[發明專利]彎振夾心換能器式圓盤型雙轉子超聲電機

無效

• 申請號: 200810064870.X
• 申請日: 2008-07-07
• 公開（公告）號: CN101388622A
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 陳維山;劉英想;劉軍考;謝濤;石勝君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及到一種彎振夾心換能器式圓盤型雙轉子超聲電機，屬于壓電超聲電機技術領域。

背景技術

壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，在彈性體表面特定點或特定區域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過定子、轉子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動，具有低速大轉矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點，作為一種壓電驅動器有著十分廣泛的應用前景。出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前壓電超聲電機大多采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，由于受壓電陶瓷的d₃₁模式機電耦合效率和陶瓷材料抗拉強度低，以及膠層的強度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵方式使得超聲電機的機械輸出能力受到嚴重制約。此外，在機器人領域中，實現復雜的機器人動作給驅動元件提出了更高的要求，目前的超聲電機多采用單個定子，只能實現單一運動輸出，而同時具備兩種運動輸出的壓電超聲電機可以在很多場合簡化機器人的結構，提高機器人的性能。

發明內容

本發明為了解決現有超聲電機存在的由于采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵而導致的機械輸出能力受制約以及單個定子只能實現單一運動輸出的問題，提供了一種彎振夾心換能器式圓盤型雙轉子超聲電機。

本發明的超聲電機包括定子組件、上端轉子組件、下端轉子組件、上端外罩、下端外罩、上端轉動軸承、下端轉動軸承、上端軸承預緊端蓋、下端軸承預緊端蓋、上端第一螺釘組、下端第一螺釘組、上端軸承支座、下端軸承支座、上端第二螺釘組、下端第二螺釘組、第三螺釘組和螺母組；所述定子組件包括驅動圓盤和2n個彎振夾心換能器，其中n為大于1的自然數，所述驅動圓盤包括圓盤、外側薄壁環、圓盤法蘭、內側薄壁環和軸承座，外側薄壁環設置在圓盤和圓盤法蘭之間，內側薄壁環設置在圓盤與軸承座之間，圓盤、外側薄壁環、圓盤法蘭、內側薄壁環和軸承座同軸，圓盤上端面加工有連續梳狀驅動齒，驅動齒的上端面為具有一定錐度的錐面；所述2n個彎振夾心換能器對稱分布固定連接在圓盤的下端面上，每個彎振夾心換能器由后端蓋、絕緣套、兩對壓電陶瓷片、法蘭、銅電極片和前端蓋組成；后端蓋和前端蓋均是截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，所述截面與后端蓋或前端蓋的大端面平行，所述前端蓋的小端面和圓盤的下端面固定連接；所述后端蓋和前端蓋的大端面的中心均有一個帶內螺紋的盲孔，所述法蘭中心的兩端帶有螺柱；法蘭通過螺柱分別與前端蓋和后端蓋固定連接，兩對壓電陶瓷片分別套在前端蓋和法蘭之間以及法蘭和后端蓋之間的螺柱上，在前端蓋和壓電陶瓷片之間、每對壓電陶瓷片之間以及后端蓋和壓電陶瓷片之間分別固定有銅電極片，壓電陶瓷片和銅電極片均與法蘭的螺柱之間固定有絕緣套；所述上端轉子組件由上端圓盤轉子、上端輸出軸、上端連接鍵、上端橡膠墊、上端碟形彈簧、上端鎖緊螺母、上端預緊軸承、上端調整墊片、上端蓋和上端轉子螺釘組組成；上端圓盤轉子通過上端連接鍵與上端輸出軸相聯接，上端輸出軸通過上端預緊軸承與軸承座轉動連接，上端圓盤轉子與圓盤之間通過上端橡膠墊、上端碟形彈簧和上端鎖緊螺母實現預緊，上端預緊軸承通過上端調整墊片、上端蓋和上端轉子螺釘組實現預緊；所述下端轉子組件由下端圓盤轉子、下端輸出軸、下端連接鍵、下端橡膠墊、下端碟形彈簧、下端鎖緊螺母、下端預緊軸承、下端調整墊片、下端蓋和下端轉子螺釘組組成；下端圓盤轉子通過下端連接鍵與上端輸出軸相連接；下端輸出軸通過下端預緊軸承與軸承座轉動聯接，下端圓盤轉子與后端蓋的小端面之間通過下端橡膠墊、下端碟形彈簧和下端鎖緊螺母實現預緊，下端預緊軸承通過下端調整墊片、下端蓋和下端轉子螺釘組實現預緊；所述上端外罩和下端外罩通過第三螺釘組和螺母組分別固定在圓筒法蘭的上端面和下端面上，上端外罩、下端外罩和圓盤同軸；所述上端軸承支座通過上端第二螺釘組固定在上端外罩上，所述下端軸承支座通過下端第二螺釘組固定在下端外罩上，所述上端輸出軸通過上端轉動軸承與上端軸承支座轉動聯接，上端轉動軸承通過上端軸承預緊端蓋和上端第一螺釘組實現預緊，所述下端輸出軸通過下端轉動軸承與下端軸承支座轉動聯接，下端轉動軸承通過下端軸承預緊端蓋和下端第一螺釘組實現預緊。

本發明提供的超聲電機，壓電陶瓷元件采用夾心結構，采用壓電陶瓷高機電耦合效率的d₃₃模式工作，解決粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機機電耦合效率低、機械輸出能力差的問題，還通過前端蓋和定子圓盤一體化結構簡化了結構，提高了圓盤彈性體表面質點振動軌跡的可控性，消除采用其它方式聯接換能器和圓盤對定子振動波形所帶來的不利影響。