[发明专利]一种薄型驻波旋转超声电动机

说明书

技术领域

本发明属于超声应用领域中的电动机，特别是一种薄型驻波旋转超声电动机。该超声 电动机作为微型动力装置可广泛应用于医学检测仪器，微、小型机器人及微、小型机电系 统及航空航天等领域。

背景技术

超声电动机是一种工作原理有别于电磁电机的新型电动力机，它利用压电陶瓷的逆压 电效应，激发定子高频超声振动产生的形变，然后通过定子与转子之间的摩擦力驱动转子 转动并传递其动力。此类电机具有低速大扭矩、低噪声、不受电磁干扰、结构简单等优点， 在医学检测仪器、微小型机器人、航空航天等领域有很好的应用前景。目前已有的旋转型 超声电机可以分为以下两类：一类是利用圆环定子的面外弯曲振动模态，结构特点是定子 与转子沿定子轴向接触；另一类则是利用圆环定子的面内弯曲振动模态，结构特点是定子 与转子沿定子的内或外圆周面接触。上述两类超声电机多利用行波驱动，即给压电陶瓷片 接通两相交变电压，分别激发两个弯曲驻波，这两个驻波合成为一个行波，此行波推动转 子转动。相对于行波驱动，利用驻波驱动可以显著简化驱动电路，十分有利于电机的小型 化和微型化。在公开号为CN101030740A，发明名称为《单相驱动的弯曲旋转超声电机》的 专利文献中，公开了一种机体的结构呈锥状的单相驱动驻波旋转超声电机，该电机依靠六 片沿轴向叠合在一起的压电陶瓷片激发定子的振动，六片压电陶瓷片依靠压紧螺母及压轴 套固定在中轴上。该电机虽然具有输出力矩较大等优点，但电动机的六片压电陶瓷片按极 化分区要相互错开60度安装，其结构复杂，且在压电陶瓷片的压紧过程中因压紧螺母的 螺旋运动(旋转力)极易造成压电陶瓷片之间错位，难以保证相邻压电陶瓷片之间错位60 度的技术要求；此外，该电机定子与转子之间不带任何定位装置，这使得定子与转子两者 之间的接触位置精度受到影响，进而影响电机转矩和速度的稳定性；因而，此类旋转超声 电动机存在结构复杂，对定子与转子之间的接触位置精度要求高，安装较困难，电机转矩 和速度的稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明的目的是研究设计一种薄型驻波旋转超声电动机，以达到简化电机本体及其驱 动电路的结构，降低电机的厚度，提高电机效率及转矩和速度的稳定性、并实现正、反转， 使电机更趋小型化、微型化，为机电系统等的小型化、微型化提供动力支持等目的。

本发明的解决方案是针对背景技术存在的缺陷，在定子与转子的配合方式上，采用定 子的外圆周面(外环面)与转子的内环面压力接触式配合，以传递动力并克服定子与转子 通过轴截面重叠式配合方式带来的电机厚度过大的缺点；采用定子的面外弯曲模态，以避 免定子面内模态不易激发及输出扭矩较小的缺陷；利用单相电压在环形定子上激发的弯曲 驻波以实现电机旋转，同时将上、下两个环面上的压电陶瓷片错位设置实现正、反转，以 简化电机的驱动电路、有效提高电机效率，更有利于电动机的小型化和微型化，从而实现 其目的。因此，本发明薄型驻波旋转超声电动机包括电动机定子，带传动(旋转)轴的转 子，固定(压紧)机构，压电陶瓷片，关键在于在电动机底部还设有一带中心孔的机座， 电动机定子为设有中心孔且在其外环面上顺轴向设有齿条的环状定子，压电陶瓷片为两个 环形片且分别设于定子的上、下两个环面上；带传动轴的转子采用上、下两部分组合而成 的组合式转子，在上、下转子的外圆周面上设有螺纹、在两转子之间还设有一碟形弹簧， 传动轴设于上转子外侧的端面上、其内侧面的中部设有一梯形圆孔，下转子为带梯形中心 孔的环状下转子，上、下转子均通过其梯形孔的阶梯面及大径内环面分别与设于其内的定 子外环面相对转动式配合；而固定机构为带内螺纹的连接定位套，上、下转子及设于其内 的定子，碟形弹簧均通过连接定位套与上、下转子外圆周面上的螺纹可调式连接成一体， 而定子又通过定位螺钉与机座紧固连接，两压电陶瓷片通过粘结分别与定子的上、下环面 紧固成一体、并通过导线分别与机座及电源连接。

上述电动机定子外环面上顺轴向设有齿条，其齿条为梯形齿条或矩形齿条、或弧形齿 条。所述分别设于定子上、下两个环面上的(两片)压电陶瓷片，各压电陶瓷片等弧度分 为6-16个电极区，各电极区按正负相间的规律排列；而上、下两个压电陶瓷片则按对应电 极之间(投影)重叠并错开一个齿厚的位置紧固于定子的上、下两个环面上。所述带中心 孔的机座，在机座上还设有下部压电陶瓷片电源线引出孔，而上部压电陶瓷片电源线则经 定子和机座中心孔引出。