[發(fā)明專利]縱振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810064873.3
• 申請(qǐng)日: 2008-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN101304223A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉軍考;劉英想;陳維山;謝濤;石勝君
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/00
• 分類號(hào): H02N2/00;H02N2/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 張果瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種縱振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，屬于壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電超聲電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無需變速機(jī)構(gòu)、無電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，作為一種壓電驅(qū)動(dòng)器有著十分廣泛的應(yīng)用前景。出于激勵(lì)原理的簡(jiǎn)單性和理論分析方法的簡(jiǎn)便性，目前壓電超聲電機(jī)大多采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)，由于受壓電陶瓷的d₃₁模式機(jī)電耦合效率和陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低，以及膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵(lì)方式使得超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制約。此外，在機(jī)器人領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)器人動(dòng)作給驅(qū)動(dòng)元件提出了更高的要求，目前的超聲電機(jī)多采用單個(gè)定子，只能實(shí)現(xiàn)單一運(yùn)動(dòng)輸出，而同時(shí)具備兩種運(yùn)動(dòng)輸出的壓電超聲電機(jī)可以在很多場(chǎng)合簡(jiǎn)化機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，提高機(jī)器人的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超聲電機(jī)存在的由于采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)而導(dǎo)致的機(jī)械輸出能力受制約以及單個(gè)定子只能實(shí)現(xiàn)單一運(yùn)動(dòng)輸出的問題，提供了一種縱振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)。

本發(fā)明的超聲電機(jī)包括定子組件、內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件、外側(cè)轉(zhuǎn)子組件、軸承座、軸承、軸承預(yù)緊端蓋、第二螺釘組和第三螺釘組；所述定子組件包括驅(qū)動(dòng)圓筒和2n個(gè)縱振夾心換能器，其中n為大于1的自然數(shù)，所述2n個(gè)縱振夾心換能器對(duì)稱分布固定連接在所述驅(qū)動(dòng)圓筒側(cè)壁外，所述縱振夾心換能器由前端蓋、后端蓋、絕緣套、兩對(duì)壓電陶瓷片、法蘭和兩對(duì)銅電極片組成，所述前端蓋和后端蓋是截面均為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，前端蓋和后端蓋的大端面的中心均有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述法蘭中心的兩端帶有螺柱，所述法蘭通過所述螺柱分別與前端蓋和后端蓋固定連接，兩對(duì)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，前端蓋和壓電陶瓷片之間、每對(duì)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與法蘭的螺柱之間固定有絕緣套；所述驅(qū)動(dòng)圓筒包括圓筒、薄壁環(huán)和圓筒法蘭，所述薄壁環(huán)設(shè)置在圓筒和圓筒法蘭之間，所述圓筒、薄壁環(huán)和圓筒法蘭同軸，圓筒的高度與前端蓋的高度相等，圓筒側(cè)壁的外表面與前端蓋的小端面固定連接，圓筒內(nèi)表面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒；所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件由內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子、連接鍵、內(nèi)側(cè)橡膠墊、碟形彈簧、鎖緊螺母、脹圈和膨脹環(huán)組成；所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子均為圓臺(tái)形，內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子的細(xì)端分別從定子組件的圓筒的上方和下方嵌入，內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子通過連接鍵和內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子連接在一起，在內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子與圓筒相接觸的側(cè)面安裝有脹圈，膨脹環(huán)安裝在脹圈的外表面，在內(nèi)側(cè)無軸轉(zhuǎn)子的上端面采用內(nèi)側(cè)橡膠墊、碟形彈簧和鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的預(yù)緊；所述外側(cè)轉(zhuǎn)子組件由外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、外側(cè)無軸轉(zhuǎn)子、外側(cè)橡膠墊和第一螺釘組組成，所述外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和外側(cè)無軸轉(zhuǎn)子分別安裝在定子組件的上方和下方，并且外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、外側(cè)無軸轉(zhuǎn)子和定子圓筒同軸，外側(cè)橡膠墊安裝在外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和外側(cè)無軸轉(zhuǎn)子相接觸的側(cè)面之間，并通過第一螺釘組實(shí)現(xiàn)外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、外側(cè)無軸轉(zhuǎn)子和定子組件之間的預(yù)緊；所述軸承座通過第二螺釘組固定在驅(qū)動(dòng)圓筒的圓筒法蘭上，所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子通過軸承和軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過軸承預(yù)緊端蓋和第三螺釘組實(shí)現(xiàn)軸承的預(yù)緊。

本發(fā)明提供的超聲電機(jī)，壓電陶瓷元件采用夾心結(jié)構(gòu)，采用壓電陶瓷高機(jī)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(jī)機(jī)電耦合效率低、機(jī)械輸出能力差的問題，還通過前端蓋和定子圓筒一體化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提高了圓筒彈性體表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡的可控性，消除采用其它方式聯(lián)接換能器和圓筒對(duì)定子振動(dòng)波形所帶來的不利影響。