CN107769609B - 一种高精度薄壁中空型行波超声电机 - Google Patents
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Abstract
一种高精度薄壁中空型行波超声电机，它涉及一种超声电机，以解决由于定子径向安装尺寸较大，使整个电机中空部分所占的尺寸较小，及因节约轴承的使用导致电机回转精度不高的问题，它包括空心轴、外壳、转子、定子和底座；转子安装在空心轴上，外壳盖装在底座上，转子的轮缘端面上布置有与定子相接触的摩擦片，定子与底座相邻的端面上铺设有压电陶瓷片，定子为在其外侧面沿周向开槽的折叠结构，定子安装于底座上的定位安装槽内，空心轴布置在外壳和底座上，空心轴能相对外壳和底座转动。本发明作为驱动器。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声电机，具体涉及一种高精度薄壁中空型行波超声电机，属于压电驱动技术领域。
背景技术
超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应将电能转化为机械能的新型驱动器，其定子通常由压电陶瓷和金属弹性体组成，通过给压电陶瓷施加超声频率的交流电压实现定子弹性体中同频机械振动的激励，进而在定子驱动区域内的质点形成具有驱动作用的运动轨迹，通过定子和转子的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。中空型超声电机内部为中空结构，可以放置光学镜片组，在光学精密驱动领域有广泛的应用前景。现有中空型超声电机的定子采用法兰结构与电机底座相连，限制了其内孔尺寸的增大；而环形超声电机定子无法兰结构和梁结构，中孔尺寸大，但其力矩很小。
公开号为CN202696502U，公开日为2013年01月23日，发明创造名称为“中空超声电机”，其定子未采用折叠结构，其中孔尺寸较小；公开号为CN203872083U，公开日为2014年10月08日，发明创造名称为“一种限定定转子接触预压力的中空超声电机”，其定子不具有折叠结构，中孔尺寸难以进一步增大；公开号为CN203193411U，公开日为2013年09月11日，发明创造名称为“定子完全固定的中空式超声电机”，通过挤压的方式将定子固定在定子座上，增大了中孔的尺寸，但该结构只采用一个轴承，不利于电机的高精度驱动，且定子座位于定子内侧，在一定程度上降低了中孔的尺寸。
发明内容
本发明提供一种高精度薄壁中空型行波超声电机，为解决由于定子径向安装尺寸较大，使整个电机中空部分所占的尺寸较小，及因节约轴承的使用导致电机回转精度不高的问题。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：
一种高精度薄壁中空型行波超声电机包括空心轴、外壳、转子、定子和底座；转子安装在空心轴上，外壳盖装在底座上，转子的轮缘端面上布置有与定子相接触的摩擦片，定子与底座相邻的端面上铺设有压电陶瓷片，定子为在其外侧面沿周向开槽的折叠结构，定子安装于底座上的定位安装槽内，空心轴布置在外壳和底座上，空心轴能相对外壳和底座转动。
进一步地，定子为空心阶梯圆柱，小直径柱外侧面沿周向开槽，槽的断面为梯形。
进一步地，槽的一侧面与定子的大直径柱的底面齐平，槽的另一侧面为锥面。
进一步地，一种高精度薄壁中空型行波超声电机还包括两个薄壁角接触轴承；外壳与底座开设的凹槽上分别安装有一个薄壁角接触轴承，空心轴安装在两个薄壁角接触轴承上，空心轴与薄壁角接触轴承之间布置一个预紧力调整垫片。
本发明相比现有技术的有益效果是：本发明设计折叠结构的定子，扩大了超声电机的内孔尺寸和定子的中空部分，定子径向所占的尺寸减小30％-50％，缩减了电机壁的厚度，薄壁的厚度能做到8mm-13mm，同时不降低电机的输出力矩，折叠结构的定子安装在底座的定位安装槽中，采用螺栓与底座连接，并在定子上加工有锥面，减小应力集中；转子与空心轴可以通过螺钉连接，也可以做成一体；薄壁角接触轴承下端与空心轴之间设置有预紧力调整垫片用以调整预压力的大小，通过拧紧螺钉将外壳和底座连接在一起并给定子施加预压力，另一个薄壁角接触轴承通过轴承端盖预紧；底座和外壳、转子与空心轴以及定子与底座之间均设置有定位槽，使电机具有较高的回转精度，回转误差小于10μm；采用一对薄壁角接触轴承，有效消除轴系中的游隙，进一步增加电机的驱动精度。驱动性能参数：转速为10-120r/min，堵转力矩大于0.75N·m。本发明具有重要的研究和实用价值。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是折叠结构的定子示意图；
图3是与空心轴分体布置的转子示意图；
图4是空心轴与转子一体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地说明。
参见图1-图3说明，一种高精度薄壁中空型行波超声电机包括空心轴1、外壳2、转子5、定子7和底座9；转子5安装在空心轴1上，外壳2盖装在底座9上，转子5的轮缘端面上布置有与定子7相接触的摩擦片6，定子7与底座9相邻的端面上铺设有压电陶瓷片8，定子7为在其外侧面沿周向开槽的折叠结构，定子7安装于底座9上的定位安装槽内，空心轴1布置在外壳2和底座9上，空心轴1能相对外壳2和底座9转动。
定子采用折叠结构设计，增大了定子的中空部分，定子安装在底座的定位安装槽中，电机具有较高的回转精度。
参见图2说明，定子7为空心阶梯圆柱，小直径柱7-1外侧面沿周向开槽，槽的断面为梯形。如此设置，具有梯形槽折叠结构的定子，在增大定子中空部分，同时也降低了定子的应力。作为一个优选方式，该槽的一侧面与定子7的大直径柱7-2的底面齐平，槽的另一侧面为锥面。如此设计，一方面便于定子加工制造，另一方面也减小了应力集中，使得运行稳定可靠。
参见图2说明，作为进一步优选方式，该锥面与大直径柱7-2的底面之间的夹角β为11°-15°。如此设置，定子加工制造方便，应力集中更小，较佳的角度为13°。
参见图1说明，作为一个可实施方式，一种高精度薄壁中空型行波超声电机还包括两个薄壁角接触轴承3；外壳2与底座9开设的凹槽上分别安装有一个薄壁角接触轴承3，空心轴1安装在两个薄壁角接触轴承3上，空心轴1与薄壁角接触轴承3之间布置一个预紧力调整垫片4。采用一对薄壁角接触轴承，可取用薄壁角接触球轴承，能有效消除轴系中的游隙，提高了电机的运行稳定性，增强了电机的负载能力，增加电机的驱动精度，回转精度达到小于10μm。驱动性能参数：转速为10-120r/min，堵转力矩大于0.75N·m。薄壁角接触轴承通过轴承端盖12用端盖螺钉13连接在底座9上实现预紧。
参见图1说明，在上述实施例的基础上，作为另一个可实施方式，底座9上开设有安装外壳2的定位槽一，外壳2通过螺钉10与底座9连接。空心轴1的两个支耳上开设有布置转子5的定位槽二，转子5通过螺栓安装在所述支耳上。如此设置，底座和外壳、转子与空心轴以及定子与底座之间均设置有定位槽，从而使电机具有较高的回转精度。
参见图4说明，在上述实施例的基础上，空心轴1与转子5制成一体。如此设计，进一步消除装配误差，使用可靠。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
Claims (7)
1.一种高精度薄壁中空型行波超声电机，它包括空心轴(1)、外壳(2)、转子(5)、定子(7)和底座(9)；转子(5)安装在空心轴(1)上，外壳(2)盖装在底座(9)上，转子(5)的轮缘端面上布置有与定子(7)相接触的摩擦片(6)，定子(7)与底座(9)相邻的端面上铺设有压电陶瓷片(8)，其特征在于：定子(7)为在其外侧面沿周向开槽的折叠结构，定子(7)安装于底座(9)上的定位安装槽内，空心轴(1)布置在外壳(2)和底座(9)上，空心轴(1)能相对外壳(2)和底座(9)转动；
定子(7)为空心阶梯圆柱，小直径柱(7-1)外侧面沿周向开槽，槽的断面为梯形。
2.根据权利要求1所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：所述槽的一侧面与定子(7)的大直径柱(7-2)的底面齐平，槽的另一侧面为锥面。
3.根据权利要求2所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：锥面与大直径柱(7-2)的底面之间的夹角(β)为11°-15°。
4.根据权利要求1、2或3所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：它还包括两个薄壁角接触轴承(3)；外壳(2)与底座(9)开设的凹槽上分别安装有一个薄壁角接触轴承(3)，空心轴(1)安装在两个薄壁角接触轴承(3)上，空心轴(1)与薄壁角接触轴承(3)之间布置一个预紧力调整垫片(4)。
5.根据权利要求4所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：底座(9)上开设有安装外壳(2)的定位槽一，外壳(2)通过螺钉(10)与底座(9)连接。
6.根据权利要求1、2、3或5所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：空心轴(1)的两个支耳上开设有布置转子(5)的定位槽二，转子(5)通过螺栓安装在所述支耳上。
7.根据权利要求1、2、3或5所述一种高精度薄壁中空型行波超声电机，其特征在于：空心轴(1)与转子(5)制成一体。
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