[发明专利]一种杆状弯曲行波型超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机，尤其涉及一种杆状弯曲行波型超声电机。

背景技术

超声电机(Ultrasonic Motor或简称为USM)是一种利用压电材料的逆压电效应，激发出弹性体(定子)在超声频域(大于20KHz)范围的微观振动，利用弹性体谐振放大，并通过定、转子之间的摩擦作用转换成转子的旋转或直线运动的新型电机。

与传统的电磁型电机相比，超声电机结构简单、设计灵活，没有线圈和磁极，响应速度快、控制精度高、单位体积能量密度大、扭矩密度大、耐高低温/真空、良好的电磁兼容性等特点。超声电机涉及到多学科、多领域的交叉，目前在工业控制系统、智能机器人、汽车专用电气设备、仪器仪表、核电、医疗设备、航空航天等领域有着十分广阔的应用前景，近年来备受国内外科学界和工业界的重视，是当前微驱动控制领域的一个研究热点。因此，研究和设计超声电机，具有重要的科学意义。

然而目前的超声电机装配比较难，因为压电陶瓷需要黏结，还得等胶干透才能进行下一个工艺流程，因而组装工艺变得复杂。

发明内容

针对上述技术缺陷，本发明提供一种杆状弯曲行波型超声电机，其整体结构设计简洁、装配简单，压电陶瓷不需粘接，减少了组装工艺的复杂性，装配工艺容易实现自动化，本发明的杆状弯曲行波型超声电机特别适宜对电机的重量、体积、性能等方面有特殊要求的应用场合。

本发明的解决方案是：一种杆状弯曲行波型超声电机，其包括转子、定子、输出轴、若干压电陶瓷片、若干电极片；该定子包括基座、定位轴、上配重块、中间配重块、下配重块；定位轴一端的端面上固定基座，自远离基座的方向下配重块、电极片一、压电陶瓷片一、电极片二、压电陶瓷片二、电极片三、中间配重块、电极片四、压电陶瓷片三、电极片五、压电陶瓷片四、电极片六、上配重块依次套在且定位在定位轴的另一端上；转子呈套筒状，且一端开口而另一端封闭，输出轴安装在转子的封闭端，转子自该定子具有基座的一侧套在该定子上，且转子的内壁与中间配重块直接接触；

其中，电极片一、压电陶瓷片一、电极片二、压电陶瓷片二、电极片三为一组组件，电极片四、压电陶瓷片三、电极片五、压电陶瓷片四、电极片六为另一组组件，以组为单位对这两组组件的压电陶瓷片进行分别极化，且为相互反相极化：向两组组件的电极片分别通入两相相位相差90度的交变电压，使这两组组件的压电陶瓷片激发出所需要的振动模态。

作为上述方案的进一步改进，转子的侧壁上均匀开始有与转子的轴线平行的若干间隙；该杆状弯曲行波型超声电机还包括预紧装置，预紧装置固定在转子的外侧壁上，通过调节间隙的宽度来调节转子和该定子之间的预紧力。

进一步地，预紧装置为卡箍，通过若干紧固件调节该卡箍的直径大小，该卡箍套在转子的侧壁上。

再进一步地，该紧固件为螺钉。

作为上述方案的进一步改进，上配重块通过螺合的方式固定在定位轴上，以便与基座一起夹持定位下配重块、电极片一、压电陶瓷片一、电极片二、压电陶瓷片二、电极片三、中间配重块、电极片四、压电陶瓷片三、电极片五、压电陶瓷片四、电极片六。

作为上述方案的进一步改进，该杆状弯曲行波型超声电机还包括底座，定位轴一端的端面上固定基座，定位轴另一端依次套下配重块、电极片一、压电陶瓷片一、电极片二、压电陶瓷片二、电极片三、中间配重块、电极片四、压电陶瓷片三、电极片五、压电陶瓷片四、电极片六、上配重块之后固定在底座上。

作为上述方案的进一步改进，所有压电陶瓷片均呈环状。

作为上述方案的进一步改进，每组组件通过接电线与电源相连。

作为上述方案的进一步改进，转子的封闭端开设有安装孔，输出轴安装固定在所述安装孔上。

作为上述方案的进一步改进，基座面向输出轴的一侧上开设收容槽，输出轴的一端通过一个深沟球轴承安装在收容槽内，输出轴的另一端穿过转子的封闭端通过螺母安装在转子上。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：电机的定子由压电陶瓷片的逆压电效应产生超声波振动，转子和定子之间主要通过摩擦力传递运动，同时通过加一定的预紧力并在圆筒外加一个可通过螺钉调节直径大小的卡箍，构成预紧装置，通过调节螺钉，可控制预紧力的大小，调节输出扭矩及速度。而且，本发明的电机结构能够有效的消除传统杆状超声电机的径向线性滑动所带来的效率低下问题，增大了定子中点与端点的振幅，提高了中点驱动模式电机的输出性能。

附图说明

图1为本发明杆状弯曲行波型超声电机的立体结构示意图。