[實用新型]雙定子夾持式三自由度超聲波電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200720045720.5
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN201075849Y
• 公開（公告）日: 2008-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐志科;金龍;胡敏強;秦申蓓;張焱;顧菊平
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型是一種雙定子夾持式三自由度超聲波電機，尤其是一種雙定子/球轉(zhuǎn)子夾持式的三自由度聲波電機，屬于超聲波電機制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

超聲波電機利用逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為電機定子的振動，然后通過電機定子和動子間摩擦耦合驅(qū)動電機動子運動。因而超聲波電機具有一系列優(yōu)點，與傳統(tǒng)的電磁電機相比，它具有慣性小、響應(yīng)快、控制特性好、不受磁場影響、同時本身也不產(chǎn)生磁場、定位精度高等特點。特別是它具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、噪聲小、低速大扭矩、可直接驅(qū)動負載等特性。多自由度球形壓電超聲電機不僅具備了超聲電機一系列的優(yōu)點，而且具有誘人的應(yīng)用前景，它可用于機器人機械臂的肩、肘、腕關(guān)節(jié)部位、行走機器人的萬向車輪、將平面物體向任意方向移動的傳送帶，也可用于攝像的監(jiān)視器。

但是對于球轉(zhuǎn)子三自由度超聲波電機，由于球轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生三自由度運動，因此預(yù)壓力的施加一只是這種電機設(shè)計的難點，過去利用球轉(zhuǎn)子的自重來產(chǎn)生預(yù)壓力，或者在定子上安裝磁性材料來吸住球轉(zhuǎn)子以產(chǎn)生預(yù)壓力。利用這些方法對球轉(zhuǎn)子施加的預(yù)壓力較小，相應(yīng)球轉(zhuǎn)子的輸出力矩也很小，這使得球轉(zhuǎn)子三自由度超聲波電機的應(yīng)用比較困難。

技術(shù)內(nèi)容

技術(shù)問題：本實用新型的目的在于提供一種雙定子夾持式三自由度超聲波電機，該電機解決了原來的三自由度超聲波電機輸出力矩小的缺點，大大提高了電機球轉(zhuǎn)子三自由度運行時的輸出力矩。

技術(shù)方案：本實用新型公開了一種雙定子夾持式三自由度超聲波電機，該電機包括第一圓柱定子、第二圓柱定子、球形轉(zhuǎn)子、電極片，其特征在于帶有力矩輸出桿的球形轉(zhuǎn)子左右鏡像對稱設(shè)置結(jié)構(gòu)相同且同軸的第一圓柱定子和第二圓柱定子，第一圓錐形開口端和第二圓錐形開口端內(nèi)壁與球形轉(zhuǎn)子球面相切，平行于圓柱定子的軸設(shè)置平板底座，彈性支撐板垂直連接平板底座左端，基座板垂直連接平板底座右端，在彈性支撐板與基座板之間設(shè)有方形彈性支撐架，方形彈性支撐架下端滑動接觸平板底座，第一圓柱定子垂直貫穿固定于彈性支撐板中段，第二圓柱定子固定于方形彈性支撐架左邊，調(diào)節(jié)螺桿與帶有中孔的基座板孔的內(nèi)壁螺紋配合，在方形彈性支撐架右邊與調(diào)節(jié)螺桿左端之間設(shè)有彈簧；第一圓柱定子包含四個匹配塊，從第一圓錐形開口端到第一圓柱定子的另一端在第一相鄰兩個匹配塊之間設(shè)置第一彎振陶瓷片對、在第二相鄰兩個匹配塊之間設(shè)置縱振陶瓷片對、在第三相鄰兩個匹配塊之間設(shè)置第二彎振陶瓷片對，上述各陶瓷片對由兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極片構(gòu)成；其中預(yù)緊螺桿帶有凸節(jié)，各匹配塊帶有環(huán)行槽。

上述的第一彎振陶瓷片對反向極化、第二彎振陶瓷片對反向極化繞軸位置上互差90度，，縱振陶瓷片對同向極化驅(qū)動電壓為同相位。

該電機由兩個三自由度超聲波電機的圓柱定子，一個用于力矩輸出的球形轉(zhuǎn)子以及固定預(yù)緊機構(gòu)組成，兩個三自由度超聲波電機的圓柱定子具有完全相同的機械結(jié)構(gòu)，對稱放置，通過固定預(yù)緊機構(gòu)的上兩個彈性支撐板的固定，兩個圓柱定子夾持一個帶有力矩輸出桿的球形轉(zhuǎn)子，通過調(diào)節(jié)固定預(yù)緊機構(gòu)上的調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)兩個圓柱定子夾持球形轉(zhuǎn)子的預(yù)緊力。兩個三自由度超聲波電機的圓柱定子結(jié)構(gòu)相同，圓柱定子是通過帶有兩個凸起的預(yù)緊螺桿將帶有環(huán)行槽的定子上匹配塊、帶有環(huán)行槽的兩個定子中間匹配塊以及定子下匹配塊分別夾持三對壓電陶瓷連接在一起。整個雙定子/球轉(zhuǎn)子夾持式三自由度超聲波電機的壓電陶瓷共6組各2片，A、B兩相壓電陶瓷的電極分割為兩個區(qū)，并且相互反向極化，C相壓電陶瓷為一個分區(qū)，單相極化，每組壓電陶瓷兩兩對稱疊合在一起，A、B兩相壓電陶瓷的極性在同軸心平面上互差90度。兩個圓柱定子的三組壓電陶瓷互差以中心軸為軸線，對應(yīng)的兩個A相空間上相差180度，兩個B相空間上相差180度。圓柱定子通過兩個彈性支撐板固定在平板底座上，彈性支撐板被分別安置在圓柱定子上C相壓電陶瓷一側(cè)。通過調(diào)節(jié)螺桿和彈簧來調(diào)整兩個圓柱定子夾持一個球形轉(zhuǎn)子的壓力。電機在球轉(zhuǎn)子上安置有一個力矩輸出桿。

技術(shù)效果