[发明专利]一种弹性叶片式并联型超声波电机

说明书

技术领域

本发明是一种并联型驻波超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术

超声波电机是一种具有全新驱动工作原理的电机，利用压电陶瓷的逆压电效应激发定子的振动，通过定转子间的摩擦耦合实现电机从电能到转矩输出能量的转换。与传统电磁型电机相比，超声波电机具有低速大转矩、动态响应快、噪声小、不受电磁干扰等优点。

国内外有较多专利申请涉及超声波电机领域，其中以行波型超声波电机为典型。由于行波型超声波电机需要在定子表面加工许多齿状结构，同时需要摩擦材料的粘接，这使得加工过程变得繁琐复杂。与行波超声波电机相比，复合型超声波电机仅需一组压电陶瓷单相激励，结构简单，更容易实现小型化设计，所以具有极其广阔的应用前景。近年来对复合型超声波电机的研究主要集中在纵弯复合型、纵扭复合型、纵弯扭复合型以及径扭复合型超声波电机上，而这些电机在设计中需要考虑两种不同模态的调谐问题，使得电机的结构设计过程变得复杂。

超声波电机的工作方式是利用定、转子间的摩擦接触，使得定子推动转子运行。提高输出转矩常用的方法是增加定、转子接触面积和改变电机结构。增加电机的直径可达到增加定、转子接触面积的效果，但会大幅增加电机的体积。转矩是超声波电机的重要性能指标，如何合理设计电机结构以提高转矩一直是这一领域关注的焦点。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种弹性叶片式并联型超声波电机。采用压电陶瓷的径向振动方式，通过弹性叶片的弯曲变形将径向振动转化为转子的旋转运动。设计中采用双定子并联方式，提升了电机的转矩，该电机具有驻波超声波电机的全部优点，此外，该电机还具有大转矩、结构简单、易安装的特点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种弹性叶片式并联型超声波电机，包括底座(11)、转子(5)、转轴(12)以及一个以上的相互并联在一起的定子；所述转子(5)的形状为圆筒形，所述转轴(12)固定连接在转子(5)上，而所述定子安装在底座(11)上，且所述定子设置于转子(5)内；所述定子包括压电陶瓷、金属环、弹性叶片，所述弹性叶片固定安装在金属环外侧上，且金属环外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角在25-35度之间，同时所述弹性叶片和转子(5)之间通过刚性直接接触连接，实现定、转子间的能量传递；而所述压电陶瓷粘接在金属环的内侧面上。

所述定子的个数为两个，分别为第一定子、第二定子；所述第一定子包括第一压电陶瓷(10)、第一金属环(9)、以及第一弹性叶片(13)，所述第一弹性叶片(13)固定在第一金属环(9)外侧上，且第一金属环(9)外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与第一述弹性叶片(13)之间的夹角在25-35度之间，而第一压电陶瓷(10)粘接在第一金属环(9)的内侧面；所述第二定子包括第二压电陶瓷(10’)、第二金属环(9’)、第二弹性叶片(13’)，所述第二弹性叶片(13’)以固定在第二金属环(9’)外侧上，且第二金属环(9’)外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与第二弹性叶片(13’)之间的夹角在25-35度之间，而第二压电陶瓷(10’)粘接在第二金属环(9’)的环内侧面；第一连接板(6)、第一定子、第二连接板(6’)、第二定子以及底座(11)依次固接在一起，使得第一定子、第二定子形成并联结构。

优选的：第一定子的压电陶瓷(10)和第二定子的压电陶瓷(10’)的体积至少占整个电机体积的90％。

优选的：所述第一弹性叶片(13)沿第一金属环(9)圆周方向均布，所述第二弹性叶片(13’)沿第二金属环(9’)圆周方向均布。

优选的：第一连接板(6)、第二连接板(6’)、转子(5)、法兰(4)以及转轴(12)，所述第一定子通过第一橡胶块(7)被固定在第一连接板(6)和底座(11)之间，而所述第二定子通过第二橡胶块(7’)被固定在第二连接板(6’)和底座(11)之间；法兰(4)一侧通过第二固定螺丝(3)与转子(5)连接、另一侧通过第一固定螺丝(1)与转轴(12)连接。

优选的：所述转轴(12)位于第一金属环(9)、第二金属环(9’)的中心，且所述转轴(12)通过第一轴承(2)和第二轴承(2’)与底座(11)转动连接，所述第一轴承(2)设置于转轴(12)的上端，而第二轴承(2’)设置于转轴(12)的下端。

优选的：所述第一连接板(6)与第一定子之间还设置有第一橡胶块(7)，而第二定子以及底座(11)之间还设置有第二橡胶块(7’)。