[发明专利]孔式模态转换型超声电机

说明书

技术领域

本发明属于超声电机技术领域，具体涉及一种孔式模态转换型超声电机。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩、响应快(毫秒级)、断电自锁、位置和速度控制性好、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机的一大分类，对它的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已不下于几十种。纵扭复合型超声电机通常含有两个振子—纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个相互垂直的振动。但是其中的扭转振动模态需要扭振陶瓷片来激励，而扭振陶瓷片加工工艺复杂，成本高，从而造成电机成本居高不下，不利于电机的产业化。

发明内容

本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种结构简单、成本低廉、转动平稳、输出力矩大并且无需扭振陶瓷片即可工作的孔式模态转换型超声电机。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明孔式模态转换型超声电机，包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于：所述定子组件由配重、紧固螺栓、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器组成；所述转子组件由转子、扭矩输出连接头和径向轴承组成；所述预压力装置由第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母组成；其中，紧固螺栓依次穿过并紧固配重、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器形成定子组件；紧固螺栓依次穿过转子和径向轴承，转子通过径向轴承的外圈套在紧固螺栓的前端杆上，转子的左端与孔式模态转换器接触，扭矩输出连接头与转子的右端固定形成转子组件；紧固螺栓(的前端杆依次穿过第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母，第一弹簧盖的底部与径向轴承的内圈连接，第二弹簧盖和锁紧螺母固定在紧固螺栓的前端杆上。

本发明提出的孔式模态转换型超声电机与背景技术相比具有的有益效果是：

(1)结构简单，仅需一组纵振压电陶瓷片即可正常工作；

(2)成本低廉，不需昂贵的扭振压电陶瓷片，利于电机的产业化。

(3)输出转速高，力矩大，Φ15mm的样机转速高于1300rpm，堵转力矩大于0.3N·m。

附图说明

图1是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的结构半剖图，图中各标号名称分别为：1-配重；2-紧固螺栓；3-纵振压电陶瓷片组；41-孔式模态转换器；42-孔；5-定子接触面；61-转子；62-连接螺纹孔；71-扭矩输出连接头；72-连接锥形孔；73-径向轴承；74-弹簧盖1；75-弹簧；76-弹簧盖2；77-锁紧螺母；77-输出头。

图2是本发明提出的孔式模态转换型超声电机中的部件孔式模态转换器的细节图。图中1是定子端面上的齿，2是沿着圆柱体表面法向钻的一系列小孔，3是圆柱体表面的螺旋线。

图3是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的压电陶瓷极化布置方式及电激励方式。图中1是纵振压电陶瓷片，2是电极片，3是施加的正弦激励信号，4是压电陶瓷极化布置方式。

图4是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的工作模态，图4(a)所示为电机正转模态，图4(b)所示为电机反转模态。图中1为电机变形前的状态，2为电机变形后的状态，3为电机端面质点变形前的位置，4为电机质点变形后的位置。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

本发明孔式模态转换型超声电机如图1所示，它包括定子组件和转子组件。其特征在于：所述定子组件由配重1、紧固螺栓2、纵振压电陶瓷片组3、孔式模态转换器组成41；所述转子组件由转子51、扭矩输出连接头61、径向轴承63、第一弹簧盖64、弹簧65、第二弹簧盖66、锁紧螺母67组成。其中，配重1、纵振压电陶瓷片组3和孔式模态转换器41依序排列成一杆式夹心结构，并利用紧固螺栓2压紧并固定，形成定子体。压电陶瓷31之间间隔有电极片32，用于施加电激励信号33。转子51通过轴承63套在紧固螺栓2前端杆上，并利用弹簧65压紧在定子端面43上，扭矩输出连接头61利用螺钉与转子51固定，形成转子体。转子上与定子接触的面上可粘贴摩擦材料，以延长电机的使用寿命。

上述孔式模态转换型超声电机中的孔式模态转换器41，如图2所示，其特征在于：在孔式模态转换器41外表面按一定规律钻有n列小孔42，每列包含m个小孔，每列小孔均沿转换器外表面螺旋线45排列，小孔列间距相等，行间距相等。定子接触面有两种形式：一是只做表面光滑处理，即接触面为一环形面；二是在定子接触面上开齿44，其作用在于能及时排除定、转子工作期间产生的细小粉末，使电机能稳定工作。