專(zhuān)利名稱(chēng)：彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種彎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(guò)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(wú)需變速機(jī)構(gòu)、無(wú)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?gòu)椥?br> 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?gòu)椥泽w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(wèn)題，提供了一種彎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)彎振夾心換能器，其中n為大于l的自然數(shù)，所述2n個(gè)彎振 夾心換能器對(duì)稱(chēng)分布固定連接在所述驅(qū)動(dòng)圓筒側(cè)壁外，所述彎振夾心換能器 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(guò)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，JE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(wú)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(wú) 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(wú)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(wú)軸轉(zhuǎn)子通過(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(wú) 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(wú)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(wú)軸轉(zhuǎn)子相接觸 的側(cè)面之間，并通過(guò)第一螺釘組實(shí)現(xiàn)外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子和定子組 件之間的預(yù)緊；所述軸承座通過(guò)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(guò)軸承和軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過(guò)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(wèn)題，還通過(guò)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(lái)的不利影響。
本發(fā)明提供的超聲電機(jī)，利用壓電陶瓷片的縱向振動(dòng)在夾心換能器中激 勵(lì)出彎曲振動(dòng)，通過(guò)控制輸入激勵(lì)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩組換能器在圓筒定子上激勵(lì) 出兩個(gè)幅值相等、在時(shí)間和空間上均相差;7/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模 態(tài)響應(yīng)疊加在定子圓筒上形成行波，進(jìn)而在定子驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn) 動(dòng)軌跡，通過(guò)定子驅(qū)動(dòng)齒和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件 的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出；而工作在彎振模態(tài)的定子圓筒會(huì)引起夾心換能器的縱向振 動(dòng)，使得換能器工作在主動(dòng)彎振一被動(dòng)縱振狀態(tài)，后端蓋的小端面上質(zhì)點(diǎn)產(chǎn) 生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)和外側(cè)轉(zhuǎn)子組件的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)外側(cè)轉(zhuǎn)子組件的宏觀
運(yùn)動(dòng)輸出；最終在單一壓電超聲定子上實(shí)現(xiàn)了兩種運(yùn)動(dòng)輸出。本發(fā)明通過(guò)調(diào) 整前端蓋和后端蓋兩個(gè)端面的面積比值、前端蓋和后端蓋矩形截面兩邊比值、 前端蓋和后端蓋長(zhǎng)度、圓筒內(nèi)徑尺寸以及圓筒外徑尺寸實(shí)現(xiàn)換能器縱振固有 頻率、換能器彎振固有頻率和圓筒彎振固有頻率之間的簡(jiǎn)并。前端蓋和后端 蓋采用變截面設(shè)計(jì)起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動(dòng)齒和后端蓋小端面 表面質(zhì)點(diǎn)的振幅和振速，使得電機(jī)性能得到提高。薄壁環(huán)可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐 和振動(dòng)隔離，將定子組件與外部零件的聯(lián)接對(duì)圓筒的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程 度降到最低。
本發(fā)明提供的超聲電機(jī)通過(guò)疊形彈簧和鎖緊螺母施加預(yù)緊力，由于內(nèi)側(cè) 帶軸轉(zhuǎn)子、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子和脹圈之間的錐面的作用，預(yù)緊力通過(guò)脹圈向外徑 向傳遞給膨脹環(huán)，進(jìn)而引起膨脹環(huán)的徑向膨脹，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件和定子
組件的預(yù):fe，同時(shí)使得內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子和脹圈之間過(guò)盈配合，
最終實(shí)現(xiàn)了內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的轉(zhuǎn)動(dòng)輸出；脹圈軸向開(kāi)有通槽，保證了預(yù)緊力轉(zhuǎn) 化為沿周向均布的徑向力，從而有效的傳遞到膨脹環(huán)上；膨脹環(huán)是很薄的金 屬環(huán)，在脹圈產(chǎn)生的沿周向均布的徑向力的作用下產(chǎn)生徑向膨脹，從而使得 內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件壓緊定子，保證了膨脹環(huán)和定子驅(qū)動(dòng)齒表面的良好接觸；定子 組件和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件之間采用柱面驅(qū)動(dòng)，增加了定子組件和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的 接觸區(qū)域，可有效的提高電機(jī)的輸出力矩；通過(guò)安裝在軸承座上的軸承實(shí)現(xiàn) .了內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的支撐，可降低徑向載荷對(duì)電機(jī)輸出特性的影響。
本發(fā)明提供的超聲電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、機(jī)電耦合效率高、可 實(shí)現(xiàn)大力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明提出的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)包含4個(gè) 彎振換能器時(shí)整體結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是圖1中定子組件1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的剖視圖；圖4是圖1中四個(gè)彎振夾心換能器1-7中的壓電陶瓷 片1-3的極化方向示意圖；圖5是圖1中驅(qū)動(dòng)圓筒1-6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6
是圖1中脹圈2-7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖2中定子組件1的激勵(lì)信號(hào)輸入 示意圖，輸入的交流電壓信號(hào)滿(mǎn)足以下條件V,-Acos(2;rt/T), V2=Asin(2;rt/T)， Vo=0, V！為第一組夾心換能器的電壓激勵(lì)信號(hào)，V;j為第二 組夾心換能器的電壓激勵(lì)信號(hào)，A為激勵(lì)電壓信號(hào)幅值，T為激勵(lì)電壓信號(hào)
周期，t為時(shí)間，兩組彎振夾心換能器l-7的電壓激勵(lì)信號(hào)幅值相等、頻率為 彎振夾心換能器1-7自身諧振頻率、相位差為+90°;圖8至圖11是圖2中定 子組件1采用圖7所示交流電壓信號(hào)激勵(lì)時(shí)， 一個(gè)完整振動(dòng)周期內(nèi)的振型變
化的定子周向展開(kāi)圖，具體為定子五階彎振模態(tài)的振型變化示意圖，其中圖 8是t^T (n-0，l，2…)時(shí)刻的定子振型示意圖、圖9是t氣n+l/4)T (n=0,l，2...) 時(shí)刻的定子振型示意圖、圖10是t氣n+l/2)T (n=0，l，2...)時(shí)刻的定子振型示 意圖、圖11是t氣n+3/4)T (n=0,l，2...)時(shí)刻的定子振型示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一參見(jiàn)圖1 圖11,本實(shí)施方式由定子組件l、內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子 組件、外側(cè)轉(zhuǎn)子組件、軸承座4、軸承5、軸承預(yù)緊端蓋6、第二螺釘組7和 第三螺釘組8組成；所述定子組件1由驅(qū)動(dòng)圓筒1-6和2n個(gè)彎振夾心換能器 1-7組成，其中n為大于1的自然數(shù)，所述2n個(gè)彎振夾心換能器1-7對(duì)稱(chēng)分 布固定連孥在所述驅(qū)動(dòng)圓筒l-6側(cè)壁外，所述彎振夾心換能器1-7由前端蓋 1-6-2、后端蓋1-1、絕緣套1-2、兩對(duì)壓電陶瓷片1-3、法蘭l-4和兩對(duì)銅電 極片1-5組成，所述前端蓋1-6-2和后端蓋1-1是截面均為矩形并逐漸變細(xì)的 四棱柱體,前端蓋1-6-2和后端蓋1-1的大端面的中心均有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲 孔，所述法蘭1-4中心的兩端帶有螺柱1-4-1 ，所述法蘭l-4通過(guò)所述螺柱1-4-1 分別與前端蓋1-6-2和后端蓋1-1固定連接，兩對(duì)壓電陶瓷片1-3分別套在前 端蓋1-6-2和法蘭1-4之間以及法蘭1-4和后端蓋1-1之間的螺柱1-4-1上， 前端蓋1-6-2和壓電陶瓷片1-3之間、每對(duì)壓電陶瓷片1-3之間以及后端蓋 1-1和壓電陶瓷片1-3之間分別固定有銅電極片1-5，壓電陶瓷片1-3和銅電 極片1-5與法蘭1-4的螺柱1-4-1之間固定有絕緣套1-2;所述驅(qū)動(dòng)圓筒1-6 由圓筒1-6-1、薄壁環(huán)1-6-3和圓筒法蘭1-6-4組成，所述薄壁環(huán)1-6-3設(shè)置在 圓筒1-6-1和圓筒法蘭1-6-4之間，所述圓筒1-6-1、薄壁環(huán)1-6-3和圓筒法蘭 1-6-4同軸，圓筒1-6-1的高度與前端蓋1-6-2的高度相等，圓筒1-6-1側(cè)壁的 外表面與前端蓋1-6-2的小端面固定連接，圓筒1-6-1內(nèi)表面加工有連續(xù)梳狀 驅(qū)動(dòng)齒1-6-5;所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件由內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-1、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2、 連接鍵2-3、內(nèi)側(cè)橡膠墊2-4、碟形彈簧2-5、鎖緊螺母2-6、脹圈2-7和膨脹 環(huán)2-8組成；所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-l和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2均為圓臺(tái)形，內(nèi)側(cè)帶 軸轉(zhuǎn)子2-l和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的細(xì)端分別從定子組件1的圓筒1-6-1的上方 和下方嵌入，內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2通過(guò)連接鍵2-3和內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-1連接在一
起，在內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-1和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2與圓筒1-6-1相接觸的側(cè)面安裝 有脹圈2-7，膨脹環(huán)2-8安裝在脹圈2-7的外表面，在內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的上 端面采用內(nèi)側(cè)橡膠墊2-4、碟形彈簧2-5和鎖緊螺母2-6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3-l、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2、外側(cè)橡膠 墊3_4和第一螺釘組3-5組成，所述外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子3-1和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2分 別安裝在定子組件1的上方和下方，并且外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子3-1、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子 3-2和定子圓筒1-6-1同軸，外側(cè)橡膠墊3-4安裝在外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子3-1和外側(cè) 無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2相接觸的側(cè)面之間，并通過(guò)第一螺釘組3-5實(shí)現(xiàn)外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子 3-1、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2和定子組件1之間的預(yù)緊；所述軸承座4通過(guò)第二螺 釘組7固定在驅(qū)動(dòng)圓筒1-6的圓筒法蘭1-6-4上，所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-1通過(guò) 軸承5和軸承座4轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過(guò)軸承預(yù)緊端蓋6和第三螺釘組8實(shí)現(xiàn)軸 承5的預(yù)緊。當(dāng)圓筒工作在w階彎振模態(tài)時(shí)，所述彎振夾心換能器式圓筒型 雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)的定子組件所含彎振換能器個(gè)數(shù)最多為4w，任意兩個(gè)彎振換 能器軸線之間的夾角《滿(mǎn)足《=90°xm/w,其中me(l，2,…，4w-l)，所有彎 振換能器分為兩組進(jìn)行激勵(lì)，同組任意兩個(gè)彎振換能器之間的夾角《滿(mǎn)足 《=180°xw/"，其中we仏…，2"-1};可根據(jù)實(shí)際需要的輸出力矩和尺寸限 制靈活的選擇圓筒定子彎振模態(tài)的階數(shù)和換能器個(gè)數(shù)。
本實(shí)施方式所述的彎振夾心換能器1-7采用沿厚度方向極化的壓電陶瓷 片1-3實(shí)現(xiàn)彎振夾心換能器1-7的彎曲振動(dòng);所有彎振夾心換能器1-7分為兩 組進(jìn)行激勵(lì)，如圖7至圖11所示，兩組彎振夾心換能器1-7采用幅值相等、 頻率為自身諧振頻率、相位差為+90°的交流電壓信號(hào)激勵(lì)時(shí)，利用壓電陶瓷 片1-3的縱向振動(dòng)在彎振夾心換能器1-7中激勵(lì)出彎曲振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩組彎振 夾心換能器1-7在圓筒1-6-1上激勵(lì)出兩個(gè)幅值相等、在時(shí)間和空間上均相差 ;r/2的彎fe模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng)疊加在圓筒1-6-1上形成行波，進(jìn) 而在定子驅(qū)動(dòng)齒1-6-5表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)定子驅(qū)動(dòng)齒1-6-5和 內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出；而工作在 彎振模態(tài)的定子圓筒會(huì)引起彎振夾心換能器1-7的縱向振動(dòng)，使得彎振夾心 換能器1-7工作在主動(dòng)彎振一被動(dòng)縱振狀態(tài)，后端蓋1-1的小端面上質(zhì)點(diǎn)產(chǎn) 生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)和外側(cè)轉(zhuǎn)子組件的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)外側(cè)轉(zhuǎn)子組件的宏觀 運(yùn)動(dòng)輸出；最終在單一壓電超聲定子上實(shí)現(xiàn)了兩種運(yùn)動(dòng)輸出；如果調(diào)整兩路 激勵(lì)信號(hào)的相位差為-9(T，可以改變行波的方向，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件的
反向運(yùn)動(dòng)；通過(guò)調(diào)整前端蓋1-6-2和后端蓋1-1的兩個(gè)端面的面積比值、前端 蓋1-6-2和后端蓋1-1的矩形截面兩邊比值、前端蓋1-6-2和后端蓋1-1的長(zhǎng) 度、圓筒1-6-1的內(nèi)徑尺寸以及圓筒1-6-1的外徑尺寸實(shí)現(xiàn)彎振夾心換能器 l-7縱振固有頻率、彎振固有頻率和圓筒1-6-1的彎振固有頻率之間的簡(jiǎn)并； 前端蓋1-6-1和后端蓋1-1采用變截面設(shè)計(jì)起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高 驅(qū)動(dòng)齒1-6-5和后端蓋1-1的小端面表面質(zhì)點(diǎn)的振幅和振速,使得電機(jī)性能得 到提高；薄壁環(huán)可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離，將定子組件與外部零件的聯(lián) 接對(duì)圓筒1-6-1的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低；內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件采用膨 脹結(jié)構(gòu)保證了膨脹環(huán)2-8和驅(qū)動(dòng)齒1-6-5表面的良好接觸;定子組件1和內(nèi)側(cè) 轉(zhuǎn)子組件之間采用柱面驅(qū)動(dòng)，增加了定子組件1和內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件的接觸區(qū)域， 可有效的提高電機(jī)的輸出力矩；通過(guò)安裝在軸承座4上的軸承5實(shí)現(xiàn)了內(nèi)側(cè) 轉(zhuǎn)子組件的支撐，可降低徑向載荷對(duì)電機(jī)輸出特性的影響。
具體實(shí)施方式
二參見(jiàn)圖5，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在 于，所述圓筒1-6-1、前端蓋1-6-2、薄壁環(huán)1-6-3和圓筒法蘭1-6-4釆用一整 塊金屬材料加工成驅(qū)動(dòng)圓筒一體件，并且圓筒法蘭1-6-4上加工有若干均布 螺紋孔1-6-6，所述螺紋孔1-6-6與內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-1的輸出軸平行。
本實(shí)施方式中將所述圓筒1-6-1、前端蓋1-6-2、薄壁環(huán)1-6-3和圓筒法 蘭1-6-4加工成一體的構(gòu)件，能夠起到減少能量損失的目的，有利于提高驅(qū) 動(dòng)齒1-6-5表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡的可控性；所述螺紋孔1-6-6可用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)在 機(jī)械系統(tǒng)中的安裝。
具體實(shí)施方式
三參見(jiàn)圖4，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在 于，所述每片壓電陶瓷片1-3對(duì)稱(chēng)切分成左半片1-3-1和右半片1-3-2,所述 左半片1-3-1和右半片1-3-2的極化方向相反， 一對(duì)壓電陶瓷片1-3中相鄰的 兩片左半J^ 1-3-1和相鄰的兩片右半片1-3-2的極化方向亦相反。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于，所述壓 電陶瓷片1-3、法蘭1-4與壓電陶瓷片1-3相接觸的側(cè)面以及銅電極片1-5與 壓電陶瓷片1-2的接觸區(qū)域的橫截面均為矩形或圓形。
本實(shí)施方式中的壓電陶瓷片1-3、法蘭1-4與壓電陶瓷片1-3相接觸的側(cè) 面以及銅電極片1-5與壓電陶瓷片1-2的接觸區(qū)域的形狀能夠簡(jiǎn)化加工工藝。
具體實(shí)施方式
五參見(jiàn)圖2，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在 于，所述后端蓋1-1的小端加工有錐度相同的上下兩個(gè)錐面，且所有后端蓋
1-1的小端所在圓柱面與圓筒1-6-1同軸。
具體實(shí)施方式
六參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式的外側(cè)轉(zhuǎn)子組件在具體實(shí)施方 式一的基礎(chǔ)上增加了耐磨襯圈3-3，所述耐磨襯圈3-3設(shè)置在外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子 3-1和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2與后端蓋1-1相接觸的側(cè)面。
本實(shí)施方式的外側(cè)轉(zhuǎn)子表面粘接了耐磨襯圈3-3，耐磨襯圈3-3和后端蓋 1-1的小端面采用錐面接觸，通過(guò)定子齒上下兩個(gè)錐面實(shí)現(xiàn)了外側(cè)轉(zhuǎn)子組件 的定位，實(shí)現(xiàn)了無(wú)軸承支撐；并增加了接觸區(qū)域，可提高電機(jī)輸出力矩，延 長(zhǎng)使用壽命，有效的消除噪聲。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在于，所述耐 磨襯圈3-3采用高分子摩擦材料，通過(guò)粘貼方式將耐磨襯圈3-3分別粘接在 外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子3-1和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子3-2與定子后端蓋1-1相接觸的側(cè)面。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六的不同點(diǎn)在于，所 述耐磨襯圈3-3具有和后端蓋1-1的小端相同的錐度。
具體實(shí)施方式
九、參見(jiàn)圖1和圖6，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不 同點(diǎn)在于，所述脹圈2-7上開(kāi)有平行于軸線方向的通槽。
具體實(shí)施方式
十、參見(jiàn)圖1和圖6，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不 同點(diǎn)在于，所述脹圈2-7內(nèi)表面具有與內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子2-l、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2 的外表面相同的錐度。
本發(fā)明的內(nèi)容不僅限于上述各具體實(shí)施方式
的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具 體實(shí)施方式的組合同樣可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1、彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，包括定子組件(1)、內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件、外側(cè)轉(zhuǎn)子組件、軸承座(4)、軸承(5)、軸承預(yù)緊端蓋(6)、第二螺釘組(7)和第三螺釘組(8)；所述定子組件(1)包括驅(qū)動(dòng)圓筒(1-6)和2n個(gè)彎振夾心換能器(1-7)，其中n為大于1的自然數(shù)，所述2n個(gè)彎振夾心換能器(1-7)對(duì)稱(chēng)分布固定連接在所述驅(qū)動(dòng)圓筒(1-6)側(cè)壁外，所述彎振夾心換能器(1-7)由前端蓋(1-6-2)、后端蓋(1-1)、絕緣套(1-2)、兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)、法蘭(1-4)和兩對(duì)銅電極片(1-5)組成，所述前端蓋(1-6-2)和后端蓋(1-1)是截面均為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，前端蓋(1-6-2)和后端蓋(1-1)的大端面的中心均有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述法蘭(1-4)中心的兩端帶有螺柱(1-4-1)，所述法蘭(1-4)通過(guò)所述螺柱(1-4-1)分別與前端蓋(1-6-2)和后端蓋(1-1)固定連接，兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)分別套在前端蓋(1-6-2)和法蘭(1-4)之間以及法蘭(1-4)和后端蓋(1-1)之間的螺柱(1-4-1)上，前端蓋(1-6-2)和壓電陶瓷片(1-3)之間、每對(duì)壓電陶瓷片(1-3)之間以及后端蓋(1-1)和壓電陶瓷片(1-3)之間分別固定有銅電極片(1-5)，壓電陶瓷片(1-3)和銅電極片(1-5)與法蘭(1-4)的螺柱(1-4-1)之間固定有絕緣套(1-2)；所述驅(qū)動(dòng)圓筒(1-6)包括圓筒(1-6-1)、薄壁環(huán)(1-6-3)和圓筒法蘭(1-6-4)，所述薄壁環(huán)(1-6-3)設(shè)置在圓筒(1-6-1)和圓筒法蘭(1-6-4)之間，所述圓筒(1-6-1)、薄壁環(huán)(1-6-3)和圓筒法蘭(1-6-4)同軸，圓筒(1-6-1)的高度與前端蓋(1-6-2)的高度相等，圓筒(1-6-1)側(cè)壁的外表面與前端蓋(1-6-2)的小端面固定連接，圓筒(1-6-1)內(nèi)表面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒(1-6-5)；其特征在于所述內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)子組件由內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)、連接鍵(2-3)、內(nèi)側(cè)橡膠墊(2-4)、碟形彈簧(2-5)、鎖緊螺母(2-6)、脹圈(2-7)和膨脹環(huán)(2-8)組成；所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)均為圓臺(tái)形，內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)的細(xì)端分別從定子組件(1)的圓筒(1-6-1)的上方和下方嵌入，內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)通過(guò)連接鍵(2-3)和內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)連接在一起，在內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)與圓筒(1-6-1)相接觸的側(cè)面安裝有脹圈(2-7)，膨脹環(huán)(2-8)安裝在脹圈(2-7)的外表面，在內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)的上端面采用內(nèi)側(cè)橡膠墊(2-4)、碟形彈簧(2-5)和鎖緊螺母(2-6)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(3-1)、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)、外側(cè)橡膠墊(3-4)和第一螺釘組(3-5)組成，所述外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(3-1)和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)分別安裝在定子組件(1)的上方和下方，并且外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(3-1)、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)和定子圓筒(1-6-1)同軸，外側(cè)橡膠墊(3-4)安裝在外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(3-1)和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)相接觸的側(cè)面之間，并通過(guò)第一螺釘組(3-5)實(shí)現(xiàn)外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(3-1)、外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)和定子組件(1)之間的預(yù)緊；所述軸承座(4)通過(guò)第二螺釘組(7)固定在驅(qū)動(dòng)圓筒(1-6)的圓筒法蘭(1-6-4)上，所述內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)通過(guò)軸承(5)和軸承座(4)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，并通過(guò)軸承預(yù)緊端蓋(6)和第三螺釘組(8)實(shí)現(xiàn)軸承(5)的預(yù)緊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述圓筒(l-6-l)、前端蓋(l-6-2)、薄壁環(huán)(l-6-3)和圓筒法蘭(l-6-4)采 用一整塊金屬材料加工成驅(qū)動(dòng)圓筒一體件，并且圓筒法蘭(l-6-4)上加工有若干 均布螺紋孔(l-6-6)，所述螺紋孔(l-6-6)與內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)的輸出軸平行。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述每片壓電陶瓷片(l-3)對(duì)稱(chēng)切分成左半片(l-3-l)和右半片(l-3-2)， 所述左半片(l-3-l)和右半片(l-3-2)的極化方向相反， 一對(duì)壓電陶瓷片(l-3)中相 鄰的兩片左半片(l-3-l)和相鄰的兩片右半片(l-3-2)的極化方向亦相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述壓電陶瓷片(l-3)、法蘭(l-4)與壓電陶瓷片(l-3灘接觸的側(cè)面以及 銅電極片(l-5)與壓電陶瓷片(l-3)的接觸區(qū)域的橫截面均為矩形或圓形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述后端蓋(l-l)的小端加工有錐度相同的上下兩個(gè)錐面，且所有后端 蓋(l-l)的小端所在圓柱面與圓筒(l-6-l)同軸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述外側(cè)轉(zhuǎn)子組件還包括耐磨襯圈(3-3),耐磨襯圈(3-3)設(shè)置在外側(cè)帶 軸轉(zhuǎn)子(3-l)和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)與后端蓋(l-l)相接觸的側(cè)面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述耐磨襯圈(3-3)采用高分子摩擦材料，通過(guò)粘貼方式將耐磨襯圈 (3-3)分別粘接在外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(3-l)和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(3-2)與定子后端蓋(l-l)相 接觸的側(cè)面。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)， 其特征在于所述耐磨襯圈(3-3)具有和后端蓋(l-l)的小端相同的錐度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述脹圈(2-7)上開(kāi)有平行于軸線方向的通槽。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述脹圈(2-7)內(nèi)表面具有與內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子(2-1)、內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2陽(yáng)2) 的外表面相同的錐度。
全文摘要
彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，它涉及壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，以解決現(xiàn)有超聲電機(jī)存在的機(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(wèn)題。本發(fā)明的彎振夾心換能器式圓筒型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(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；圓筒內(nèi)表面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒；內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和內(nèi)側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子為圓臺(tái)形，它們的細(xì)端分別從定子圓筒的下方和上方嵌入；外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子分別安裝在定子組件的上方和下方，外側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子和外側(cè)無(wú)軸轉(zhuǎn)子與定子后端蓋相接觸的側(cè)面分別固定有耐磨襯圈；內(nèi)側(cè)帶軸轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承和軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接。本發(fā)明可以應(yīng)用到超聲電機(jī)制作領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/12GK101388623SQ20081006487
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月7日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 濤 謝, 陳維山 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)