CN103095174A - 中空环形行波超声波电机 - Google Patents

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胡敏强
蒋春容
金龙
徐志科
陆旦宏
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Abstract

本发明公开了一种中空环形行波超声波电机，包括底座、外壳、转子、定子和压电陶瓷片，所述底座、外壳、转子和定子均为中空环形结构，所述定子设置在所述底座的外侧，所述定子的底部粘贴有所述压电陶瓷片，所述转子设置在所述定子上，所述外壳的底部连接所述底座的底部，所述转子相对所述外壳转动。本发明的中空环形行波超声波电机不需要通过转轴输出力矩，结构更简单紧凑，中空部分可以被充分利用。

Description

中空环形行波超声波电机
技术领域
本发明属于超声波电机制造领域，涉及一种中空环形行波超声波电机。
背景技术
超声波电机采用了与传统电磁电机完全不同的驱动原理，不需要使用线圈，利用压电陶瓷的逆压电效应激发定子的超声振动，并通过定转子间的摩擦耦合输出转矩。因此，超声波电机相比电磁电机具有动态响应快、低速大转矩、断电自锁、电磁兼容性好等优点，在非连续运动领域、精密控制领域、智能机器人等场合具有广阔的应用前景。
环形行波超声波电机是应用最为广泛的超声波电机。目前的环形行波超声波电机，利用定子的弯曲振动模态，在定子环上激励出超声振动，在定子环内侧通过较薄的支撑板将定子固定住，定转子间的接触在外圈，转子与中间的转轴相连以输出转矩。整个电机的外形接近于一扁形的实心圆筒，一根转轴从圆筒中间穿过。环形行波超声波电机产生驱动力的位置在圆环上，圆环内侧的空间被转轴和支撑板占用，使环形行波超声波电机在需要中空结构的旋转平台等领域的应用受到限制。
因此，需要一种新的环形行波超声波电机以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中环形行波超声波电机的缺陷，提供一种中空环形行波超声波电机。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的中空环形行波超声波电机采用如下技术方案：
一种中空环形行波超声波电机，包括底座、外壳、转子、定子和压电陶瓷片，所述底座、外壳、转子和定子均为中空环形结构，所述定子设置在所述底座的外侧，所述定子的底部粘贴有所述压电陶瓷片，所述转子设置在所述定子上，所述外壳的底部连接所述底座的底部，所述转子相对所述外壳转动。
更进一步的，还包括第一弹性垫片，所述第一弹性垫片设置在所述压电陶瓷片的底部。第一弹性垫片起到协助预压力调整的作用，同时也起到隔振的作用，还起到保护压电陶瓷片的作用。
更进一步的，还包括轴承件，所述轴承件连接所述转子和所述外壳。 
更进一步的，还包括第二弹性垫片，所述轴承件和所述转子之间设置有所述第二弹性垫片。第二弹性垫片起到协助预压力调整的作用，同时也起到隔振的作用。
更进一步的，所述外壳通过紧固螺栓连接所述底座。通过调节紧固螺钉的松紧可以调整定子和转子之间的接触预压力。
更进一步的，所述底座的上端设置有止动螺栓。以阻止定子的周向运动。
更进一步的，所述定子沿周向均匀设置有齿，所述转子设置在所述定子带齿的面上。
更进一步的，所述转子的下部设置有法兰盘形弹簧结构，所述转子通过所述法兰盘形弹簧结构连接所述定子。通过转子的法兰盘形弹簧结构，定子和转子之间的接触表面不需要粘接摩擦材料，免去了摩擦材料的粘接，保证了定子和转子间适当的接触变形，延长了电机的寿命。
有益效果：本发明的中空环形行波超声波电机不需要通过转轴输出力矩，结构更简单紧凑，中空部分可以被充分利用。
附图说明
图1 是本发明的中空环形行波超声波电机的结构示意图；
图2 是环状定子的俯视图；
图3 是环状定子的A-A向剖视图；
图4 是环状转子轴向剖视图；
图5 是压电陶瓷分区极化图。
图中：1、底座，2、外壳，3、轴承件，4、转子，5、定子，6、压电陶瓷，7、第一弹性垫片，7’、第二弹性垫片，8、紧固螺钉，9、止动螺钉，10、法兰盘形弹簧结构。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
请参阅图1、图2、图3和图4所示，本发明的中空环形行波超声波电机，包括底座1、外壳2、转子4、定子5和压电陶瓷片6，底座1、外壳2、转子4和定子5均为中空环形结构。定子5设置在底座1的外侧，定子5的底部粘贴有压电陶瓷片6。还包括第一弹性垫片7，第一弹性垫片7设置在压电陶瓷片6的底部。第一弹性垫片7起到协助预压力调整的作用，同时也起到隔振的作用，还起到保护压电陶瓷片的作用。转子4设置在定子5上，其中，定子5沿周向均匀设置有齿，转子4设置在定子5带齿的面上。外壳2的底部连接底座1的底部。其中，外壳2与底座1之间通过沿周向均匀分布的紧固螺钉8相连接，通过调节紧固螺钉8的松紧可以调整定子5和转子4之间的接触预压力。其中，本发明中紧固螺栓8的数量为三个。
转子4相对外壳2转动。还包括轴承件3，轴承件3设置在转子4和外壳2之间，用于连接转子4和外壳2。轴承件3采用角接触球轴承，能同时承受径向和单向轴向载荷，轴承件3的外圈与外壳2接触，轴承件3的内圈与转子4和第二弹性垫片7’接触，使转子4能够作自由的周向旋转运动。还包括第二弹性垫片7’，轴承件3和转子4之间设置有第二弹性垫片7’。第二弹性垫片7’起到协助预压力调整的作用，同时也起到隔振的作用。底座1的上端设置有止动螺栓9，以阻止定子的周向运动，本发明中止动螺栓的数量为3个，并沿底座1的周向均匀设置。转子4的下部设置有法兰盘形弹簧结构10，转子4通过法兰盘形弹簧结构10连接定子5。通过转子的法兰盘形弹簧结构，定子和转子之间的接触表面不需要粘接摩擦材料，免去了摩擦材料的粘接，保证了定子和转子间适当的接触变形，以减少转子转动时带来的摩擦损耗，延长了电机的寿命。
外壳2一侧设置有缺口，用于引出控制线，使得输入特定的电信号后，定子5能够按照预定的方式振动并带动转子4旋转。
图2和图3为本发明的定子5的结构示意图，定子5的轴向截面为梯形，沿定子的周向均匀分布有63个齿。
图4为本发明的转子4的结构示意图，转子4的下部设置有法兰盘形弹簧结构10。
图5所示为压电陶瓷环6的分区极化图，采用PZT8 压电陶瓷，图中“+”和“-”代表极化方向。
本发明的中空环形行波超声波电机不需要通过转轴输出力矩，结构更简单紧凑，中空部分可以被充分利用。

Claims (9)

1.一种中空环形行波超声波电机，包括底座（1）、外壳（2）、转子（4）、定子（5）和压电陶瓷片（6），其特征在于：所述底座（1）、外壳（2）、转子（4）和定子（5）均为中空环形结构，所述定子（5）设置在所述底座（1）的外侧，所述定子（5）的底部粘贴有所述压电陶瓷片（6），所述转子（4）设置在所述定子（5）上，所述外壳（2）的底部连接所述底座（1）的底部，所述转子（4）相对所述外壳（2）转动。
2.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，还包括第一弹性垫片（7），所述第一弹性垫片（7）设置在所述压电陶瓷片（6）的底部。
3.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，还包括轴承件（3），所述轴承件（3）连接所述转子（4）和所述外壳（2）。
4.如权利要求3所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，还包括第二弹性垫片（7’），所述轴承件（3）和所述转子（4）之间设置有所述第二弹性垫片（7’）。
5.如权利要求3所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，所述轴承件（3）为角接触球轴承。
6.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，所述底座（1）的上端设置有止动螺栓（9）。
7.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，还包括紧固螺栓（8），所述紧固螺栓（8）连接所述外壳（2）和所述底座（1）。
8.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，所述定子（5）沿周向均匀设置有齿，所述转子（4）设置在所述定子（5）带齿的面上。
9.如权利要求1所述的中空环形行波超声波电机，其特征在于，所述转子（4）的下部设置有法兰盘形弹簧结构（10），所述转子（4）通过所述法兰盘形弹簧结构（10）连接所述定子（5）。
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