阅读说明：本技术 一种基于表面织构的超声电机用增摩结构 (Ultrasonic motor friction increasing structure based on surface texture ) 是由 赵盖 雷浩 宋敬伏 余元豪 丁庆军 裘进浩 孙志峻 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于表面织构的超声电机用增摩结构,包括摩擦材料基底,所述摩擦材料基底的材质为聚合物基复合材料,设置在超声电机的转子外端面,摩擦材料基底的表面设置有表面织构,表面织构的结构为微凸体或微凹坑的一种或两种,微凸体包括正六边形微凸体、方形微凸体、圆形微凸体,微凹坑包括正六边形微凹坑、方形微凹坑、圆形微凹坑。本发明在超声电机的摩擦材料进行表面织构,在干摩擦的条件下,表面织构的存在会增大摩擦系数,从而增大超声电机的输出力矩；表面织构形成的空隙能有效的捕获并容纳磨屑,减少了磨粒磨损和犁沟,提高了超声电机的使用寿命。(The invention discloses a friction increasing structure for an ultrasonic motor based on a surface texture, which comprises a friction material substrate, wherein the friction material substrate is made of a polymer matrix composite material and is arranged on the outer end face of a rotor of the ultrasonic motor, the surface texture is arranged on the surface of the friction material substrate, the structure of the surface texture is one or two of a micro-convex body and a micro-concave pit, the micro-convex body comprises a regular hexagon micro-convex body, a square micro-convex body and a round micro-convex body, and the micro-concave pit comprises a regular hexagon micro-concave pit, a square micro-concave pit and a round micro-concave pit. According to the invention, the friction material of the ultrasonic motor is subjected to surface texture, and the friction coefficient can be increased due to the surface texture under the condition of dry friction, so that the output torque of the ultrasonic motor is increased; the gaps formed by the surface texture can effectively capture and contain abrasive dust, abrasive wear and furrowing are reduced, and the service life of the ultrasonic motor is prolonged.)

一种基于表面织构的超声电机用增摩结构

技术领域

本发明涉及超声电机技术领域，特别涉及一种能够提高超声电机输出力矩并延长其使用寿命的超声电机用增摩结构。

背景技术

超声电机是20世纪80年代迅速发展并具有特殊应用的一种新型微特电机，其工作原理是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体(定子)在超声频段内的微幅振动，并依靠定子和转子之间的摩擦作用来驱动转子运动。由于超声电机通过摩擦界面传输动力，所以定、转子之间的摩擦特性就决定了电机的输出性能。由超声电机的运行特点决定，在一定的范围内，随着摩擦系数的增大，超声电机的输出力矩会增大。目前定、转子之间的摩擦材料一般为聚四氟乙烯基复合材料或聚酰亚胺基复合材料，摩擦系数较低，导致超声电机的输出力矩不足。超声电机摩擦副的磨损主要由磨粒磨损和疲劳磨损两种，磨损最终会导致摩擦界面破坏，电机寿命缩短甚至失效。如何降低磨损，提高超声电机寿命，也是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于表面织构的超声电机用增摩结构，以解决现有技术中存在的超声电机输出力矩不足及使用寿命较短。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于表面织构的超声电机用增摩结构，包括摩擦材料基底，所述摩擦材料基底的材质为聚合物基复合材料，设置在超声电机的转子外端面，摩擦材料基底的表面设置有表面织构，表面织构的结构为微凸体或微凹坑的一种或两种，微凸体包括正六边形微凸体、方形微凸体、圆形微凸体，微凹坑包括正六边形微凹坑、方形微凹坑、圆形微凹坑。

所述摩擦材料基底的材质为聚四氟乙烯基、聚酰亚胺基、聚醚醚酮基、聚苯硫醚基或酚醛树脂基复合材料。优选的，所述摩擦材料基底的材质为石墨烯改性聚酰亚胺复合材料。

优选的，所述圆形微凸体、圆形微凹坑的半径为100～200μm。

优选的，所述方形微凸体、方形微凹坑的边长为100～200μm。

优选的，所述正六边形微凸体、正六边微凹坑的边长为100～200μm。

优选的，所述表面织构的面积密度为20～50％。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明在超声电机的摩擦材料进行表面织构，在干摩擦的条件下，表面织构的存在会增大摩擦系数，从而增大超声电机的输出力矩；

(2)表面织构形成的空隙能有效的捕获并容纳磨屑，减少了磨粒磨损和犁沟，提高了超声电机的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术的未表面织构的超声电机摩擦材料的示意图；

图2为本发明的基于表面织构的超声电机用增摩结构的示意图，其中，表面织构的形状为圆形微凸体；

图3为图2中A部分的局部放大图；

图4为装配有本发明的基于表面织构的超声电机用增摩结构的转子的实物图；

图中，1-摩擦材料基底，2-表面织构，3-转子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1所示，现有技术的超声电机所采用的摩擦材料的表面为光滑的。

基于超声电机摩擦驱动机理，需要增摩界面维持较大的输出力矩，因此，本发明提供了一种基于表面织构的超声电机用增摩结构，将摩擦材料的表面用激光熔融、超声精细加工等方法制备出一系列不同形式的表面织构，该表面织构为增摩效应的织构化摩擦表面，以提高摩擦副之间的摩擦系数，进而能够提高超声电机的输出力矩。由于表面织构存在的间隙可以很好地捕获并容纳磨损产生的磨屑和磨粒，可以在提高摩擦系数的同时降低磨损率，提高了超声电机的使用寿命。

如图2所示，本发明的一种基于表面织构的超声电机用增摩结构，包括摩擦材料基底1，所述摩擦材料基底1的材质为聚合物基复合材料，设置在超声电机的转子外端面，摩擦材料基底1的表面设置有表面织构2，表面织构的结构为微凸体或微凹坑的一种或两种，微凸体包括正六边形微凸体、方形微凸体、圆形微凸体，微凹坑包括正六边形微凹坑、方形微凹坑、圆形微凹坑。

其中，摩擦材料基底1的材质为聚四氟乙烯基、聚酰亚胺基、聚醚醚酮基、聚苯硫醚基或酚醛树脂基复合材料。本发明中，摩擦材料基底的材质优选为石墨烯改性聚酰亚胺复合材料，该材料为本发明的申请人在先申请的公开号为CN105820567A的中国专利《一种石墨烯改性聚酰亚胺复合材料及其应用》中公开的石墨烯改性聚酰亚胺复合材料。

其中，圆形微凸体、圆形微凹坑的半径为100～200μm，方形微凸体、方形微凹坑的边长为100～200μm，正六边形微凸体、正六边微凹坑的边长为100～200μm。

其中，表面织构的面积密度为20～50％，即表面织构的面积占摩擦材料基底表面面积的20～50％。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为圆形微凸体，直径100μm，面积密度为50％。摩擦系数增高了20％、超声电机装配后输出力矩提高了23％、效率增加了18％。

实施例2

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为圆形微凹坑，直径100μm，面积密度为50％，摩擦系数增高了22％、超声电机装配后输出力矩提高了27％、效率增加了20％。

实施例3

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为方形微凸体，直径150μm，面积密度为45％，摩擦系数增高了18％、超声电机装配后输出力矩提高了20％、效率增加了16％。

实施例4

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为方形微凹坑，直径150μm，面积密度为45％，摩擦系数增高了19％、超声电机装配后输出力矩提高了22％、效率增加了18％。

实施例5

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为正六边形微凸体，直径100μm，面积密度为40％，摩擦系数增高了13％、超声电机装配后输出力矩提高了16％、效率增加了14％。

实施例6

摩擦材料基底的材质选用石墨烯改性聚酰亚胺基复合材料，厚度为0.25mm，表面织构形式为正六边形微凹坑，直径100μm，面积密度为40％，摩擦系数增高了15％、超声电机装配后输出力矩提高了18％、效率增加了16％。

以上实施例仅是本发明针对石墨烯改性聚酰亚胺基摩擦材料优化的表面织构形式的尺寸和面积密度，因其弹性模量、硬度、摩擦磨损性能不同，不同的聚合物基摩擦材料的表面织构形式的尺寸和面积密度应有所不同，选用聚四氟乙烯基、聚醚醚酮基、聚苯硫醚基、酚醛树脂基等不同性能复合材料时应重新设计其表面织构形式的尺寸和面积密度，对电机输出力矩和转速也有不同的影响，但是对于本技术领域人员来说，在不脱离本设计方法的前提下还可以选出多种摩擦材料，这些选择也应视为本发明的保护范围。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。