CN113395014A - 一种微型高转速中空超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型高转速中空超声电机，包括底座、上盖、位于底座上的定子以及转子，所述定子上设置有压电陶瓷，所述转子上设置有轴承，所述上盖与底座之间的腔室内设置有为定子和/或转子提供预压力使两者接触配合的预紧组件，所述定子的径向端面上开设有通槽将定子分为内环及外环，外环通过连接组件固定于底座上，转子接近定子的一端凸起形成与内环接触的配合部，所述内环与外环之间沿周向均匀分布有若干倾斜设置的横梁，当压电陶瓷施加一相正弦激励信号后，激发定子外环的径向伸缩模态，进而通过横梁转换成内环的扭转模态；本发明具有加工方便，输出力矩较大，结构紧凑、小型化等优点。

Description

一种微型高转速中空超声电机

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，尤其涉及一种微型高转速中空超声电机。

背景技术

声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，激发定子弹性体振动，进而通过接触摩擦驱动转子（动子）旋转或直线运动的一种新型电机。其中，模态转换型超声电机属于超声电机的一种，多采用夹心式柱状结构，仅需单相激励信号驱动，通过在定子柱状基体开斜槽的方式将纵向的振动模式转变为扭转振动模式。夹心式结构优点是产生力矩大，结构更加紧凑，但缺点也比较明显，斜槽的加工精度要求较高，定子高度较大，安装较为困难。

专利201711346733.0公开的一种外圈输出的中空超声电机，其特点是通过外圈输出，内圈夹持，电机中间无需传动机构，可有效提高输出功的机械效率，但由于是外圈输出，并且属于行波型超声电机，整体机构不够紧凑。

专利CN201711168387.1公开的一种高精度薄壁中空型行波超声电机将转子安装在空心轴上面，通过转子的轮缘端面与定子相接触，从而驱动转子旋转，同样可以实现空心轴的转动，但整体结构不够紧凑，且结构相较复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种微型高转速中空超声电机。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种微型高转速中空超声电机，包括底座、上盖、位于底座上的定子以及转子，所述定子上设置有压电陶瓷，所述转子上设置有轴承，所述上盖与底座之间的腔室内设置有为定子和/或转子提供预压力使两者接触配合的预紧组件，所述定子的径向端面上开设有沿轴向贯穿的通槽将定子分为内环及外环，所述外环通过连接组件固定于底座上，所述转子接近定子的一端凸起形成与内环接触的配合部，所述内环与外环之间沿周向均匀分布有若干倾斜设置的横梁，当压电陶瓷施加一相正弦激励信号后，激发定子外环的径向伸缩模态，进而通过横梁转换成内环的扭转模态。

作为本发明的一种优选技术方案，每个所述横梁与内环外壁相切并延伸至外环内壁。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定子接近转子一端开设有沿轴向向上且逐渐呈缩口设置的内圈锥面，所述配合部为转子沿轴向向上延伸形成的外圈锥面，所述转子的外圈锥面与定子的内圈锥面贴合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内圈锥面的径向尺寸最大端位于外圈锥面上且与转子朝向定子一端表面形成间隙。

作为本发明的一种优选技术方案，所述转子沿轴向延伸形成中空轴且中空轴与转子之间通过外圈锥面过渡，所述定子的内壁与中空轴的外壁形成间隙配合。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定子、轴承、预紧组件依次套设于中空轴上，所述预紧组件包括锁紧螺母及调整垫片，所述中空轴远离转子的一端外周部分设置有外螺纹，通过锁紧螺母与中空轴螺纹连接将定子、轴承、调整垫片依次固定于中空轴上并进行预压力的调节。

作为本发明的一种优选技术方案，所述中空轴与转子沿轴向开设有贯通的连接孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述底座远离上盖一端设置有开口，且底座自开口位置径向向内延伸形成限位凸台，所述定子外圈直径大于或等于限位凸台的内圈直径；所述连接组件包括夹持块及锁紧螺栓，所述定子外周均匀分布有若干夹持块，每个所述夹持块下端面与限位凸台上端面相抵并通过锁紧螺栓固定。

作为本发明的一种优选技术方案，所述转子的外径小于限位凸台的内圈直径。

作为本发明的一种优选技术方案，所述定子的基板材质为钛合金，通过环氧树脂与压电陶瓷相粘贴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.传统的超声电机一般是通过两组陶瓷上施加不同的电信号，同时需要两种振动模式进行耦合，以激发定子所需要的振动模态，从而驱动转子做旋转运动，对其结构设计、压电陶瓷以及驱动控制器的要求相对来说都比较高；相比传统的夹心结构的超声电机，本发明定子的径向端面开设若干横梁，加工难度低，定子厚度可以做小，更利于微型化，当压电陶瓷施加一相正弦激励信号后，激发定子外圈的径向伸缩模态，进而通过四根横梁转换成内圈的扭转模态，对转子施加一定预压力，根据接触摩擦驱动原理驱动转子旋转。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的爆炸图；

图2是本发明具体实施方式的立体图；

图3是本发明具体实施方式的剖视图；

图4是本发明具体实施方式中转子与中空轴的立体图；

图5是本发明具体实施方式中定子的立体图。

附图标记：1、定子；2、转子；3、通槽；4、横梁；5、压电陶瓷；6、轴承；7、预紧组件；8、内圈锥面；9、外圈锥面；10、中空轴；11、锁紧螺母；12、调整垫片；13、外螺纹；14、连接孔；15、开口；16、限位凸台；17、夹持块；18、锁紧螺栓；19、底座；20、上盖；21、内环；22、外环。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图描述本发明的具体实施例。

如图1至5所示的一种微型高转速中空超声电机，包括底座19、上盖20、位于底座19上的定子1以及转子2，所述定子1上设置有压电陶瓷5，所述转子2上设置有轴承6，所述上盖20与底座19之间的腔室内设置有为定子1和/或转子2提供预压力使两者接触配合的预紧组件7，所述定子1的径向端面上开设有沿轴向贯穿的通槽3将定子1分为内环21及外环22，外环22通过连接组件固定于底座19上，转子2接近定子1一端凸起形成与内环21内壁接触的配合部，所述内环21与外环22之间沿周向均匀分布有若干倾斜设置的横梁4，横梁4与定子1的内环21和外环22形成夹角，当压电陶瓷5施加一相正弦激励信号后，激发定子1外环22的径向伸缩模态，进而通过横梁4转换成内环21的扭转模态，每个横梁4与内环21外壁相切并延伸至外环22内壁的方式为优选方案，其中，定子1的基板材质为钛合金，通过环氧树脂与压电陶瓷5相粘贴。

定子1接近转子2一端开设有沿轴向向上且逐渐呈缩口设置的内圈锥面8，所述转子2沿轴向向上设置有外圈锥面9，所述转子2的外圈锥面9与定子1的内圈锥面8贴合，内圈锥面8的径向尺寸最大端位于外圈锥面9上且与转子2朝向定子1一端表面形成间隙，通过内圈锥面8与转子2的外圈锥面9相接触，产生扭转振动，进而驱动转子2旋转。

转子2沿轴向延伸形成中空轴10且中空轴10与转子2之间通过外圈锥面9过渡，所述定子1的内壁与中空轴10的外壁形成间隙配合，采用转子2、中空轴10一体式设计，并省去有关的传动机构，使得电机尺寸较小的同时，能够满足高转速的需求，同时具有性能稳定，输出力矩较大，结构紧凑等优点。

定子1、轴承6、预紧组件7依次套设于中空轴10上，所述预紧组件7包括锁紧螺母11及调整垫片12，所述中空轴10远离转子2的一端外周部分设置有外螺纹13，通过锁紧螺母11与中空轴10螺纹连接将定子1、轴承6、调整垫片12依次固定于中空轴10上并进行预压力的调节，中空轴10与转子2沿轴向开设有贯通的连接孔14作为超声电机的输出连接位置，整体机构较为紧凑，可以弥补微型高转速中空超声电机的空缺，未来的应用前景十分广泛。

底座19远离上盖20一端设置有开口15，且底座19自开口15位置径向向内延伸形成限位凸台16，所述定子1外圈直径大于或等于限位凸台16的内圈直径；

连接组件包括夹持块17及锁紧螺栓18，定子1外周均匀分布有若干夹持块17，每个所述夹持块17下端面与限位凸台16上端面相抵并通过锁紧螺栓18固定，转子2的外径小于限位凸台16的内圈直径。

工作原理：传统的超声电机一般是通过两组陶瓷上施加不同的电信号，同时需要两种振动模式进行耦合，以激发定子所需要的振动模态，从而驱动转子做旋转运动，对其结构设计、压电陶瓷以及驱动控制器的要求相对来说都比较高；相比传统的夹心结构的超声电机，本发明定子1的径向端面开设若干倾斜设置的横梁4，加工难度低，定子1厚度可以做小，更利于微型化，当压电陶瓷施加一相正弦激励信号后，激发定子1外圈的径向伸缩模态，进而通过四根横梁4转换成内圈的扭转模态，对转子2施加一定预压力，根据接触摩擦驱动原理驱动转子2旋转。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之 “上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种微型高转速中空超声电机，包括底座(19)、上盖(20)、位于底座(19)上的定子(1)、压电陶瓷（5）、转子(2)以及轴承(6)，所述定子(1)上粘贴有压电陶瓷(5)，所述转子(2)上设置有轴承(6)，所述上盖(20)与底座(19)之间的腔室内设置有为定子(1)和/或转子(2)提供预压力使两者接触配合的预紧组件(7)，其特征在于：所述定子(1)的径向端面上开设有沿轴向贯穿的通槽(3)将定子(1)分为内环(21)及外环(22)，所述外环(22)通过连接组件固定于底座(19)上，所述转子(2)接近定子(1)的一端凸起形成与内环(21)接触的配合部，所述内环(21)与外环(22)之间沿周向均匀分布有若干倾斜设置的横梁(4)，当压电陶瓷(5)施加一相正弦激励信号后，激发定子(1)外环(22)的径向伸缩模态，进而通过横梁(4)转换成内环(21)的扭转模态。

2.根据权利要求1所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：每个所述横梁(4)与内环(21)外壁相切并延伸至外环(22)内壁。

3.根据权利要求1所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述定子(1)接近转子(2)一端开设有沿轴向向上且逐渐呈缩口设置的内圈锥面(8)，所述配合部为转子(2)沿轴向向上延伸形成的外圈锥面(9)，所述转子(2)的外圈锥面(9)与定子(1)的内圈锥面(8)贴合。

4.根据权利要求3所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述内圈锥面(8)的径向尺寸最大端位于外圈锥面(9)上且与转子(2)朝向定子(1)一端表面形成间隙。

5.根据权利要求3所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述转子(2)沿轴向延伸形成中空轴(10)且中空轴(10)与转子(2)之间通过外圈锥面(9)过渡，所述定子(1)的内壁与中空轴(10)的外壁形成间隙配合。

6.根据权利要求5所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述定子(1)、轴承(6)、预紧组件(7)依次套设于中空轴(10)上，所述预紧组件(7)包括锁紧螺母(11)及调整垫片(12)，所述中空轴(10)远离转子(2)的一端外周部分设置有外螺纹(13)，通过锁紧螺母(11)与中空轴(10)螺纹连接将定子(1)、轴承(6)、调整垫片(12)依次固定于中空轴(10)上并进行预压力的调节。

7.根据权利要求6所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述中空轴(10)与转子(2)沿轴向开设有贯通的连接孔(14)。

8.根据权利要求1所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述底座(19)远离上盖(20)一端设置有开口(15)，且底座(19)自开口(15)位置径向向内延伸形成限位凸台(16)，所述定子(1)外圈直径大于或等于限位凸台(16)的内圈直径；

所述连接组件包括夹持块(17)及锁紧螺栓(18)，所述定子(1)外周均匀分布有若干夹持块(17)，每个所述夹持块(17)下端面与限位凸台(16)上端面相抵并通过锁紧螺栓(18)固定。

9.根据权利要求8所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述转子(2)的外径小于限位凸台(16)的内圈直径。

10.根据权利要求1所述的微型高转速中空超声电机，其特征在于：所述定子(1)的基板材质为钛合金，通过环氧树脂与压电陶瓷(5)相粘贴。

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