ70mm)，中空口径增加了21.4％，中空口径与定子201外径的比值由原来的50％提升至70.8％，轴向尺寸减少了18.75％，径向尺寸减少了5.7％。 [0080] 具体的，通过采用中空转轴组件4和环形滚道502代替大口径轴承的布置结构方案，在保证了电机较好的机械输出特性的前提下，进一步提升了中空占比的同时减少了轴向尺寸和径向尺寸，使电机结构更紧凑，有效的提升了电机的转矩体积比。同时，电机自身具备较好的密闭性，具有一定的防尘能力以及防止定转子301表面磨屑掉落污染电机之外的设备或仪器。 [0081] 本发明的有益效果如下： [0082] 1、本发明提供的一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，保留了传统的固定腹板的安装形式，保证了较好的机械输出特性，相比较现有的环形定子无腹板结构的超大中空占比的旋转行波超声电机，在牺牲了较少中空占比的前提下获得了更大的转矩体积比，同时电机自身具有较好的密闭防尘效果，定转子组件不外露，降低了定转子表面磨屑掉落电机之外的其他设备或仪器的风险； [0083] 2、本发明提供的一种大中空口径占比中空型旋转超声电机，采用中空转轴组件和环形滚道代替了大口径轴承的布置结构方案，在定子直径大于等于60mm时，本发明的中空超声电机相比较现有的定子带腹板结构、外壳施加预压力的大中空旋转行波超声电机，整体结构更为紧凑，整机质量更轻，相同定子直径下，中空口径增加了15％～30％，轴向尺寸降低了10％以上。 [0086] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈