[发明专利]一种驻波型步进超声波电机

说明书

本发明公开了一种驻波型步进超声波电机，该超声波电机包括端盖(1)、连接板(2)、底座(9)、转轴(10)、转子(7)以及定子，所述定子由压电陶瓷(5)、金属环(6)和若干弹性叶片(11)组成，并固定于连接板(2)和底座(9)之间，所述压电陶瓷(5)位于金属环(6)的内侧，所述弹性叶片(11)位于金属环(6)外侧，且金属环(6)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；所述转子(7)为圆筒形；所述定子设置于转子(7)内，本发明不仅具有结构简单、转矩大的特点，同时电机可实现在开环控制下无累积误差的步进运行。

技术领域

本发明是一种驻波型步进超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械振动的新型电机。超声波电机具有体积小、响应快、精度高、断电自锁和无磁场干扰等特点，在机器人、计算机、机动车、仪器仪表、航空航天等高科技领域有广泛的应用。

国内外有较多专利申请涉及步进超声波电机的领域，其中多通常采用如PI、模糊、模型参考自适应、神经网络等控制方法实现步进定位。由于超声波电机的运动特性中包含了诸多时变和非线性因素，使得电机的控制系统复杂，成本较高。同时，控制系统必须通过加入反馈环节以消除电机在定位过程中的累积误差。复杂的控制系统在一定程度上制约了步进式超声波电机在微型化、高可靠性产品中的应用。

近年来，国内外学者尝试通过特殊机械机构的设计与激励方式相配合的方式实现超声波电机的自校正式步进定位。自校正型步进超声波电机在开环控制下无步进累积误差，控制电路成本低，具有广泛的应用前景。因此，如何合理设计超声波电机的结构，使电机在兼具大转矩输出性能的同时，实现开环控制下无步进累积误差是这一领域关注的焦点。

发明内容

技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种驻波型步进超声波电机。设计中采用弹性叶片与转子槽的合理化配合，实现超声波电机在开环控制下实现无累积误差的步进运行，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，本发明一种驻波型步进超声波电机采用的技术方案为：该超声波电机包括包括端盖、连接板、底座、转轴、转子以及定子，所述定子由压电陶瓷、金属环和若干弹性叶片组成，并固定于连接板和底座之间，所述压电陶瓷位于金属环的内侧，所述弹性叶片位于金属环外侧，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；所述转子为圆筒形；所述定子设置于转子内。

所述所述转子上开有若干结构合理化设计的定位槽，所述若干定位槽具有相同的形状、宽度和深度。

所述转轴通过第一轴承和第二轴承与底座转动连接，所述第一轴承设置于转轴的上端，而第二轴承设置于转轴的下端，所述转轴在位于第二轴承下端位置沿圆周方向开有卡口槽，并通过卡簧将轴承固定在底座上。

所述端盖的外侧通过螺丝与转子固定，所述端盖的内侧通过螺丝与转轴固定，从而使转子与转轴间接固定。

所述定子通过弹性垫片和支柱被固定在连接板和底座之间。

当对压电陶瓷施加单相交流电激励时，压电陶瓷产生径向振动，弹性叶片受到挤压产生弯曲变形，推动转子运转至定位槽内，利用弹性叶片与定位槽之间的摩擦实现定位，使转子停止运转，完成一次步进运动。当对压电陶瓷施加瞬时高压脉冲信号时，弹性叶片脱离定位槽并开始下一次步进运动。

有益效果：本发明提供的一种驻波型步进超声波电机，相比现有技术，具有以下有益效果：

1.通过定子弹性叶片和转子定位槽的合理化结构设计，实现超声波电机在开环控制下无累积误差的步进运行。

2.采用定子压电陶瓷的径向振动模态，保证了电机的大力矩输出。