CN101505115B - 一种液体介质纵振非接触式超声波电机 - Google Patents

Abstract

一种液体介质纵振非接触式超声波电机，包括：定子和转子，其特征在于：所述定子由内设有耦合流体腔的前盖板、用于耦合流体腔封闭的端盖、以及穿置在前盖板与后盖板间同轴线螺栓上的偶数片环形压电陶瓷和奇数片环形电极构成；所述转子通过轴承安装在耦合流体腔中心。本发明与现有技术对比的有益效果是：这种液体介质纵振非接触式超声波电机结构简单，控制简单方便，输出扭矩大，调节范围宽，可广泛应用于精密定位驱动、机器人关节驱动及航空航天等领域。

Description

一种液体介质纵振非接触式超声波电机 

技术领域

本发明涉及的是超声波电机，尤其是一种液体介质纵振非接触式超声波电机。 

背景技术

超声波电机是一种利用压电陶瓷逆压电效应将电能转换成机械能的特种电机，是具有良好应用前景的新型驱动器；在精密仪器、光学系统、医疗器械、汽车电器、航空航天等领域有着广泛的应用前景；目前已成功应用于照相机自动调焦系统、机器人的驱动机构、卡片阅读机等领域。与电磁型电机相比，超声波电机具有如下优点：(1)低速大扭矩，效率高；(2)单位重量下可获得的扭矩大，而且由于可以减小运动部件(转子)的惯性，因此启动、停止控制性好；(3)由于扭矩较大，无需利用减速机构增大扭矩，可实现直接驱动且定位精确；(4)未使用磁场，不产生磁性干扰，抗干扰能力强；(5)结构简单，加工制造容易。 

现有超声波电机按照定子与转子的安装关系可以分为两大类：一类是接触式，另一类是非接触式。接触式超声波电机是利用定子振动使表面质点形成椭圆运动，依靠转子与定子之间的摩擦力驱动转子旋 转。因此存在以下难以克服的问题：(1)由于摩擦磨损，工作寿命短；(2)不能连续长时间运转。而非接触式超声波电机的定子与转子不直接接触，通过气体或液体介质的耦合作用间接传递能量，有效地克服了接触式超声波电机的缺点。 

常见的液体介质超声波电机采用圆环形压电振子，将压电振子粘结在金属圆环上形成定子，利用空间和时间上相差90°相位角的交流信号对压电陶瓷进行激励，就会在定子弹性体上产生一定频率的弹性行波，行波在液体媒质中传播产生声流场，引起液体沿周向方向旋转，进而推动电机转子旋转，转子叶片为直列式(叶片与转轴轴线平行)。这种结构形式的超声波电机的驱动机理与接触式圆环型超声波电机相似，需要在液体介质中形成的声场达到一定强度以后才能形成驱动，而圆环形振子所产生的驱动能力较弱。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用大振幅纵向振动与转子的螺旋状叶片相结合，构造新型的液体介质非接触超声波电机。 

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。 

这种液体介质纵振非接触式超声波电机，包括：定子和转子。 

这种液体介质纵振非接触式超声波电机的特点是： 

所述定子由内设有耦合流体腔的前盖板、用于耦合流体腔封闭的端盖、通过螺栓安装在前盖板上的后盖板，以及安装在前盖板与后盖板间螺栓上的偶数片环形压电陶瓷和奇数片环形电极构成； 

所述偶数片环形压电陶瓷为并联连接，并联连接的偶数片环形压电陶瓷将奇数片环形电极分隔为两组激励信号极； 

所述转子由转轴和固定在其上的叶片构成； 

所述转子通过轴承安装在由前盖板和端盖构成的耦合流体腔中心。 

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。 

所述前盖板为杯状沉头结构体，杯状沉头结构体的沉头部位设有耦合流体腔。 

所述叶片为螺旋形叶片。 

所述螺栓穿置环形压电陶瓷和环形电极部位设有绝缘套。 

所述定子的前盖板与封闭耦合流体腔的端盖之间设有弹性调整片。 

本发明的设计原理是：利用压电陶瓷的大振幅纵向振动在液体介质中形成强声场，转子螺旋形叶片在声场中受到力的作用，驱动转子旋转，形成非接触超声波电机的输出。 

本发明与现有技术对比的有益效果是： 

本发明的液体介质纵振非接触式超声波电机结构合理且简单，控 制简单方便，输出扭矩大，调节范围宽，可广泛应用于精密定位驱动、机器人关节驱动及航空航天等领域。 

本发明液体介质纵振非接触式超声波电机的具体结构由以下附图和实施例详细给出。 

附图说明

图1是液体介质纵振非接触式超声波电机结构示意图。 

具体实施方式

实施例：从图1可以清楚地看到液体介质纵振非接触式超声波电机由定子10和转子1组成，所述定子10由内设有耦合流体腔3的前盖板4、用于耦合流体腔3封闭的端盖14、通过螺栓8安装在前盖板4上的后盖板7，以及安装在前盖板4与后盖板7间螺栓8上的六片环形压电陶瓷6和五片环形电极5构成，六片环形压电陶瓷6为并联连接，并联连接的环形压电陶瓷6将五片环形电极5分隔为两组激励信号极。 

所述前盖板4为杯状沉头结构体，杯状沉头结构体的沉头部位设置耦合流体腔3。 

为了防止漏电，所述连接螺栓8穿置环形压电陶瓷6和环形电极5部位设有绝缘套9。 

所述转子1由转轴16和固定在其上的螺旋形叶片12构成，即螺旋形叶片12与转轴16成一定夹角。 

所述转子1通过配对轴承11安装在定子10的前盖板4与端盖14之间，端盖14通过螺钉安装在前盖板4上，将前盖板4上的耦合流体腔3封闭，端盖14与前盖板4之间设有弹性调整垫片13，弹性调整垫片13不仅可防止耦合流体腔3泄漏，通过弹性调整垫片13还可用于转子1的轴向调整；为了防止耦合流体腔3内的耦合流体从转子1的转轴16端溢出，转轴16与端盖14配合孔内设有密封圈15，可确保电机工作时耦合流体不泄漏。所述耦合流体腔3内充满耦合流体。本发明液体介质纵振非接触式超声波电机具体工作过程：当给压电陶瓷6加以适当频率的正弦激励信号，定子10产生纵向振动，即前盖板辐射面处于超声振动状态；耦合流体3与前盖板4的辐射面接触，振动传递给流体介质3，根据波动理论，流体介质3也将处于同频率的振动状态，流体分子剧烈运动，相互之间存在力的作用。在流体介质3与螺旋形叶片12的结合面处，流体介质3的振动作用力将传递给螺旋形叶片12，叶片12面向辐射面的一侧所受作用力将大于另一侧，因而形成驱动力驱动转子旋转，调整激励电压便可调整定子10的振幅，可使转子获得不同的驱动力，形成不同应用场合的非接触式超声波电机。 

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明 所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。 

Claims (5)

1.一种液体介质纵振非接触式超声波电机，包括：定子和转子，其特征在于：

所述定子由内设有耦合流体腔的前盖板、用于耦合流体腔封闭的端盖、通过螺栓安装在前盖板上的后盖板，以及穿置在前盖板与后盖板间螺栓上的偶数片环形压电陶瓷和奇数片环形电极构成；

所述偶数片环形压电陶瓷为并联连接，并联连接的偶数片环形压电陶瓷将奇数片环形电极分隔为两组激励信号极；

所述转子由转轴和固定在其上的叶片构成；

所述转子通过轴承安装在由前盖板和端盖构成的耦合流体腔中心。

2.根据权利要求1所述的液体介质纵振非接触式超声波电机，其特征在于：

所述前盖板为杯状沉头结构体，杯状沉头结构体的沉头部位设置耦合流体腔。

3.根据权利要求1或2所述的液体介质纵振非接触式超声波电机，其特征在于：

所述叶片为螺旋形叶片。

4.根据权利要求3所述的液体介质纵振非接触式超声波电机，其特征在于：

所述螺栓穿置环形压电陶瓷和环形电极部位设有绝缘套。

5.根据权利要求4所述的液体介质纵振非接触式超声波电机，其特征在于：

所述定子的前盖板与封闭耦合流体腔的端盖之间设有弹性调整片。

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