[发明专利]弹性叶片式径向换能型单相超声波电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性叶片式径向换能型单相超声波电机。

背景技术

超声波电机采用了与传统电磁电机完全不同的驱动原理，不需要使用线圈，利用压电陶瓷的逆压电效应激发定子弹性体的超声振动，并通过定转子间的摩擦耦合输出转矩。因此，超声波电机相比电磁电机具有动态响应快、低速大转矩、断电自锁、电磁兼容性好等优点，在非连续运动领域、精密控制领域、智能机器人等场合具有广阔的应用前景。

超声波电机结构设计灵活，利用不同的压电陶瓷极化形式和金属弹性体的振动模态，可以构造出不同结构的超声波电机。单相驻波型超声波电机是其中的一种。单相驻波型超声波电机结构简单，易于加工，且仅需一组压电陶瓷单相电源激励出一种振动模态，然后通过接触、开槽或打孔等方式诱发出定子端部质点的椭圆运动，驱动转子旋转，因此驱动电源简单，易于实现小型化设计。但是，单相驻波型超声波电机存在功率容量小、换能效率低的问题。

发明内容

本发明针对现有单相驻波型超声波电机功率容量小、换能效率低的缺陷，提供一种弹性叶片式径向换能型单相超声波电机。

为解决上述技术问题，本发明的弹性叶片式径向换能型单相超声波电机采用如下技术方案：

一种弹性叶片式径向换能型单相超声波电机，包括金属弹性叶片、金属弹性薄圆环、压电陶瓷、固定板、转轴、端盖、底座，金属弹性叶片、金属弹性薄圆环、压电陶瓷设于底座和固定板间，所述压电陶瓷为圆环形并置于所述金属弹性薄圆环的内部，所述压电陶瓷的外侧与所述金属弹性薄圆环的内侧直接接触，所述压电陶瓷和所述金属弹性薄圆环之间为紧配合方式，所述金属弹性薄圆环的外侧设有若干金属弹性叶片，且金属弹性叶片与所述端盖的内侧直接接触并保持弹性弯曲变形，所述端盖连接转轴。

进一步地，底座与端盖形成有腔室，所述腔室内设有金属弹性叶片、金属弹性薄圆环、压电陶瓷、固定板，底座为中空结构，所述转轴通过第一轴承件和第二轴承件装配在底座的中空部分。

进一步地，所述压电陶瓷和固定板之间设有第一弹性绝缘垫片，所述第一弹性绝缘垫片为圆环形。

进一步地，所述压电陶瓷和底座之间设有第二弹性绝缘垫片，所述第二弹性绝缘垫片为圆环形。

进一步地，所述底座和固定板通过紧固螺栓连接固定，所述转轴和端盖通过固定螺钉连接。

进一步地，所述紧固螺栓沿周向均匀布置，紧固螺栓的数量为四个，所述固定螺钉沿周向均匀布置，固定螺钉的数量为四个。

进一步地，还包括第一导线和第二导线，所述底座设置有第一通孔和第二通孔，所述第一导线的一端固定于所述压电陶瓷的内侧，所述第一导线的另一端通过第一通孔引至外部，所述第二导线的一端固定于金属弹性薄圆环的底部，所述第二导线的另一端通过第二通孔引至外部。

进一步地，通过给第一导线和第二导线输入特定频率的单相交流电，压电陶瓷和金属弹性薄圆环作径向伸缩振动并带动金属弹性叶片推动端盖旋转，进而带动转轴旋转。

进一步地，所述压电陶瓷沿径向方向极化。

进一步地，所述金属弹性叶片沿所述金属弹性薄圆环的外侧周向均匀布置8～12片，所述金属弹性叶片与所述金属弹性薄圆环上的安装固定点的法线的夹角为45°～50°。

本发明的弹性叶片式径向换能型单相超声波电机，具有以下有益效果：

首先，采用沿径向方向极化的压电陶瓷，压电陶瓷和金属弹性薄圆环之间采用紧配合的方式直接接触，由金属弹性薄圆环给压电陶瓷施加径向预应力，有助于提高机电转换效率和功率容量，同时只要单相电源驱动，保持了驱动电源简单的优点。

其次，沿金属弹性薄圆环外侧周向均匀布置多片金属弹性叶片，多片金属弹性叶片共同推动端盖进而带动转轴旋转，既增加了端盖和转轴获得的推动力，又减少了磨损，有利于提高电机运行的稳定性和寿命。

附图说明

图1是本发明的弹性叶片式径向换能型单相超声波电机的结构示意图；

图2是实施例中压电陶瓷三维结构及极化方向示意图；

图3是实施例中金属弹性叶片沿金属弹性薄圆环周向布置方式示意图；

图4是实施例中金属弹性叶片与端盖内侧直接接触弹性弯曲变形示意图；

图中：1、金属弹性叶片，2、金属弹性薄圆环，3、压电陶瓷，4、固定板，5、第一弹性绝缘垫片，5’、第二弹性绝缘垫片，6、转轴，7、第一轴承件，7’、第二轴承件，8、固定螺钉，9、端盖，10、紧固螺栓，11、底座，12、第一导线，12’、第二导线，13、第一通孔，13’、第二通孔。

具体实施方式