專(zhuān)利名稱(chēng)：縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種縱振夾心換能器式圓盤(pán)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?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，提供了一種縱振夾心換能器式圓盤(pán)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、上端轉(zhuǎn)子組件、下端轉(zhuǎn)子組件、上端 外罩、下端外罩、上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、上端軸承預(yù)緊端蓋、下端 軸承預(yù)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(qū)動(dòng)圓盤(pán)和2n個(gè)縱振夾心換能器，其中n為大于1的自然數(shù)，所 述驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)包括圓盤(pán)、外側(cè)薄壁環(huán)、圓盤(pán)法蘭、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)和軸承座，外側(cè) 薄壁環(huán)設(shè)置在圓盤(pán)和圓盤(pán)法蘭之間，內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)設(shè)置在圓盤(pán)與軸承座之間，
圓盤(pán)、外側(cè)薄壁環(huán)、圓盤(pán)法蘭、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)和軸承座同軸，圓盤(pán)上端面加工
有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒，驅(qū)動(dòng)齒的上端面為具有一定錐度的錐面；所述2n個(gè)縱振 夾心換能器對(duì)稱(chēng)分布固定連接在圓盤(pán)的下端面上，每個(gè)縱振夾心換能器由后 端蓋、絕緣套、兩對(duì)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(xì)的四棱柱體，所述前端蓋的小端面和圓盤(pán) 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(gè)帶內(nèi)螺紋 的盲孔，所述法蘭中心的兩端帶有螺柱；法蘭通過(guò)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，在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均與法蘭 的螺柱之間固定有絕緣套；所述上端轉(zhuǎn)子組件由上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)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(yù)緊軸承、 上端調(diào)整墊片、上端蓋和上端轉(zhuǎn)子螺釘組組成；上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子通過(guò)上端連接 鍵與上端輸出軸相聯(lián)接，上端輸出軸通過(guò)上端預(yù)緊軸承與軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)連接， 上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子與圓盤(pán)之間通過(guò)上端橡膠墊、上端碟形彈簧和上端鎖緊螺母實(shí) 現(xiàn)預(yù)緊，上端預(yù)緊軸承通過(guò)上端調(diào)整墊片、上端蓋和上端轉(zhuǎn)子螺釘組實(shí)現(xiàn)預(yù) 緊；所述下端轉(zhuǎn)子組件由下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)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(yù)緊軸承、下端調(diào)整墊片、下端 蓋和下端轉(zhuǎn)子螺釘組組成；下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子通過(guò)下端連接鍵與上端輸出軸相連 接；下端輸出軸通過(guò)下端預(yù)緊軸承與軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子與后端 蓋的小端面之間通過(guò)下端橡膠墊、下端碟形彈簧和下端鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)預(yù)緊， 下端預(yù)緊軸承通過(guò)下端調(diào)整墊片、下端蓋和下端轉(zhuǎn)子螺釘組實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述 上端外罩和下端外罩通過(guò)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(pán)同軸；所述上端軸承支座通過(guò)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(guò)下端第二螺釘組固定 在下端外罩上，所述上端輸出軸通過(guò)上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與上端軸承支座轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接， 上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承通過(guò)上端軸承預(yù)緊端蓋和上端第一螺釘組實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，所述下端 輸出軸通過(guò)下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承與下端軸承支座轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承通過(guò)下端 軸承預(yù)緊端蓋和下端第一螺釘組實(shí)現(xiàn)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)前端蓋和定子圓盤(pán)一體化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 化了結(jié)構(gòu)，提高了圓盤(pán)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)接換能器和圓盤(pán)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)出縱向振動(dòng)，通過(guò)控制輸入激勵(lì)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩組換能器在圓盤(pán)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;r/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模 態(tài)響應(yīng)疊加在定子圓盤(pán)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)齒和上端轉(zhuǎn)子組件之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)上端轉(zhuǎn)子組件 的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出；而工作在彎振模態(tài)的定子圓盤(pán)會(huì)引起夾心換能器的彎曲振 動(dòng)，使得換能器工作在主動(dòng)縱振一被動(dòng)彎振狀態(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)和下端轉(zhuǎn)子組件的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)下端轉(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、圓盤(pán)內(nèi)徑尺寸、圓盤(pán)外徑尺寸和圓盤(pán)的厚度實(shí)現(xiàn)換能 器縱振固有頻率、換能器彎振固有頻率和圓盤(pán)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。內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)和 外側(cè)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) 圓盤(pán)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)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)明提出的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)包含4個(gè)
縱振換能器時(shí)整體結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖2是圖1的A-A向剖視圖；圖3是圖1 中定子組件1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的B-B向剖視圖；圖5是圖1中四 個(gè)縱振夾々換能器1-7中的壓電陶瓷片1-3的極化方向示意圖；圖6是圖1 中驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)1-1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖3中的定子組件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嚴(yán)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)，V2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，兩組換能器的電壓激勵(lì)信號(hào)幅值相等、頻率為換能器自身 諧振頻率、相位差為+90°;圖8至圖11是圖2中的定子組件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， 具體為定子九階彎振模態(tài)的振型變化示意圖；其中圖8是^nT (n-0，1,2...) 時(shí)刻的定子振型示意圖；圖9是t氣n+l/4)T (n-0,1，2...)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=(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、上端轉(zhuǎn)子 組件、下端轉(zhuǎn)子組件、上端外罩4、下端外罩5、上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6-l、下端轉(zhuǎn) 動(dòng)軸承6-2、上端軸承預(yù)緊端蓋7-l、下端軸承預(yù)緊端蓋7-2、上端第一螺釘 組8-l、下端第一螺釘組8-2、上端軸承支座9-l、下端軸承支座9-2、上端第 二螺釘組10-1、下端第二螺釘組10-2、第三螺釘組11和螺母組12組成；所 述定子組件1由驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)1-1和2n個(gè)縱振夾心換能器1-7組成，其中n為大 于1的自然數(shù)，所述驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)1-1由圓盤(pán)1-1-1、外側(cè)薄壁環(huán)1-1-2、圓盤(pán)法 蘭1-1-3、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)1-1-6和軸承座1-1-7組成，外側(cè)薄壁環(huán)1-1-2設(shè)置在圓 盤(pán)1-1-1和圓盤(pán)法蘭1-1-3之間，內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)1-1-6設(shè)置在圓盤(pán)1-1-1與軸承 座1-1-7之間，圓盤(pán)1-1-1、外側(cè)薄壁環(huán)1-1-2、圓盤(pán)法蘭1-1-3、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán) 1-1-6和軸承座1-1-7同軸，圓盤(pán)1-1-1上端面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1-5， 驅(qū)動(dòng)齒1-1-5的上端面為具有一定錐度的錐面;所述2n個(gè)縱振夾心換能器1-7 對(duì)稱(chēng)分布固定連接在圓盤(pán)1-1-1的下端面上，每個(gè)縱振夾心換能器1-7由后端 蓋1-5、絕緣套1-2、兩對(duì)壓電陶瓷片1-3、法蘭1-4、銅電極片l-6和前端蓋 1-1-4組成；后端蓋1-5和前端蓋1-1-4均是截面為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱 體，所述前端蓋1-1-4的小端面和圓盤(pán)1-1-1的下端面固定連接；所述后端蓋 1-5和前端蓋1-1-4的大端面的中心均有二個(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;法蘭l-4通過(guò)螺柱1-4-1分別與前端蓋1-1-4和
后端蓋1-5固定連接，兩對(duì)壓電陶瓷片1-3分別套在前端蓋1-1-4和法蘭1-4 之間以及法蘭l-4和后端蓋l-5之間的螺柱1-4-1上，在前端蓋1-1-4和壓電 陶瓷片l-3之間、每對(duì)壓電陶瓷片l-3之間以及后端蓋l-5和壓電陶瓷片1-3 之間分別固定有銅電極片1-6，壓電陶瓷片1-3和銅電極片l-6均與法蘭l隱4 的螺柱1-4-1之間固定有絕緣套1-2;所述上端轉(zhuǎn)子組件由上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子2-1、 上端輸出軸2-2、上端連接鍵2-3-1、上端橡膠墊2-5-1、上端碟形彈簧2-6-1、 上端鎖緊螺母2-7-1 、上端預(yù)緊軸承2-8-1 、上端調(diào)整墊片2-9-1 、上端蓋2-10-1 和上端轉(zhuǎn)子螺釘組2-11-1組成；上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子2-1通過(guò)上端連接鍵2-3-1與 上端輸出軸2-2相聯(lián)接，上端輸出軸2-2通過(guò)上端預(yù)緊軸承2-8-1與軸承座
1- 1-7轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子2-1與圓盤(pán)1-1-1之間通過(guò)上端橡膠墊2-5-1 、 上端碟形彈簧2-6-1和上端鎖緊螺母2-7-1實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，上端預(yù)緊軸承2-8-1通 過(guò)上端調(diào)整墊片2-9-1、上端蓋2-10-1和上端轉(zhuǎn)子螺釘組2-11-1實(shí)現(xiàn)預(yù)緊； 所述下端轉(zhuǎn)子組件由下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子3-l、下端輸出軸3-2、下端連接鍵2-3-2、 下端橡膠墊2-5-2、下端碟形彈簧2-6-2、下端鎖緊螺母2-7-2、下端預(yù)緊軸承
2- 8-2、下端調(diào)整墊片2-9-2、下端蓋2-10-2和下端轉(zhuǎn)子螺釘組2-11-2組成； 下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子3-1通過(guò)下端連接鍵2-3-2與上端輸出軸3-2相連接；下端輸出 軸3-2通過(guò)下端預(yù)緊軸承2-8-2與軸承座1-1-7轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子3-1 與后端蓋1-5的小端面之間通過(guò)下端橡膠墊2-5-2、下端碟形彈簧2-6-2和下 端鎖緊螺母2-7-2實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，下端預(yù)緊軸承2-8-2通過(guò)下端調(diào)整墊片2-9-2、 下端蓋2-10-2和下端轉(zhuǎn)子螺釘組2-11-2實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述上端外罩4和下端外 罩5通過(guò)第三螺釘組11和螺母組12分別固定在圓筒法蘭1-1-3的上端面和 下端面上，上端外罩4、下端外罩5和圓盤(pán)1-1-1同軸；所述上端軸承支座 9-1通過(guò)上端第二螺釘組10-1固定在上端外罩4上，所述下端軸承支座9-2 通過(guò)下端第二螺釘組10-2固定在下端外罩5上，所述上端輸出軸2-2通過(guò)上 端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6-1與上端軸承支座9-1轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6-1通過(guò)上端軸 承預(yù)緊端蓋7-1和上端第一螺釘組8-1實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，所述下端輸出軸3-2通過(guò)下 端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6-2與下端軸承支座9-2轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承6-2通過(guò)下端軸 承預(yù)緊端蓋7-2和下端第一螺釘組8-2實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。當(dāng)圓盤(pán)工作在w階彎振模 態(tài)時(shí)，本實(shí)施方式提供的超聲電機(jī)的定子組件所含換能器個(gè)數(shù)最多為4"，任
意兩個(gè)換能器之間的夾角《滿(mǎn)足《=%°xm/"，其中/ ￡{1,2，...，4"-1};所 有換能器分為兩組，同組任意兩個(gè)換能器之間的夾角《滿(mǎn)足《=180°xm/"， 其中me化…，2打-U;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 盤(pán)定子彎搌模態(tài)的階數(shù)和換能器個(gè)數(shù)。
所述縱振換能器1-7采用沿厚度方向極化的壓電陶瓷片1-3實(shí)現(xiàn)縱向振 動(dòng)；所有縱振夾心換能器1-7分為兩組進(jìn)行激勵(lì)，如圖7 圖11所示，兩組 縱振夾心換能器l-7采用幅值相等、頻率為自身諧振頻率、相位差為+卯°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)在縱振夾心換能器1-7 中激勵(lì)出縱向振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩組縱振夾心換能器1-7在圓盤(pán)1-1-1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的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng) 疊加在圓盤(pán)1-1-1上形成行波，進(jìn)而在驅(qū)動(dòng)齒1-1-5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1-1-5和上端轉(zhuǎn)子組件之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)上端轉(zhuǎn)子組 件的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出；而工作在彎振模態(tài)的圓盤(pán)1-1-1會(huì)引起縱振夾心換能器 1-7的彎曲振動(dòng)，使得縱振夾心換能器1-7工作在主動(dòng)縱振-被動(dòng)彎振狀態(tài)， 后端蓋1-5的小端面上質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通過(guò)和下端轉(zhuǎn)子組件的摩擦 耦合實(shí)現(xiàn)下端轉(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-90°，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1-1-4和后端蓋1-5 兩個(gè)端面的面積比值、前端蓋1-1-4和后端蓋1-5的矩形截面兩邊比值、前端 蓋,l-l-4和后端蓋l-5的長(zhǎng)度、圓盤(pán)1-1-1的內(nèi)徑尺寸、圓盤(pán)1-1-1的外徑尺 寸以及圓盤(pán)1-1-1的厚度實(shí)現(xiàn)縱振夾心換能器1-7的縱振固有頻率、彎振固有 頻率以及圓盤(pán)1-1-1的彎振固有頻率之間的簡(jiǎn)并；前端蓋1-1-4和后端蓋1-5 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1-1-5和后端蓋1-5 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。
具體實(shí)施方式
二參見(jiàn)圖6，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在 于，所述圓盤(pán)1-1-1、前端蓋1-1-4、外側(cè)薄壁環(huán)1-1-2、圓盤(pán)法蘭1-1-3、內(nèi) 側(cè)薄壁環(huán)1-1-6和軸承座1-1-7采用一整塊金屬材料加工成驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)l-l 一體 件。
本實(shí)施方式中將所述圓盤(pán)1-1-1、前端蓋1-1-4、外側(cè)薄壁環(huán)1-1-2、圓盤(pán)
法蘭1-1-3、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)1-1-6和軸承座1-1-7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)齒表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡的可控性。
具體實(shí)施方式
三參見(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，所述壓電陶瓷片1-3沿厚度方向極化，每對(duì)壓電陶瓷片1-3中的兩片壓 電陶瓷片的極化方向相反。
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1-6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l-6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1-5的小端為具有錐度的錐面，且所有后端蓋1-5的小端所 在錐面與圓盤(pán)1-1-1同軸。
具體實(shí)施方式
六參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式在具體實(shí)施方式
一的基礎(chǔ)上增 加了上端耐磨襯圈2-4-1和下端耐磨襯圈2-4-2，上端耐磨襯圈2-4-1固定在 上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子2-l與圓盤(pán)1-1-1相接觸的端面，下端耐磨襯圈2-4-2固定在下 端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子3-1與后端蓋1-5小端面相接觸的端面。
本實(shí)施方式的上端耐磨襯圈2-4-1和驅(qū)動(dòng)齒1-1-5的上端面以及下端耐磨 襯圈2-4-2和后端蓋1-5的小端面均采用錐面接觸，在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件定位的基 礎(chǔ)上，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
七參見(jiàn)圖1，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六的不同點(diǎn)在 于，所述上端耐磨襯圈2-4-1和下端耐磨襯圈2-4-2均采用高分子摩擦材料， 通過(guò)粘貼方式將上端耐磨襯圈2-4-1和下端耐磨襯圈2-4-2分別粘接在上端圓 盤(pán)轉(zhuǎn)子2-1與圓盤(pán)1-1-1相接觸的側(cè)面以及下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子3-l與后端蓋1-5小 端面相接觸的側(cè)面。
具體實(shí)施方式
八參見(jiàn)圖1和圖2，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
五或六 的不同點(diǎn)在于，所述上端耐磨襯圈2-4-1和下端耐磨襯圈2-4-2均具有與驅(qū)動(dòng) 齒1-1-5上端錐面以及后端蓋1-5的小端錐面相同的錐度。
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、縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，它包括定子組件(1)、上端轉(zhuǎn)子組件、下端轉(zhuǎn)子組件、上端外罩(4)、下端外罩(5)、上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-1)、下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-2)、上端軸承預(yù)緊端蓋(7-1)、下端軸承預(yù)緊端蓋(7-2)、上端第一螺釘組(8-1)、下端第一螺釘組(8-2)、上端軸承支座(9-1)、下端軸承支座(9-2)、上端第二螺釘組(10-1)、下端第二螺釘組(10-2)、第三螺釘組(11)和螺母組(12)；所述定子組件(1)包括驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)(1-1)和2n個(gè)縱振夾心換能器(1-7)，其中n為大于1的自然數(shù)，所述驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)(1-1)包括圓盤(pán)(1-1-1)、外側(cè)薄壁環(huán)(1-1-2)、圓盤(pán)法蘭(1-1-3)、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)(1-1-6)和軸承座(1-1-7)，外側(cè)薄壁環(huán)(1-1-2)設(shè)置在圓盤(pán)(1-1-1)和圓盤(pán)法蘭(1-1-3)之間，內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)(1-1-6)設(shè)置在圓盤(pán)(1-1-1)與軸承座(1-1-7)之間，圓盤(pán)(1-1-1)、外側(cè)薄壁環(huán)(1-1-2)、圓盤(pán)法蘭(1-1-3)、內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)(1-1-6)和軸承座(1-1-7)同軸，圓盤(pán)(1-1-1)上端面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒(1-1-5)，驅(qū)動(dòng)齒(1-1-5)的上端面為具有一定錐度的錐面；所述2n個(gè)縱振夾心換能器(1-7)對(duì)稱(chēng)分布固定連接在圓盤(pán)(1-1-1)的下端面上，每個(gè)縱振夾心換能器(1-7)由后端蓋(1-5)、絕緣套(1-2)、兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)、法蘭(1-4)、銅電極片(1-6)和前端蓋(1-1-4)組成；后端蓋(1-5)和前端蓋(1-1-4)均是截面為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，所述前端蓋(1-1-4)的小端面和圓盤(pán)(1-1-1)的下端面固定連接；所述后端蓋(1-5)和前端蓋(1-1-4)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)；法蘭(1-4)通過(guò)螺柱(1-4-1)分別與前端蓋(1-1-4)和后端蓋(1-5)固定連接，兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)分別套在前端蓋(1-1-4)和法蘭(1-4)之間以及法蘭(1-4)和后端蓋(1-5)之間的螺柱(1-4-1)上，在前端蓋(1-1-4)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(1-5)和壓電陶瓷片(1-3)之間分別固定有銅電極片(1-6)，壓電陶瓷片(1-3)和銅電極片(1-6)均與法蘭(1-4)的螺柱(1-4-1)之間固定有絕緣套(1-2)；其特征在于所述上端轉(zhuǎn)子組件由上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(2-1)、上端輸出軸(2-2)、上端連接鍵(2-3-1)、上端橡膠墊(2-5-1)、上端碟形彈簧(2-6-1)、上端鎖緊螺母(2-7-1)、上端預(yù)緊軸承(2-8-1)、上端調(diào)整墊片(2-9-1)、上端蓋(2-10-1)和上端轉(zhuǎn)子螺釘組(2-11-1)組成；上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(2-1)通過(guò)上端連接鍵(2-3-1)與上端輸出軸(2-2)相聯(lián)接，上端輸出軸(2-2)通過(guò)上端預(yù)緊軸承(2-8-1)與軸承座(1-1-7)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(2-1)與圓盤(pán)(1-1-1)之間通過(guò)上端橡膠墊(2-5-1)、上端碟形彈簧(2-6-1)和上端鎖緊螺母(2-7-1)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，上端預(yù)緊軸承(2-8-1)通過(guò)上端調(diào)整墊片(2-9-1)、上端蓋(2-10-1)和上端轉(zhuǎn)子螺釘組(2-11-1)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述下端轉(zhuǎn)子組件由下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(3-1)、下端輸出軸(3-2)、下端連接鍵(2-3-2)、下端橡膠墊(2-5-2)、下端碟形彈簧(2-6-2)、下端鎖緊螺母(2-7-2)、下端預(yù)緊軸承(2-8-2)、下端調(diào)整墊片(2-9-2)、下端蓋(2-10-2)和下端轉(zhuǎn)子螺釘組(2-11-2)組成；下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(3-1)通過(guò)下端連接鍵(2-3-2)與上端輸出軸(3-2)相連接；下端輸出軸(3-2)通過(guò)下端預(yù)緊軸承(2-8-2)與軸承座(1-1-7)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(3-1)與后端蓋(1-5)的小端面之間通過(guò)下端橡膠墊(2-5-2)、下端碟形彈簧(2-6-2)和下端鎖緊螺母(2-7-2)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，下端預(yù)緊軸承(2-8-2)通過(guò)下端調(diào)整墊片(2-9-2)、下端蓋(2-10-2)和下端轉(zhuǎn)子螺釘組(2-11-2)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述上端外罩(4)和下端外罩(5)通過(guò)第三螺釘組(11)和螺母組(12)分別固定在圓筒法蘭(1-1-3)的上端面和下端面上，上端外罩(4)、下端外罩(5)和圓盤(pán)(1-1-1)同軸；所述上端軸承支座(9-1)通過(guò)上端第二螺釘組(10-1)固定在上端外罩(4)上，所述下端軸承支座(9-2)通過(guò)下端第二螺釘組(10-2)固定在下端外罩(5)上，所述上端輸出軸(2-2)通過(guò)上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-1)與上端軸承支座(9-1)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-1)通過(guò)上端軸承預(yù)緊端蓋(7-1)和上端第一螺釘組(8-1)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊，所述下端輸出軸(3-2)通過(guò)下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-2)與下端軸承支座(9-2)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，下端轉(zhuǎn)動(dòng)軸承(6-2)通過(guò)下端軸承預(yù)緊端蓋(7-2)和下端第一螺釘組(8-2)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述圓盤(pán)(l-l-l)、前端蓋(l-l-4)、外側(cè)薄壁環(huán)(l-l-2)、圓盤(pán)法蘭(l-l-3)、 內(nèi)側(cè)薄壁環(huán)(1-1-6)和軸承座(1-1-7)采用一整塊金屬材料加工成驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)(1-1)一體件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述壓電陶瓷片(l-3)沿厚度方向極化，每對(duì)壓電陶瓷片(l-3)中的兩片 壓電陶瓷片的極化方向相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述壓電陶瓷片(1-3)、法蘭(1-4)與壓電陶瓷片(1-3灘接觸的側(cè)面以及 銅電極片(l-6)與壓電陶瓷片(l-2)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所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其特征在于所述后端蓋(l-5)的小端為具有錐度的錐面，且所有后端蓋(l-5)的小端 所在錐面與圓盤(pán)(l-l-l)同軸。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述上端轉(zhuǎn)子組件和下端轉(zhuǎn)子組件分別還包括上端耐磨襯圈(2-4-l) 和下端耐磨襯圈(2-4-2)，上端耐磨襯圈(2-4-l)固定在上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(2-l)與圓盤(pán) (l-l-l)相接觸的端面，下端耐磨襯圈(2-4-2調(diào)定在下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(3-l)與后端蓋 (1-5)小端兩相接觸的端面。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，其 特征在于所述上端耐磨襯圈(2-4-l)和下端耐磨襯圈(2-4-2)均采用高分子摩擦 材料，通過(guò)粘貼方式將上端耐磨襯圈(2-4-l)和下端耐磨襯圈(2-4-2)分別粘接在 上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(2-l)與圓盤(pán)(l-l-l)相接觸的側(cè)面以及下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子(3-l)與后端 蓋(l-5)小端面相接觸的側(cè)面。
8、 據(jù)權(quán)利要求5或6所述的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)， 其特征在于所述上端耐磨襯圈(2-4-l)和下端耐磨襯圈(2-4-2)均具有與驅(qū)動(dòng)齒 (l-l-5)上端錐面以及后端蓋(l-5)的小端錐面相同的錐度。
全文摘要
縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，涉及壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(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)明的縱振夾心換能器式圓盤(pán)型雙轉(zhuǎn)子超聲電機(jī)，包括定子組件、上端轉(zhuǎn)子組件、下端轉(zhuǎn)子組件、上端外罩、下端外罩、轉(zhuǎn)動(dòng)軸承、軸承預(yù)緊端蓋、軸承支座；圓盤(pán)上端面加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒；上端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子與圓盤(pán)相接觸的端面固定有耐磨襯圈，下端圓盤(pán)轉(zhuǎn)子與后端蓋小端面相接觸的端面固定有耐磨襯圈，上端輸出軸和下端輸出軸均通過(guò)軸承與軸承座轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，上端外罩和下端外罩通過(guò)分別固定在圓筒法蘭的上端面和下端面，上端外罩、下端外罩和圓盤(pán)同軸。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)H02N2/12GK101388624SQ20081006487
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)