[发明专利]纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机

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型双转子超声电机，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前景。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。此外，在机器人领域中，实现复杂的机器人动作给驱动元件提出了更高的要求，目前的超声电机多采用单个定子，只能实现单一运动输出，而同时具备两种运动输出的压电超声电机可以在很多场合简化机器人的结构，提高机器人的性能。

发明内容

本发明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以及单个定子只能实现单一运动输出的问题，提供了一种纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机。

本发明的超声电机包括定子组件、上端转子组件、下端转子组件、上端外罩、下端外罩、上端转动轴承、下端转动轴承、上端轴承预紧端盖、下端轴承预紧端盖、上端第一螺钉组、下端第一螺钉组、上端轴承支座、下端轴承支座、上端第二螺钉组、下端第二螺钉组、第三螺钉组和螺母组；所述定子组件包括驱动圆盘和2n个纵振夹心换能器，其中n为大于1的自然数，所述驱动圆盘包括圆盘、外侧薄壁环、圆盘法兰、内侧薄壁环和轴承座，外侧薄壁环设置在圆盘和圆盘法兰之间，内侧薄壁环设置在圆盘与轴承座之间，圆盘、外侧薄壁环、圆盘法兰、内侧薄壁环和轴承座同轴，圆盘上端面加工有连续梳状驱动齿，驱动齿的上端面为具有一定锥度的锥面；所述2n个纵振夹心换能器对称分布固定连接在圆盘的下端面上，每个纵振夹心换能器由后端盖、绝缘套、两对压电陶瓷片、法兰、铜电极片和前端盖组成；后端盖和前端盖均是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，所述截面与后端盖或前端盖的大端面平行，所述前端盖的小端面和圆盘的下端面固定连接；所述后端盖和前端盖的大端面的中心均有一个带内螺纹的盲孔，所述法兰中心的两端带有螺柱；法兰通过螺柱分别与前端盖和后端盖固定连接，两对压电陶瓷片分别套在前端盖和法兰之间以及法兰和后端盖之间的螺柱上，在前端盖和压电陶瓷片之间、每对压电陶瓷片之间以及后端盖和压电陶瓷片之间分别固定有铜电极片，压电陶瓷片和铜电极片均与法兰的螺柱之间固定有绝缘套；所述上端转子组件由上端圆盘转子、上端输出轴、上端连接键、上端橡胶垫、上端碟形弹簧、上端锁紧螺母、上端预紧轴承、上端调整垫片、上端盖和上端转子螺钉组组成；上端圆盘转子通过上端连接键与上端输出轴相联接，上端输出轴通过上端预紧轴承与轴承座转动连接，上端圆盘转子与圆盘之间通过上端橡胶垫、上端碟形弹簧和上端锁紧螺母实现预紧，上端预紧轴承通过上端调整垫片、上端盖和上端转子螺钉组实现预紧；所述下端转子组件由下端圆盘转子、下端输出轴、下端连接键、下端橡胶垫、下端碟形弹簧、下端锁紧螺母、下端预紧轴承、下端调整垫片、下端盖和下端转子螺钉组组成；下端圆盘转子通过下端连接键与上端输出轴相连接；下端输出轴通过下端预紧轴承与轴承座转动联接，下端圆盘转子与后端盖的小端面之间通过下端橡胶垫、下端碟形弹簧和下端锁紧螺母实现预紧，下端预紧轴承通过下端调整垫片、下端盖和下端转子螺钉组实现预紧；所述上端外罩和下端外罩通过第三螺钉组和螺母组分别固定在圆筒法兰的上端面和下端面上，上端外罩、下端外罩和圆盘同轴；所述上端轴承支座通过上端第二螺钉组固定在上端外罩上，所述下端轴承支座通过下端第二螺钉组固定在下端外罩上，所述上端输出轴通过上端转动轴承与上端轴承支座转动联接，上端转动轴承通过上端轴承预紧端盖和上端第一螺钉组实现预紧，所述下端输出轴通过下端转动轴承与下端轴承支座转动联接，下端转动轴承通过下端轴承预紧端盖和下端第一螺钉组实现预紧。

本发明提供的超声电机，压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷高机电耦合效率的d₃₃模式工作，解决粘贴压电陶瓷片式压电超声电机机电耦合效率低、机械输出能力差的问题，还通过前端盖和定子圆盘一体化结构简化了结构，提高了圆盘弹性体表面质点振动轨迹的可控性，消除采用其它方式联接换能器和圆盘对定子振动波形所带来的不利影响。