[发明专利]纵振夹心换能器式圆筒型双转子超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及到一种纵振夹心换能器式圆筒型双转子超声电机，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筒型双转子超声电机。

本发明的超声电机包括定子组件、内侧转子组件、外侧转子组件、轴承座、轴承、轴承预紧端盖、第二螺钉组和第三螺钉组；所述定子组件包括驱动圆筒和2n个纵振夹心换能器，其中n为大于1的自然数，所述2n个纵振夹心换能器对称分布固定连接在所述驱动圆筒侧壁外，所述纵振夹心换能器由前端盖、后端盖、绝缘套、两对压电陶瓷片、法兰和两对铜电极片组成，所述前端盖和后端盖是截面均为矩形并逐渐变细的四棱柱体，前端盖和后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，所述法兰通过所述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，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与法兰的螺柱之间固定有绝缘套；所述驱动圆筒包括圆筒、薄壁环和圆筒法兰，所述薄壁环设置在圆筒和圆筒法兰之间，所述圆筒、薄壁环和圆筒法兰同轴，圆筒的高度与前端盖的高度相等，圆筒侧壁的外表面与前端盖的小端面固定连接，圆筒内表面加工有连续梳状驱动齿；所述内侧转子组件由内侧带轴转子、内侧无轴转子、连接键、内侧橡胶垫、碟形弹簧、锁紧螺母、胀圈和膨胀环组成；所述内侧带轴转子和内侧无轴转子均为圆台形，内侧带轴转子和内侧无轴转子的细端分别从定子组件的圆筒的上方和下方嵌入，内侧无轴转子通过连接键和内侧带轴转子连接在一起，在内侧带轴转子和内侧无轴转子与圆筒相接触的侧面安装有胀圈，膨胀环安装在胀圈的外表面，在内侧无轴转子的上端面采用内侧橡胶垫、碟形弹簧和锁紧螺母实现内侧转子组件的预紧；所述外侧转子组件由外侧带轴转子、外侧无轴转子、外侧橡胶垫和第一螺钉组组成，所述外侧带轴转子和外侧无轴转子分别安装在定子组件的上方和下方，并且外侧带轴转子、外侧无轴转子和定子圆筒同轴，外侧橡胶垫安装在外侧带轴转子和外侧无轴转子相接触的侧面之间，并通过第一螺钉组实现外侧带轴转子、外侧无轴转子和定子组件之间的预紧；所述轴承座通过第二螺钉组固定在驱动圆筒的圆筒法兰上，所述内侧带轴转子通过轴承和轴承座转动连接，并通过轴承预紧端盖和第三螺钉组实现轴承的预紧。

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筒一体化结构简化了结构，提高了圆筒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筒对定子振动波形所带来的不利影响。