[发明专利]具有表面微造型的超声波电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有表面微造型的超声波电机，属于超声波电机技术领域。

背景技术

众所周知，超声波电机是一种基于摩擦方式的驱动器件。超声波电机的超声振动在弹性介质，如定子的传播过程中，其表面质点在适当激励条件下发生椭圆轨迹运动，由于质点存在水平方向的运动分量，而转子以适当压力压靠在定子表面时，两者接触面内将发生相对滑动趋势，于是，在摩擦力作用下，转子发生了水平方向的宏观远动。正是由于这样的驱动原理，使得定子与其配副间存在摩擦，同时在接触界面间存在侧向滑动、径向和周向的几何滑动。摩擦的直接结果是磨损，进而影响配副之间的接触特性，并降低了使用寿命；同时，摩擦磨损的程度受控于界面性能，而接触界面的性能影响因素复杂，在超声振动条件下，界面内不同微凸体间存在几何、材料和表面性能差异，这样表现出不同的声学特性，从而产生噪声。而微滑动的存在在限制了摩擦驱动效率的同时，振动环境中微滑动产生和累积的非输出能量均以热能形式耗散，进而形成新的热环境，不但不利于有效功能转换，而且进一步对有效接触界面的材料性能形成热致弱化。

对于超声波电机，为提高其能量转换效率、降低定转子间的磨损、延长电机的寿命，所选用的定子摩擦层和转子摩擦层的接触面间要满足如下要求：摩擦系数要足够大而确保能量转换的正常实现；耐磨性好，且对配伍的磨损轻微；无摩擦噪声，接触过程中不引起定子和转子间的其他振动；摩擦力足够平稳，而非时间函数，保证长期稳定地工作；热化学稳定性好；有良好的机械性能，特别是适当的硬度。

针对与材料结构特性相关的超声波电机摩擦特性、接触特性和声学特性问题，中国专利《具有梯度涂层摩擦材料的转子或定子》，公开号为CN101222188，公开日为20080716，公开了一种梯度涂层材料的转子或定子，其梯度涂层材料由底层、中间层和表层组成，该种超声波电机摩擦副的缺点是难以制备，且可重复性低；另外，中国专利《超声马达各向异性摩擦片的制备方法及其专用制备装置》，公开号为CN101309056，公开日为20081119，公开了一种各向异型摩擦材料的纤维增强树脂基摩擦片，它是先制备出单层复合材料，再按照纤维与轴向不同角度的卷绕法制取管状各向异性摩擦材料，最后通过垂直轴向切割而成薄片，制备方法复杂，制备周期长，且污染环境。

发明内容

本发明是为了解决现有超声波电机摩擦副的耐磨性差的问题，提供一种具有表面微造型的超声波电机。

本发明所述第一种具有表面微造型的超声波电机，它包括定子和动子，所述定子的与动子相接触的接触表面区域上均匀排布有微观造型，该微观造型为微凸体造型、微凹坑或微槽。

本发明所述第二种具有表面微造型的超声波电机，它包括定子和动子，所述动子的与定子相接触的接触表面区域上均匀排布有微观造型，该微观造型为微凸体造型、微凹坑或微槽。

所述超声波电机为旋转电机或直线电机。

所述微观造型为三角形、矩形、梯形、圆弧形或样条曲线形。

所述微观造型沿所述接触表面的长度范围为1μm-90μm。

所述微观造型在定子或转子的接触表面的面积占有率为5％-90％。

所述微观造型沿垂直于定子或转子的接触表面的纵向深度范围为0.5μm-15μm。

所述定子或转子的接触表面材料为金属、非金属或者聚合物。

所述微观造型采用反应式离子刻蚀方法、光刻方法、电铸方法、注塑方法、受激分子激光和光掩膜投影方法或者激光表面微造型方法实施造型。

本发明的优点是：本发明所述的电机定子或转子，制作过程绿色环保，不需要额外的工程表面处理，亦不需后续机械加工，其摩擦性能得到了改善，接触特性也得到提高，同时，使用过程中产生的无功振动可被部分吸收和弱化，能够实现有效降噪。

本发明对超声波电机定子或转子的接触界面运用基于仿生学思路的表面微造型结构，在获得优化的摩擦副匹配的同时，可获得稳定的摩擦力矩；微观造型结构可以对配伍材料及其自身的磨粒进行收集，避免三体甚至多体磨损；微观造型采用类蜂窝等微细造型结构可扩展质点振动波传播空间，延长冲击时间，微观造型的合理布置能弱化非有效振子能量，有利于进一步降噪。

附图说明

图1为本发明所述定子或转子的局部结构示意图，Lx为微观造型的横向间距，Ly为微观造型的纵向间距，d为造型的横向尺度，如为锥坑的轮廓半径；

图2为超声波电机转子含摩擦层并具有所述微观造型时的接触驱动示意图；

图3为超声波电机定子含摩擦层，转子具有所述微观造型时的接触驱动示意图；