CN201418043Y - 一种环形行波型超声波电机 - Google Patents

Abstract

一种环形行波型超声波电机包括一个转轴、两个定子和两个转子，以及安装固定底座和端盖，该电机为上下对称的结构，转轴(11)穿过上部的端盖(8)与下部的底座(5)，其中：在下部的底座(5)内固定有第一定子(3)，在第一定子(3)外侧设有第一摩擦材料(2)，在第一定子(3)内侧设有第一压电陶瓷(4)，第一转子(1)的中间经第一配合垫片(7)固定在转轴(11)上；在上部的端盖(8)内固定有第二定子(3’)，在第二定子(3’)外侧设有第二摩擦材料(2’)，内侧设有第二压电陶瓷(4’)，第二转子(1’)的中间经第二配合垫片(7’)固定在转轴(11)上。

Description

一种环形行波型超声波电机

技术领域

本实用新型是一种环形行波型超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术

超声波电机是一种具有全新驱动原理的电机，与传统电磁电机相比，超声波电机不再使用线圈，采用压电陶瓷逆压电效应和定转子间摩擦耦合来完成电机从电能到转矩输出能量的转换。因此超声波电机相对电磁电机具有响应快、低速大转矩、无输入自锁、不受电磁干扰等优点。

行波型超声波电机利用的是弯曲-弯曲振动模态，定、转子间的接触是局部面接触，定子连续推动转子旋转，大大降低了定、转子接触界面的磨损，传动效率高。但是，由于行波型超声波电机的定、转子之间是局部接触，使得输出转矩较小。

由于环形行波型超声波电机除拥有超声波电机的响应快、低速大转矩、无输入自锁、不受电磁干扰等优点之外，还具有寿命长、传动效率高等优点，所以具有极其广阔的应用前景。但是，它的工作方式是利用定、转子之间的局部接触，让定子连续推动转子旋转，使得它的输出转矩较小。如何在保证环形行波型超声波电机各种优点不受影响的基础上，提高其输出转矩一直是这一领域关注的焦点。

传统的环形行波型超声波电机为了提高其输出转矩，最常用的方法是增加电机的直径和电机的轴向压力。增加电机的直径实际上就是增加了电机的接触面，从而提高了电机的输出转矩。但是，这样一来也就大大增加了电机的体积，一般情况下都不会被采用。加大电机的轴向压力，同样可以提高电机的输出转矩，但是随着轴向压力的增加，电机的摩擦损耗也会相应增加，导致电机的寿命减小。

除以上两种常见方法之外，还有许多通过改变电机结构来实现增加输出转矩的方法。如一种双面齿结构的环形行波型超声波电机，在定子两侧放置两个转子，通过定子与其两侧转子的摩擦提供输出转矩。由于定子的两面都与转子有摩擦接触，从而增加了接触面，提高了电机的输出转矩。但是，在这一结构中，采用的是转子不动，而粘结压电陶瓷的定子旋转方式，因此定子上粘接的压电陶瓷需要通过电刷将驱动电信号引入，大大降低了电机工作的可靠性。另外一种双定子环形行波型超声波电机，采用了两个定子夹一个转子的方式，由定子通过摩擦接触推动转子旋转，由于有两个定子共同推动一个转子，因此将增加电机的输出力矩；但是，两个定子同时推动一个转子，会使得两个定子的振动发生叠加或互相抵消，降低电机的工作效率。还有一种通过柔性连轴器将两个电机连接起来的运行方式，两个电机通过柔性轴连接，共同驱动同一根轴，将增加电机轴上的输出转矩；但是由于两个电机之间使用的是柔性连轴器连接，两个电机的轴将会出现不同心的情况，使得电机的径向振动增大，降低了电机工作的稳定性。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的在于克服以上缺点，提供一种体积小、力矩大、效率高、寿命长、能可靠稳定工作的一种环形行波型超声波电机。本实用新型使用传统行波型超声波电机的驱动电源为两个定子上的压电陶瓷以并联方式提供驱动电压，在不增加电机直径基础上，利用机械零件加工的一致性和优化选择，保证两个定子性能一致，通过同轴的两套定、转子的工作，提高输出转矩的同时保证其寿命、效率、可靠性及稳定性不受影响。

技术方案：本实用新型是一种环形行波型超声波电机，包括一个转轴、两个定子和两个转子，以及安装固定底座和端盖，其特征在于该电机为上下对称的结构，转轴穿过上部的端盖与下部的底座，其中：在下部的底座内固定有第一定子，在第一定子外侧设有第一摩擦材料，在第一定子内侧设有第一压电陶瓷，第一转子的中间经第一配合垫片固定在转轴上；在上部的端盖内固定有第二定子，在第二定子外侧设有第二摩擦材料，内侧设有第二压电陶瓷，第二转子的中间经第二配合垫片固定在转轴上。

所述的第一压电陶瓷、第二压电陶瓷采用同一个电源并联驱动。

所述的转轴由固定在下部的底座上的第一轴承和固定在上部的端盖上的第二轴承将其夹住，提高电机轴向耐振动冲击能力。

有益效果：本实用新型提供的一种一种环形行波型超声波电机即不需要连轴器，也不需要电刷滑环。它消除了由连轴器带来的电机径向滑动，进而减小了电机的振动。它使用共轴、两套独立的定、转子，与标准的环形行波型超声波电机相比，在驱动电源、电机直径、效率、寿命、可靠性和稳定性不变的基础上，体积增加不到20％，输出力矩在理想情况下可提高一倍。

本实用新型的电机通过改变轴的结构，其轴向耐振动冲击能力获得明显提高。

这种电机底座上设置有固定孔，端盖上有出线孔，可以在不影响电机运行的情况下，很方便地将电机固定在待安装位置上，并获得简单快捷的引线连接方式。从底座和端盖上伸出的转轴，使得电机在带动负载的同时，可以快速简单地将转动情况通过传感器输出。

附图说明

图1是本实用新型的装配结构图。

图2是本实用新型的整体结构图。

以下的图中有：第一转子1、第二转子1’、第一摩擦材料2、第二摩擦材料2’、第一定子3、第二定子3’、第一压电陶瓷4、第二压电陶瓷4’、下部的底座5、第一配合垫片7、第二配合垫片7’、上部的端盖8、第一轴承10、第二轴承10’、转轴11、出线孔13、固定孔15；固定螺丝6、9、12、14。

具体实施方式

在电机的轴上有对称设置的相同两套同轴定子和转子。通过机械零件加工的一致性和优化选择的方式来保证定子结构的一致性，从而使用一个传统的驱动电源就实现了此电机的正常工作，并将理想状态下的输出转矩在传统电机的基础上提高了一倍，同时还保证电机的寿命不缩短，可靠性和稳定性不受影响。

该电机由转子，摩擦材料，定子，压电陶瓷，底座，端盖，轴承，轴，配合垫片，固定螺丝，以及出线孔和固定孔组合而成。

定子和轴承由螺丝分别固定在底座和端盖上。其中，压电陶瓷按照一定的规则粘接在定子的圆面上，使定子能在一定的激励下，按要求振动；摩擦材料粘接在与转子相接的定子圆面上，以减少转子转动时带来的摩擦损耗。而且，两套共轴独立的定转子结构，不仅保证了电机的使用寿命不受影响，还使得电机的径向稳定性得到了保证。

转子和轴间用固定螺丝进行装配后，经由轴承从底座和端盖中伸出，将从定、转子摩擦接触获得的转矩输出，底座一端的轴用于带动负载，端盖一端的轴用于直接连接传感器。通过对轴承结构的改变，使之卡在底座和端盖的轴承间。对外加的轴向振动，本电机的转轴并不产生轴向位移，从而提高电机轴向耐振动冲击能力。

利用传统的行波型超声波电机的驱动电源，在不增加电源的前提下，通过并联方式为两个定子上的压电陶瓷提供驱动电压，简化了电机的驱动方式。

本实用新型提出的一种环形行波型超声波电机，由同一个电源以并联方式驱动两套定子，两个转子连接在同一根轴上输出驱动力矩，使得这一电机在驱动电源、直径和寿命不变的基础上，通过略微增加的体积，将输出转矩在理论上提高了一倍。

传统行波型超声波电机的转轴在轴向上不固定，使得其轴向耐振动冲击能力较差，本发明通过对轴及轴承的重新设计，提高了电机的轴向耐振动冲击能力。

本实用新型的转轴设计了两个输出端，一个用于带动负载，另一个用于直接与传感器相连，简化测试方式。在定子与转子接触部分，设计粘接了摩擦材料，以减小彼此间的摩擦损耗，提高电机的使用寿命。采用螺丝进行固定安装，使电机装配简单可靠。

制作的过程具体如下：

两个转子和轴间用固定螺丝安装在一起，构成电机转动的部分。其中，轴上带缺口的一端用作输出转矩带负载，无缺口的一端用作转速测量。为减小定子和转子间的接触摩擦损耗，在定子上与转子相接触的部分粘接摩擦材料；在定子上背离转子的另一圆面上粘贴圆环型压电陶瓷，并引出控制线，使得在电信号输入后，定子能按照预定方式振动，以带动转子旋转，输出转矩。粘接了摩擦材料、压电陶瓷和引出线的两个定子通过固定螺丝分别固定在底座和端盖上。同时，两个轴承也通过固定螺丝分别固定在底座和端盖上。最后，将电机的转动部分放在底座和端盖及两个轴承之间，并用固定螺丝将底座和端盖固定连接在一起。

电机的转轴经由端盖和底座上的轴承与它们配合工作，以减小轴与底座和端盖之间的摩擦。压电陶瓷的引出线由端盖上的出线孔引出，以方便驱动控制信号的输入。电机的底座上设计了固定安装孔，以便电机安装固定。

电机的驱动电源采用传统行波型超声波电机的驱动电源，采用并联方式对两个定子上的压电陶瓷提供驱动电压。

Claims (3)

1、一种环形行波型超声波电机，包括一个转轴、两个定子和两个转子，以及安装固定底座和端盖，其特征在于该电机为上下对称的结构，转轴(11)穿过上部的端盖(8)与下部的底座(5)，其中：在下部的底座(5)内固定有第一定子(3)，在第一定子(3)外侧设有第一摩擦材料(2)，在第一定子(3)内侧设有第一压电陶瓷(4)，第一转子(1)的中间经第一配合垫片(7)固定在转轴(11)上；在上部的端盖(8)内固定有第二定子(3’)，在第二定子(3’)外侧设有第二摩擦材料(2’)，内侧设有第二压电陶瓷(4’)，第二转子(1’)的中间经第二配合垫片(7’)固定在转轴(11)上。

2、根据权利要求1所述的一种环形行波型超声波电机，其特征在于所述的第一压电陶瓷(4)、第二压电陶瓷(4’)采用同一个电源并联驱动。

3、根据权利要求1所述的一种环形行波型超声波电机，其特征在于：所述的转轴(11)由固定在下部的底座(5)上的第一轴承(10)和固定在上部的端盖(8)上的第二轴承(10’)将其夹住，提高电机轴向耐振动冲击能力。

Images