CN109672361A - 一种并联驱动式单相旋转超声波电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联驱动式单相旋转超声波电机，包括底座、转子及定子，转子通过转轴连接于底座，定子有多个，多个定子以转轴为中心，圆周方向连接于底座；定子包括定子座、弹性体、压电陶瓷及弹性组件，定子座一端连接于底座，另一端通过弹性组件连接弹性体的一端，弹性体的另一端连接于转子，弹性体设有用于连接压电陶瓷的中空部，弹性组件用于使弹性体的端部挤压转子。本发明整体结构简单，通过多个定子并联驱动的方式实现大力矩输出，且只需要单相交流电供电，简化了电机的驱动，并且通过改变供电电源的频率可以实现电机旋转方向的变换，弹性体通过圆弧凹槽连接圆弧形凸起，能够大大增加弹性体对于转子的摩擦力。
Description
技术领域
本发明涉及超声波电机技术领域，具体涉及一种并联驱动式单相旋转超声波电机。
背景技术
超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激发金属弹性体的高频振动，再通过定子和动子之间接触摩擦传动，将弹性体的高频振动转换为动子的宏观旋转或直线运动。超声波电机具有低速大转矩、动态响应快、电磁兼容性好、断电自锁等优点。
目前的超声波电机，输出力矩有限，限制了它的应用。尤其是采用单定子单转子的超声波电机，输出力矩偏小，无法满足大力矩驱动应用场合的要求。转矩是超声波电机重要的性能指标，如何合理设计电机的结构以提高转矩一直是这一领域关注的焦点。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种并联驱动式单相旋转超声波电机，解决了现有技术中旋转超声波电机扭矩不大的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：包括底座、转子及定子，所述转子通过转轴连接于底座，所述定子有多个，多个定子以转轴为中心，圆周方向连接于底座；
所述定子包括定子座、弹性体、压电陶瓷及弹性组件，所述定子座一端连接于底座，另一端通过弹性组件连接弹性体的一端，弹性体的另一端连接于转子，所述弹性体设有用于连接压电陶瓷的中空部，所述弹性组件用于使弹性体的端部挤压转子。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转子的外沿设有圆弧形凸起，所述弹性体与转子相连的一端设有与圆弧形凸起弧度相等的圆弧凹槽，所述圆弧凹槽连接圆弧形凸起。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述弹性组件是扭簧，所述扭簧的一端连接于弹性体，另一端连接于定子座。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述扭簧通过螺栓和弹性垫片连接于定子座。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转轴设有轴肩，所述轴肩的一端连接转子，另一端通过轴承连接于底座。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述底座设有底座凹槽，轴承外圈连接于底座凹槽，轴承内圈连接于转轴，所述底座凹槽的底部还设有薄片圆孔。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述薄片圆孔的直径大于轴承内圈的外径，且小于轴承外圈的内径。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转轴与转子之间的连接关系是过盈配合。
优选的，前述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述定子有三个。
本发明所达到的有益效果：
本发明整体结构简单，通过多个定子并联驱动的方式实现大力矩输出，且只需要单相交流电供电，简化了电机的驱动，并且通过改变供电电源的频率可以实现电机旋转方向的变换。
弹性体通过圆弧凹槽连接圆弧形凸起，能够大大增加弹性体对于转子的摩擦力。
附图说明
图1是本发明的并联驱动式单相旋转超声波电机的结构示意图；
图2是本发明的定子的结构示意图；
图3是本发明的转子、转轴、轴承和底座的安装剖面图；
附图标记的含义：1-压电陶瓷；2-弹性体；3-扭簧；4-螺栓；5-弹性垫片；6-定子座；7-转轴；8-转子；9-底座；10-圆弧凹槽；11-轴承；12-底座凹槽；13-薄片圆孔；71-轴肩；81-圆弧形凸起。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1及图2所示：本实施例公开了一种并联驱动式单相旋转超声波电机，包括底座9、转子8及定子，转子8通过转轴7连接于底座9，定子有多个，多个定子以转轴7为中心，圆周方向连接于底座9，定子包括定子座6、弹性体2、压电陶瓷1及弹性组件，定子座6一端连接于底座9，另一端通过弹性组件连接弹性体2的一端，弹性体2的另一端连接于转子8，弹性体2设有用于连接压电陶瓷1的中空部，弹性组件用于使弹性体2的端部挤压转子8，使弹性体2的端部始终具有向转子8的一个弹性预紧力，该预紧力用于在压电陶瓷1通电后使弹性体2的端部与转子8之间产生摩擦力，继而带动转子8转动。
结合图2及图3：为了进一步增加弹性体2端部与转子8之间的摩擦力，转子8的外沿设有圆弧形凸起81，弹性体2与转子8相连的一端设有与圆弧形凸起81弧度相等的圆弧凹槽10，弹性体2通过圆弧凹槽10连接圆弧形凸起81。
本实施例的弹性组件优选扭簧3，扭簧3的一端连接于弹性体2，另一端优选通过螺栓4和弹性垫片5连接于定子座6。
如图3所示：转轴7设有轴肩71，轴肩71的一端连接转子8，另一端通过轴承11连接于底座9。
具体的：底座9设有底座凹槽12，轴承11外圈连接于底座凹槽12，轴承11内圈连接于转轴7，底座凹槽12的底部还设有薄片圆孔13。薄片圆孔13使底座凹槽12的底部呈中间低，四周高的阶梯型。其作用是用于避免轴承11的内圈或转轴7的端部接触至底座凹槽12的底部，产生摩擦。
薄片圆孔13的直径优选大于轴承11内圈的外径，且小于轴承11外圈的内径。
本实施例转轴7与转子8之间的连接关系优选过盈配合。定子的个数优选有三个。
工作时，给压电陶瓷1通电，激发出压电陶瓷1和弹性体2的高频振动，弹性体2的高频振动带动其末端与转子8相接触的圆弧凹槽10形成椭圆运动。由于圆弧凹槽10与转子8的圆弧形凸起81接触，因此圆弧凹槽10的椭圆运动通过摩擦驱动转子8以转轴7为中心转动。
通过给各定子上的压电陶瓷1施加设定幅值、频率为73kHz-84kHz范围内的单相交流电时，激发出压电陶瓷1和弹性体2的一组振动模态，带动圆弧凹槽10形成一个方向的椭圆运动，驱动转子8向一个方向运动，给各压电陶瓷1施加设定幅值、频率为91kHz-108kHz范围内的单相交流电时，激发出压电陶瓷1和弹性体2的另一组振动模态，带动圆弧凹槽10形成相反方向的椭圆运动，驱动转子8向相反的方向运动。
本发明整体结构简单，通过多个定子并联驱动的方式实现大力矩输出，且只需要单相交流电供电，简化了电机的驱动，并且通过改变供电电源的频率可以实现电机旋转方向的变换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：包括底座（9）、转子（8）及定子，所述转子（8）通过转轴（7）连接于底座（9），所述定子有多个，多个定子以转轴（7）为中心，圆周方向连接于底座（9）；
所述定子包括定子座（6）、弹性体（2）、压电陶瓷（1）及弹性组件，所述定子座（6）一端连接于底座（9），另一端通过弹性组件连接弹性体（2）的一端，弹性体（2）的另一端连接于转子（8），所述弹性体（2）设有用于连接压电陶瓷（1）的中空部，所述弹性组件用于使弹性体（2）的端部挤压转子（8）。
2.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转子（8）的外沿设有圆弧形凸起（81），所述弹性体（2）与转子（8）相连的一端设有与圆弧形凸起（81）弧度相等的圆弧凹槽（10），所述圆弧凹槽（10）连接圆弧形凸起（81）。
3.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述弹性组件是扭簧（3），所述扭簧（3）的一端连接于弹性体（2），另一端连接于定子座（6）。
4.根据权利要求3所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述扭簧（3）通过螺栓（4）和弹性垫片（5）连接于定子座（6）。
5.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转轴（7）设有轴肩（71），所述轴肩（71）的一端连接转子（8），另一端通过轴承（11）连接于底座（9）。
6.根据权利要求5所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述底座（9）设有底座凹槽（12），轴承（11）外圈连接于底座凹槽（12），轴承（11）内圈连接于转轴（7），所述底座凹槽（12）的底部还设有薄片圆孔（13）。
7.根据权利要求6所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述薄片圆孔（13）的直径大于轴承（11）内圈的外径，且小于轴承（11）外圈的内径。
8.根据权利要求1或5所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述转轴（7）与转子（8）之间的连接关系是过盈配合。
9.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相旋转超声波电机，其特征在于：所述定子有三个。
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