[发明专利]纵振夹心换能器式圆盘定子及使用该定子的超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及到一种纵振夹心换能器式圆盘定子及使用该定子的超声电机，属于压电超声电机技术领域。

背景技术

压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动，具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的d₃₁模式机电耦合效率和陶瓷材料抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限制，这样的激励方式使得超声电机的机械输出能力受到严重制约。

发明内容

为了解决现有超声电机存在的由于采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励而导致的机械输出能力受制约的问题，本发明提供了一种纵振夹心换能器式圆盘定子及使用该定子的超声电机。

本发明的纵振夹心换能器式圆盘定子，由上端圆盘、下端圆盘和偶数个纵振夹心换能器组成；所述偶数个纵振夹心换能器对称固定在上端圆盘和下端圆盘之间，每个纵振夹心换能器由前端盖、后端盖、绝缘套、两对压电陶瓷片、法兰、预紧轴和薄铜片电极组成；前端盖和后端盖是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，前端盖的小端面和上端圆盘的下端面固定连接，后端盖的小端面和下端圆盘的上端面固定连接；所述压电陶瓷片沿厚度方向极化，每对压电陶瓷片中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，所述每对压电陶瓷片中的两片压电陶瓷片之间、上端压电陶瓷片和法兰之间以及下端压电陶瓷片与后端盖大端之间均固定有薄铜片电极；所述法兰位于纵振夹心换能器的纵向振动的节面位置；两对压电陶瓷片分别位于法兰的两侧，所述法兰的中心加工有方形孔；所述预紧轴两端分别加工有第一螺柱和第二螺柱，第一螺柱和第二螺柱的螺纹方向相反，预紧轴的中间轴段横截面为方形；预紧轴装设在纵振夹心换能器的内部中心。两对压电陶瓷片、法兰和薄铜片电极通过预紧轴和预紧轴两端的第一螺柱和第二螺柱与前端盖的大端和后端盖的大端紧固连接为一体，预紧轴与法兰连接采用间隙配合；在每片压电陶瓷片、薄铜片电极与第一螺柱、第二螺柱之间固定有绝缘套。

使用纵振夹心换能器式圆盘定子的超声电机，它由定子、转子组件和末端外罩、中间外罩、前端基座、第一螺钉组、第二螺钉组、第三螺钉组、轴承、预紧垫圈、第四螺钉组和端盖组成；定子组件和转子组件通过安装在前端基座上的轴承与前端基座转动连接；定子组件通过下端面法兰和第一螺钉组固定在前端基座上，中间外罩的两端分别通过第一螺钉组和第二螺钉组固定在下端面法兰和上端面法兰上，末端外罩通过第三螺钉组固定在上端面法兰上；轴承通过预紧垫圈、端盖和第四螺钉组实现预紧；所述转子组件由带轴转子、无轴转子、联接键、耐磨衬圈、橡胶垫、碟形弹簧和锁紧螺母组成；所述无轴转子通过联接键固定在带轴转子的力矩输出轴上；带轴转子和无轴转子与纵振夹心换能器式圆盘定子上端圆盘的上端面和下端圆盘的下端面相接触的端面分别固定有耐磨衬圈，在无轴转子的下面采用橡胶垫、碟形弹簧和锁紧螺母实现带轴转子和无轴转子的预紧。