CN103051243A - 振动圈内置的中空式超声电机 - Google Patents

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Abstract

一种振动圈内置的中空式超声电机，它包括转子（1）、摩擦材料（2）、定子（3）、压电陶瓷（4）和定子座（7），定子（3）安装在字子座（7）上，转子（1）套装在定子座（7）和定子（3）中，压电陶瓷（4）安装在定子（3）的一个端面上，压电陶瓷（4）通电后迫使定子（3）另一个端面上的齿状振动圈（10）蠕动压迫安装在定子（3）与转子（1）之间的摩擦材料（2）从而驱动转子（1）转动，其特征是所述的齿状振动圈（10）中的每个振动齿（11）靠近定子（3）中心孔的一端的厚度大于另一端的厚度,从而形外圈固定支撑面内圈振动的振动模式。本发明种结构简单，内径大，易于安装及预压力可调。

Description

振动圈内置的中空式超声电机
技术领域
本发明涉及一种电子，尤其是一种以压电陶瓷变形驱动的中空式超声电机，具体地说是一种振动圈内置的中空式超声电机。
背景技术
 超声电机（Ultrasonic Motor）是近二十年来发展起来的一种新概念动力装置。它的实质是依靠压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为弹性体的机械能，使定子产生高频的微幅振动（微米级），再利用定、转子之间的接触和摩擦作用将定子的微幅振动转换为转子的回转或者直线运动，从而输出机械能以带动负载工作。这种新型电机使用频率高于20kHz（即超声频率范围）的交流电源来驱动，故称之为超声电机。超声电机比之一般的电磁电机具有许多独特的优点：
（1）扭矩/重量比大；
（2）低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载；
（3）响应快（毫秒级），可控性好；
（4）可变速度，可步进，运动精度高；
（5）断电时自锁，自锁力矩大；
（6）对磁场不敏感，也不产生磁场；
（7）速度和位置控制性能好，精度高；
（8）外形可按用户要求任意设计，易实现微型化；
（9）振动、噪音小，工作稳定。
中空式的超声电机是指在结构上中间带孔的超声电机。 现有的中空超声电机，由于定子振动圈在外侧，即作为组成振动圈的振动齿的厚度在靠近定子中心孔一端的厚度小于另一靠近定子外圈一端的厚度，如图1、2所示。振动齿形成内薄外厚的结构，同时这种结构的中空电机的安装凸台在内侧，从而导致电机中心孔的大小受到限制，速度无法提升。
发明内容
本发明的目的是针对现有的中空式超声电机由于振动圈外置（定子外圈厚内圈薄）造成相同功率参数条件下，中心孔径无法扩大的问题，设计一种振动圈内置的中空式超声电机。
本发明的技术方案是：
一种振动圈内置的中空式超声电机，它包括转子1、摩擦材料2、定子3、压电陶瓷4和定子座7，定子3安装在字子座7上，转子1套装在定子座7和定子3中，压电陶瓷4安装在定子3的一个端面上，压电陶瓷4通电后迫使定子3另一个端面上的齿状振动圈10蠕动压迫安装在定子3与转子1之间的摩擦材料2从而驱动转子1转动，其特征是所述的齿状振动圈10中的每个振动齿11靠近定子3中心孔的一端的厚度大于另一端的厚度,从而形外圈固定支撑面内圈振动的振动模式。
所述的定子3的外圈靠近振动齿11位置处设有单面或双面环形凹槽12，凹槽处定子板的厚度为0.3～0.7mm。
所述的转子1位于定子座7中的一端上旋装有衬套8，在衬套8与定子座7之间安装有轴承6，轴承6的内端面安装有能产生预压力的碟形弹簧5。
所述的转子1位于定子座7中尾端上旋装有防止衬套8松动的防松螺母。
所述衬套8与轴承6之间为过盈配合，以弥补标准轴承内径以5mm阶梯变化引起中空电机中心孔尺寸无法连续变化的困难。
本发明的有益效果：
本发明通过使定子振动圈内置，采用腹板及安装凸台在外侧的形式，从而实现了：
    1．中心孔径可以更大，可以做到中心孔与电机外径之比大于0.5。
2．由于振动圈内置，使得定子与转子接触面的直径变小，这样电机转速会有所提高，对于超声电机的低速是一个弥补。
3．本发明由于振动圈内置，从而使得加工和装配更为方便。
4．本发明采用碟形弹簧及衬套锁紧，实现了预紧力可调，有利于保证定子和转子之间的摩擦材料能受到最大的压力，从而确保定子的振动能最大限定地转化为摩擦力，进而转变成驱动转力转动的力。
附图说明
图1是现有的中空式超声电机的定子结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是发明的结构示意图。
图4是本发明的定子的结构示意图。
图5是图4的俯视图。
图6是本发明的定子振动模态示意图。
图中： 1、转子，2、摩擦片，3、定子，4、压电陶瓷，5、弹簧，6、轴承，7、定子座，8、衬套，9、防松螺母，10振动圈，11振动齿，12凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
    如图3-6所示。
一种振动圈内置的中空式超声电机，它包括转子1（刚性转子）、摩擦材料2、定子3、压电陶瓷4、弹簧5、轴承6、定子座7、衬套8和防松螺母9，如图3所示，定子3安装在字子座7上，刚性转子1套装在定子座7和定子3中，压电陶瓷4安装在定子3的一个端面上，压电陶瓷4通电后迫使定子3另一个端面上的齿状振动圈10蠕动压迫安装在定子3与刚性转子1之间的摩擦材料2从而驱动刚性转子1转动，所述的齿状振动圈10（如图5）中的每个振动齿11靠近定子3中心孔的一端的厚度大于另一端的厚度,从而形外圈固定支撑面内圈振动的振动模式，如图3、4所示，从图3、4中可以看出定子3的外圈靠近振动齿11位置处设有单面或双面环形凹槽12，凹槽12处定子板的厚度为0.3～0.7mm。图3、4中为双面凹槽并形成腹板结构，因此腹板的厚度应在0.3～0.7mm之间以保证刚度，所述的转子1位于定子座7中的一端上旋装有衬套8，在衬套8与定子座7之间安装有轴承6，轴承6的内端面安装有能产生预压力的碟形弹簧5，转子1位于定子座7中尾端上旋装有防止衬套8松动的防松螺母，如图3。衬套8与轴承6之间应采用过盈配合，以弥补标准轴承内径以5mm阶梯变化引起中空电机中心孔尺寸无法连续变化的困难。
定子3的一侧面粘接压电陶瓷4。定子3通过外圈法兰结构固定在定子座7上。转子1粘接摩擦材料2，转子1穿过定子3内孔。弹簧5套在轴承6和定子座7之间。衬套8与轴承6过盈配合。衬套8通过螺纹拉紧转子1，使得摩擦材料2与定子3的内圈上表面接触。轴承6外圈与定子座7内腔之间是滑动配合。
调节电机预压力时应先松开防松螺母9，转支衬套8和轴承6上下滑动，弹簧5形变，从而调节摩擦材料2与定子3之间的接触预压力。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种振动圈内置的中空式超声电机，它包括转子（1）、摩擦材料（2）、定子（3）、压电陶瓷（4）和定子座（7），定子（3）安装在字子座（7）上，转子（1）套装在定子座（7）和定子（3）中，压电陶瓷（4）安装在定子（3）的一个端面上，压电陶瓷（4）通电后迫使定子（3）另一个端面上的齿状振动圈（10）蠕动压迫安装在定子（3）与转子（1）之间的摩擦材料（2）从而驱动转子（1）转动，其特征是所述的齿状振动圈（10）中的每个振动齿（11）靠近定子（3）中心孔的一端的厚度大于另一端的厚度,从而形外圈固定支撑面内圈振动的振动模式。
2.根据权利要求1所述的振动圈内置的中空式超声电机，其特征是所述的定子（3）的外圈靠近振动齿（11）位置处设有单面或双面环形凹槽（12），凹槽处定子板的厚度为0.3～0.7mm。
3.根据权利要求1所述的振动圈内置的中空式超声电机，其特征是所述的转子（1）位于定子座（7）中的一端上旋装有衬套（8），在衬套（8）与定子座（7）之间安装有轴承（6），轴承（6）的内端面安装有能产生预压力的碟形弹簧（5）。
4.根据权利要求3所述的振动圈内置的中空式超声电机，其特征是所述的转子（1）位于定子座（7）中尾端上旋装有防止衬套（8）松动的防松螺母。
5.根据权利要求1所述的振动圈内置的中空式超声电机，其特征是衬套（8）与轴承（6）之间为过盈配合，以弥补标准轴承内径以5mm阶梯变化引起中空电机中心孔尺寸无法连续变化的困难。
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