CN208369491U - 一种串联结构超声电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种串联结构超声电机，包括壳体、贯穿壳体的输出轴、安装在壳体上的销轴、安装在壳体前端的前端盖、安装在壳体后端的后端盖和设置在后端盖处用于对末端转子施加预压力的施压装置，还包括至少一个设置在壳体内部且与壳体间隙配合的活动腹板组件，在活动腹板组件一侧或者两侧设置同样套设在输出轴上的转子组件；活动腹板组件包括定子组件，其通过螺钉固定在活动腹板上；本实用新型比现有的双定子‑单转子、双定子‑双转子行波超声电机技术更简单，不仅调节预压力方便，还可以通过串联的方式串联多个定转子实现大功率/大转矩输出；同时转矩体积比更大，扩展了超声电机在小空间大功率场合的应用。

Description

一种串联结构超声电机

技术领域

本实用新型涉及一种串联结构超声电机，属于超声电机技术领域。

背景技术

行波超声电机最早起源于日本，是一种新型的微特电机，其工作原理是利用压电陶瓷片的逆压电效应，激发弹性体定子在超声频域内的微幅振动，并通过定转子之间的摩擦作用将微幅振动转换成转子的宏观旋转运动，输出功率，驱动负载。

行波超声电机因受到压电陶瓷片和定子自身的固有模态的限制，使得它的最大输出功率、最大转矩、最大速度均受到限制。对于要求电机结构尺寸小但输出功率大的场合，单定转子行波超声电机无法满足要求，因此，多个定转子的超声电机应运而生。目前行波超声电机有两种较为典型的结构组合方案：

(1)双定子-单转子行波超声电机

两个定子具有完全相同的结构，对称布置在转子的两侧，两定子共同驱动一个转子，最后通过轴输出转矩。

图1是文献《一种旋转式超声电机》(对应实用新型专利，公开号CN1909355A)所提出的电机结构方案，两个定子由压电陶瓷片金属弹性体（薄圆台）粘接组成，中间环状转子套于定子外面，定转子由碟形弹簧、螺母与螺栓连接，旋转螺母即可施加轴向预压力。根据受力分析我们知道，该结构中的环状转子受到两侧定子施加的预压力等大反向，互相抵消，不会发生弯曲变形，又由于两侧定子的刚性较大，也不容易发生变形，因此定转子之间的接触状态更趋于刚性接触，不利于发挥定子的振动性能，一定程度上降低了电机的输出转矩和机械效率。

文献《A new method of improving the torque of a travelling waveultrasonic motor》(Proceedings of the 1999 IEEE/ASME International Conferenceon Advanced Intelligent Mechatronics September 19为23.1999 Atlanta, USA)所提出的电机结构与图1类似，不同的是其柔性转子与轴一体，同时定子也采用柔性腹板结构，且两定子对称布置在转子的两侧，并由螺钉（销钉）穿过碟形弹簧与基座固定（限制定子在周向方向的自由度），电机通过碟形弹簧挤压定子，定子发生弯曲变形压在转子上，从而达到施加预压力的目的。该结构组合方案相比较文献《一种旋转式超声电机》提出的结构在一定程度上改善定转子间的表面接触状态，但同时也带来了另外一个致命的问题：两侧施加的预压力不一致时，预压力大的一侧会把柔性转子往另外一侧挤压，导致柔性转子偏离原来的位置，进而恶化定转子表面接触状态，影响电机输出性能。同时，由于该定子的振动边界条件比较复杂，存在振动模态混叠的问题，增加了电机在设计、加工、制作、调试过程中的难度，电机实用性不是很好。

(2)双定子-双转子行波超声电机

在相同尺寸结构的两组定转子中，一个定子与一个转子构成一组驱动源，另一个定子与另一个转子构成另一组驱动源，两组驱动源通过与两个转子连接的轴输出转矩。

图2是Naofumi Fujie、 Yasuo Kuwabara等人（实用新型专利，公开号US4937488A)所提出的三种电机结构示意图之一，两个定子具有完全相同的结构，均固定在一个中间支撑板上，两转子分别压在两侧的定子齿面上。该电机结构是利用两侧的电机盖挤压推力球轴承、调整垫片、垫片和碟形弹簧施加预压力，通过改变调整垫片的厚度可以调整预压力大小。该专利中提到的第二种结构也是利用两侧的电机盖挤压推力球轴承、调整垫片、垫片和碟形弹簧施加预压力，不同的是电机外壳具有螺纹，通过旋转电机外壳调整预压力大小。该专利中提到的第三种结构是利用两侧电机盖上带螺纹的调整螺钉挤压推力球轴承、调整垫片、垫片和碟形弹簧施加预压力，通过旋转调整螺钉调整预压力大小。该专利中提到的三种结构电机虽然都是将定子对称固定在中间支撑板上，但实质上就是将两个单定转子电机的定子安装基座拼在了一起，只是把两个单定转子电机的定子基座合并成一个中间支撑板了。这种结构的电机虽然很好的保留了单定转子电机的特性，但是其结构仍较为复杂，需要分别对两侧的定转子施加预压力，很难保证两侧定转子之间的预压力大小的一致性，仍会影响电机整体的输出性能。

文献《大转矩行波型超声电机的研制》(中国电机工程学报，2002年8月，P67～P70)中的提到的电机结构实际上与实用新型专利（公开号US4937488A)中描述的电机结构类似，不同的地方是少了两侧的电机外壳和相应的推力球轴承，简化了电机的结构，同时电机的定转子结构和固定方式有所不同。该电机结构也是分别对两侧的定转子施加预压力，其不足之处正如文献中所述“由于2个振子很难做得完全一样，加在2个转子上的压力也不可能完全相同，此外还有驱动频率变化等不利因素，因此2个振子实际上不可能同时输出其最大转矩”，实验结果为“由于双振子电机的运行不稳定，样机性能并不理想，无法测出其实验曲线，还有待于进一步探讨”。

类似的，文献《行波型超声电机的若干关键问题研究》(浙江大学博士学位论文，2006年，P107～P108)中提到的一种电机结构也存在同样的问题，正如其文中所述“理想情况下，在同样的驱动条件下，该电机的输出力矩是单定子单转子电机输出力矩的两倍，但是由于加工误差、电机材料以及制作工艺很难保证两个电机性能完全一致，特别是电机谐振频率很难达到一致，因此，实际制作的电机输出力矩并非是两个电机力矩的线性叠加。同时，这种电机结构比较复杂，增加了加工和制作调试的难度”。

图3是实用新型专利（公开号CN101702592A、CN101702592B)中所提出的一种新的双定转子阶梯轴结构盘状行波超声电机。该方案将两组定转子设置于电机的外部固定结构和内部支撑结构之间，其中，两转子固定在输出轴的轴环上，两定子分别固定在两侧的定子基座上。转子与轴环固定面之间设有调整垫片，通过改变调整垫片的厚度进行调节预压力大小。该电机结构保留了现有的单定转子超声电机的诸多优点，结构较为简单，对外部负载的抗干扰能力有所改善，但是也存在诸多不足之处：在电机的调试过程中，每改变一次预压力都必须拆装一次定转子，增加了电机调试难度，同样，两侧施加的预压力大小的一致性很难保证。根据其相关文献《行波型旋转超声电机两种组合方式的实验研究》（中国机械工程第22卷第1期84~87页）样机实验结果，最大输出功率10.2W，最大堵转转矩为1.8Nm，是单定转子电机的1.8倍左右，这种结构方案的电机仍很难满足一些较大功率和转矩的场合。

行波超声电机由于受到压电元件、弹性体自身固有频率以及摩擦界面等多方面的因素限制，单个定转子行波超声电机很难做到大转矩、大功率输出；因此很多学者尝试过单定子为双转子、双定子为单转子以及双定转子等方案，但是，按其最理想的情况来说，电机的输出转矩也就是原来单个定转子时的2倍；不妨以日本新生工业公司（ShinseiCorporation）的USR60超声电机为例，其最大转矩为1Nm，若采用上述的结构方案，按其最理想的情况来说，电机的输出转矩也就2Nm；超声电机在较大转矩、大功率方面的应用几乎仍是空白。

实用新型内容

本实用新型提供一种串联结构超声电机，比现有的双定子-单转子、双定子-双转子行波超声电机技术更简单，不仅调节预压力方便，还可以通过串联的方式串联多个定转子实现大功率/大转矩输出。转矩体积比更大，扩展了超声电机在小空间大功率场合的应用。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种串联结构超声电机，包括壳体、贯穿壳体的输出轴、安装在壳体上的销轴、安装在壳体前端的前端盖、安装在壳体后端的后端盖和设置在后端盖处用于对末端转子施加预压力的施压装置，还包括至少一个设置在壳体内部且与壳体间隙配合的活动腹板组件，在活动腹板组件一侧或者两侧设置同样套设在输出轴上的转子组件；

前述的活动腹板组件包括定子组件，其通过螺钉固定在活动腹板上；

前述的定子组件包括定子、压电陶瓷片和柔性印制板；

前述的转子组件包括转子、减振橡胶和摩擦材料；

作为本实用新型的进一步优选，前述的转子中间开设方孔，其通过方孔串联在输出轴上，且两两相邻的转子组件采用背靠背的方式安装，同时转子组件之间设置第二垫片隔离；

作为本实用新型的进一步优选，在活动腹板的周向圆柱面上开设半圆状的凹槽，壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的销轴；

作为本实用新型的进一步优选，活动腹板的周向圆柱面上开设方槽，与之对应的壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的键条；

作为本实用新型的进一步优选，前述的定子组件包括定子、压电陶瓷和柔性印制板，，其柔性印制板出线端穿出活动腹板并粘贴固定在活动腹板周向圆柱面上用于出线的凹槽内；在后端盖上设置PCB板，柔性印制板通过PCB板集成后引出；

作为本实用新型的进一步优选，前述的施压装置包括可旋转的预压力调节零件、第一垫片和双碟自锁垫片，后端盖上的轴承安装在预压力调节零件上，轴承的内圈压在第一垫片上，第一垫片压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，从而达到施加预压力的目的；

作为本实用新型的进一步优选，前述的施压装置包括圆螺母和双碟自锁垫片，在输出轴的端头靠近后端盖部分套设圆螺母，且输出轴上设置与圆螺母匹配的螺纹，圆螺母压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，旋转圆螺母，达到施加和调节预压力的目的；前述转子组件、定子组件、活动腹板、输出轴、第二垫片、双碟自锁垫片和圆螺母形成动定子组件；后端盖上的轴承内圈端面与输出轴上的轴肩接触，通过控制轴承内圈端面与输出轴上轴肩的间隙限制输出轴在轴向方向的蹿动；

作为本实用新型的进一步优选，前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的四角圆弧与安装在后端盖上的轴承匹配；

作为本实用新型的进一步优选，前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的末端设置与圆螺母匹配的螺纹；

活动腹板的周向与壳体之间的间隙填充导热硅脂或导热硅胶。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型保留了现有单定转子超声电机的诸多优点，并将定子独立出来与活动腹板构成一个独立的组件，可以根据输出转矩的需求串联相应数量的定转子组件，增加了电机的使用灵活性；

本实用新型只需对末端的转子或活动腹板施加预压力，就能完成对所有的定子和转子施加预压力，且所有的定子和转子之间的预压力大小一致性较好，比现有的单定子-双转子、双定子-双转子行波超声电机技术更简单；

本实用新型理论上可通过串联的方式将单定转子行波超声电机的输出转矩提高1倍、2倍、3倍、……、n倍（与串联的定转子的组数有关），扩展了超声电机在小空间大转矩场合的应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是张铁民在实用新型名称为：一种旋转式超声电机，公开号为CN1909355A所提出的电机结构方案示意图；

其中：1A为紧固螺母，2A为蝶形弹簧，3A为上圆盘型压电陶瓷片，4A为上薄圆台金属弹性体，5A为圆环型转子，6A为下薄圆台金属弹性体，7A为下圆盘型压电陶瓷片，8A为紧固螺栓；

图2是Naofumi Fujie、 Yasuo Kuwabara等人在公开号为US4937488A的实用新型专利中所提出电机结构结构示意图；

其中：21为壳体，21a为外壳，21a₁为法兰耳片，21b为内壳体，21b₁为法兰耳片，21c为壳体基座，21c₁为法兰耳片，22为输出轴，23a为推力球轴承，23b为推力球轴承，23c为推力球轴承，30a为第一定子组件，31a为第一定子，32a为压电陶瓷片，30b为第一定子组件，31b为第一定子，32b为压电陶瓷片，40a为第一转子，41a为环形摩擦片，42a为橡胶垫，43a为碟型弹簧，40b为第一转子，41b为环形摩擦片，42b为橡胶垫，43b为碟型弹簧，50a为外垫片，50b为外垫片；

图3是赵淳生、尹育聪、姚志远、陈超和芦丹等人在公开号为CN101702592A、CN101702592B的实用新型专利中提出的双定转子阶梯轴结构盘状行波超声电机示意图；

其中：54为阶梯轴，55为下止推轴承，56为下定子基座，57为第一压电陶瓷片，58为第一振动体，59为第一转子，60为桶状外壳，61为第二转子，62为第二定子振动体，63为上定子基座，65为上止推轴承；

图4是本实用新型所示的一种串联结构超声电机中第一种实施例的结构示意图；

其中：1为前端盖，2a为轴承，3为输出轴，4a为转子组件，4a₁为减振橡胶，4a₂为转子，4a₃为摩擦材料，4b为转子组件，4b₁为减振橡胶、4b₂为转子、4b₃为摩擦材料，4c为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，4d为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，5a为活动腹板组件，5a₁为定子组件，5a₁₁为定子，5a₁₂为压电陶瓷片，5a₁₃为柔性印制板，5a₂为活动腹板，5a₃为定子组件，5a₃₁为定子，5a₃₂为压电陶瓷片，5a₃₃为柔性印制板，5b为活动腹板组件，5b₁为定子组件，5b₁₁为定子，5b₁₂为压电陶瓷片，5b₁₃为柔性印制板，5b₂为活动腹板，5b₃为定子组件，5b₃₁为定子，5b₃₂为压电陶瓷片，5b₃₃为柔性印制板，6为出线接口，7为PCB板，8为后端盖，9a为销轴，9b为销轴，9c为销轴，9d为销轴，10a为第一垫片，10b为第二垫片，11为双碟自锁垫片，12为预压力调节零件，13为壳体；

图5是本实用新型所示的一种串联结构超声电机中第一种实施例的结构爆炸示意图；

图6a是本实用新型所示的一种串联结构超声电机的输出轴的结构示意图；

图6b是本实用新型所示的一种串联结构超声电机的转子的结构示意图；

图7a是本实用新型所示的一种串联结构超声电机的活动腹板组件结构及其柔性印制板出线的示意图；

图7b是本实用新型所示的一种串联结构超声电机的定子、压电陶瓷片、柔性印制板粘结示意图；

图8是本实用新型所示的一种串联结构超声电机整机出线示意图；

其中：5a₁为第一组定子组件，5a₃为第二组定子组件，5b₁为第三组定子组件，5b₃为第四组定子组件，5a为活动腹板组件，5b为活动腹板组件；

图9是本实用新型所示的一种串联结构超声电机中第二种实施例的结构示意图；

其中：1为前端盖，2a为轴承，3为输出轴，4a为转子组件，4a₁为减振橡胶，4a₂为转子，4a₃为摩擦材料，4b为转子组件，4b₁为减振橡胶，4b₂为转子，4b₃为摩擦材料，4c为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，4d为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，5a为活动腹板组件，5a₁为定子组件，5a₁₁为定子，5a₁₂为压电陶瓷片，5a₁₃为柔性印制板，5a₂为活动腹板，5a₃为定子组件，5a₃₁为定子，5a₃₂为压电陶瓷片，5a₃₃为柔性印制板，5b为活动腹板组件，5b₁为定子组件，5b₁₁为定子，5b₁₂为压电陶瓷片，5b₁₃为柔性印制板，5b₂为活动腹板，5b₃为定子组件，5b₃₁为定子，5b₃₂为压电陶瓷片，5b₃₃为柔性印制板，6为出线接口，7为PCB板，8为后端盖，9a为销轴，9b为销轴，9c为销轴，9d为销轴，10b为第二垫片，11为双碟自锁垫片，13为壳体，14为圆螺母；

图10是本实用新型所示的一种串联结构超声电机中第二种实施例中所有定子组件、转子组件、活动腹板、输出轴、第二垫片、双碟自锁垫片、圆螺母组成的动定子组件示意图；

图11a是本实用新型所示的一种串联结构超声电机串联奇数组动定子时末端活动腹板简化结构示意图（图中以3组动定子结构为例）；

图11b是本实用新型所示的一种串联结构超声电机串联奇数组动定子时的整机示意图（图中以3组动定子结构为例）。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图4所示，一种串联结构超声电机，包括壳体、贯穿壳体的输出轴、安装在壳体上的销轴、安装在壳体前端的前端盖、安装在壳体后端的后端盖和设置在后端盖处用于对末端转子施加预压力的施压装置，还包括至少一个设置在壳体内部且与壳体间隙配合的活动腹板组件，在活动腹板组件一侧或者两侧设置同样套设在输出轴上的转子组件；

前述的活动腹板组件包括定子组件，其通过螺钉固定在活动腹板上；

前述的定子组件包括定子、压电陶瓷片和柔性印制板；

前述的转子组件包括转子、减振橡胶和摩擦材料；

作为本实用新型的进一步优选，前述的转子中间开设方孔，其通过方孔串联在输出轴上，且两两相邻的转子组件采用背靠背的方式安装，同时转子组件之间设置第二垫片隔离；

作为本实用新型的进一步优选，在活动腹板的周向圆柱面上开设半圆状的凹槽，壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的销轴；

作为本实用新型的进一步优选，活动腹板的周向圆柱面上的半圆状的凹槽可以是方槽，或其他变异但具有相同作用的结构，与之对应的壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的键条或其他具有相同作用的部件；

作为本实用新型的进一步优选，前述的定子组件包括定子、压电陶瓷和柔性印制板，，其柔性印制板出线端穿出活动腹板并粘贴固定在活动腹板周向圆柱面上用于出线的凹槽内；在后端盖上设置PCB板，柔性印制板通过PCB板集成后引出；

图4所示，作为本实用新型的进一步优选，前述的施压装置包括可旋转的预压力调节零件、第一垫片和双碟自锁垫片，后端盖上的轴承安装在预压力调节零件上，轴承的内圈压在第一垫片上，第一垫片压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，从而达到施加预压力的目的；

图9所示，作为本实用新型的进一步优选，前述的施压装置包括圆螺母和双碟自锁垫片，在输出轴的端头靠近后端盖部分套设圆螺母，且输出轴上设置与圆螺母匹配的螺纹，圆螺母压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，旋转圆螺母，达到施加和调节预压力的目的；前述转子组件、定子组件、活动腹板、输出轴、第二垫片、双碟自锁垫片和圆螺母形成动定子组件；后端盖上的轴承内圈端面与输出轴上的轴肩接触，通过控制轴承内圈端面与输出轴上轴肩的间隙限制输出轴在轴向方向的蹿动；

图4所示，作为本实用新型的进一步优选，前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的四角圆弧与安装在后端盖上的轴承匹配；

图9所示，作为本实用新型的进一步优选，前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的末端设置与圆螺母匹配的螺纹；

活动腹板的周向与壳体之间的间隙填充导热硅脂或导热硅胶。

图9所示，在本实用新型中，将定子组件独立出来，通过螺钉固定在活动腹板上构成活动腹板组件，定子组件上的柔性印制板的引出线通过活动腹板中的通孔穿出并粘贴固定在活动腹板周向圆柱面上用于出线的凹槽内；活动腹板在周向上有类似于半圆状的凹槽，通过安装在壳体上的销轴与活动腹板周向上的圆弧状凹槽配合进行限制活动腹板组件在周向方向的自由度，但活动腹板组件在壳体中可以沿轴向方向自由滑动；这里特别说明的是，在活动腹板的周向圆柱面上开设的半圆状凹槽可以是方槽或其他变异但具有相同作用的结构，与之对应的壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的键条或其他具有相同作用的部件。

在本实用新型中，如图6a所示，输出轴与转子配合处为带圆弧的方柱结构；如图6b所示，输出轴的方柱的四个平面与定子方孔平面间隙配合，转子可以在输出轴上滑动；四个圆弧与后端盖上的轴承间隙配合，轴承受到轴向力作用的时候可在输出轴上滑动。

在本实用新型中，所有转子组件通过方孔以串联的方式串在轴上，其中两两相邻的转子组件采取背靠背的方式安装，且转子组件之间用具有一定厚度的第二垫片隔离；同时，串联的所有转子均保留了已有的单定转子行波超声电机的驱动特征，由于转子在根部是通过方孔与输出轴配合连接的，放开了转子根部在轴向方向上的自由度，转子受压变形后与相应的定子振动体形成了变形匹配，这种变形匹配使定转子在接触振动中始终保持较大的径向接触区域，从而保证了定转子较好的能输出性能，进而保证所有定转子输出转矩拥有较好的叠加效果。

在本实用新型中，所有定子组件上的柔性印制板出线端可以穿出活动腹板并粘贴固定在活动腹板周向圆柱面上用于出线的凹槽内；最后通过后端盖上的PCB板集成后引出，PCB板与出线接口连通，活动腹板组件结构及其柔性印制板出线的示意图如图7a所示。不妨定义所有压电陶瓷片的左半侧为A相，右半侧为B相，压电陶瓷片、柔性印制板和定子的粘结方式如图7b示意图所示，需要注意的是，这里陶瓷片的分区数量根据实际需要设计，并非只有图中一种，视定子的直径大小和定子的波形数量而定。

在本实用新型中，图8所示，同一个腹板组件上的两个背靠背的形式安装的定子组件的压电陶瓷片交叉连接后一起出线，即第一组定子组件A相与第二组定子组件的B相连接，第一组定子组件B相与第二组定子组件的A相连接，以此类推，最后合并成两相（sin信号和cos信号），压电陶瓷片的孤极单独出线；当两相信号相位差为-90°时，可改变电机的旋转方向；特别注意的是，若需用到孤极对陶瓷片进行监测，则所有压电陶瓷片的孤极需要单独出线。

在本实用新型中，第一实施例后端盖上的轴承安装在一个具有螺纹的预压力调节零件上，通过轴承内圈挤压垫片、双碟自锁垫片和末端的转子，完成预压力施加；活动腹板组件、转子组件在轴向方向上都可以滑动，旋转后端盖上的预压力调节零件即可实时调整所有定转子之间的预压力大小。若忽略壳体、壳体上销轴以及输出轴上的摩擦力的影响，则无论是在静态预压力下还是在动态预压力下，定转子之间的预压力都可以自适应调整，理论上（作用力与反作用力等大反向）能保证所有的定子组件与转子组件接触面之间的预压力一致。

在本实用新型中，施加预压力的线系上增加了双碟自锁垫片，可以防止电机运行过程中因振动导致预压力调节零件松动改变预压力状态，一定程度上保证了电机的输出状态；当电机调到合适的预压力下磨合好之后，还可以在预压力调节零件的螺纹处点胶固定防止其松动。

在本实用新型中，当输出轴上串联的定转子组数为偶数（即，2组、4组、6组、……）时，末端与双碟自锁垫片接触的零件为转子，施加的预压力首先压在转子上；如果输出轴上串联的定转子组数为奇数（即，1组、3组、5组、……）时，则末端与双碟自锁垫片接触的零件可以是活动腹板，施加的预压力首先压在活动腹板上，如图11b示意图所示，此时末端的活动腹板可以简化成如图11a所示结构。

众所周知，超声电机在运行过程中，其定转子表面因摩擦会产生大量的热量，热量累积后产生的高温会影响电机的性能，所以必须及时的将热量传递出去。在本实用新型中，转子组件的热量仍通过输出轴传递到前后端盖，热量由前后端盖散发到外界环境中。定子组件的热量通过活动腹板传递给壳体，热量由壳体散发到外界环境。

在本实用新型中，活动腹板设计成具有一定厚度的外圆柱形状，且活动腹板与壳体的配合为间隙配合，安装时在活动腹板的外圆柱面上涂上导热硅脂或导热硅胶；首先外圆柱面能对串联的所有定子组件起到一定的定心的作用；其次是外圆柱面增大了散热面积，借助导热硅脂或导热硅胶可以快速的把定子组件的热量传递给壳体，由壳体将热量散发到外界，保证了定子组件的温度不会过高，进而保证了整个电机的性能。

此外，在本实用新型中，可根据实际输出转矩需求串联其中的1组、2组、3组、……、n组定转子，扩大了电机的使用范围， 当然，实际应用中我们不建议串联定转子超过8组。因为，此时电机轴向尺寸比较大了，相同轴向尺寸的伺服电机已经可以搭配上减速器进行减速增扭满足需求；同时，因为串联的定转子组数比较多，对定转子的一致性要求较高，加大了电机调试难度，降低了电机的可靠性。

在本实用新型中，电机由前端盖法兰盘上的四个孔进行安装与固定，因此，要求前端盖端面与输出轴垂直。

本实用新型的串联结构超声电机根据施加预压力的方式的不同可以有两种结构布置方式，具体如下：

实施例1：第一种电机结构布置方式如图4所示，包括以下技术特征：1为前端盖，2a为轴承，3为输出轴，4a为转子组件，4a₁为减振橡胶，4a₂为转子，4a₃为摩擦材料，4b为转子组件，4b₁为减振橡胶、4b₂为转子、4b₃为摩擦材料，4c为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，4d为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，5a为活动腹板组件，5a₁为定子组件，5a₁₁为定子，5a₁₂为压电陶瓷片，5a₁₃为柔性印制板，5a₂为活动腹板，5a₃为定子组件，5a₃₁为定子，5a₃₂为压电陶瓷片，5a₃₃为柔性印制板，5b为活动腹板组件，5b₁为定子组件，5b₁₁为定子，5b₁₂为压电陶瓷片，5b₁₃为柔性印制板，5b₂为活动腹板，5b₃为定子组件，5b₃₁为定子，5b₃₂为压电陶瓷片，5b₃₃为柔性印制板，6为出线接口，7为PCB板，8为后端盖，9a为销轴，9b为销轴，9c为销轴，9d为销轴，10a为第一垫片，10b为第二垫片，11为双碟自锁垫片，12为预压力调节零件，13为壳体；

后端盖上具有一个带螺纹的预压力调节零件，轴承安装在预压力调节零件上，且轴承与输出轴的配合为间隙配合。通过旋转预压力调节零件挤压轴承，轴承沿输出轴轴向滑动，轴承内圈挤压垫片，垫片挤压双碟自锁垫片，双碟自锁垫片挤压末端的转子，最后完成预压力施加；该结构下，两端的轴承和端盖均受到轴向力作用；因后端盖上的轴承与输出轴的配合为间隙配合，要保证轴承在输出轴上可以自由滑动，会一定程度上存在同轴度问题，导致输出轴晃动，因此该结构方案下需要严格控制输出轴与后端盖上轴承的配合间隙。

实施例2：第二种电机结构布置方式如图9所示，包括以下技术特征：1为前端盖，2a为轴承，3为输出轴，4a为转子组件，4a₁为减振橡胶，4a₂为转子，4a₃为摩擦材料，4b为转子组件，4b₁为减振橡胶，4b₂为转子，4b₃为摩擦材料，4c为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，4d为转子组件，4c₁为减振橡胶，4c₂为转子，4c₃为摩擦材料，5a为活动腹板组件，5a₁为定子组件，5a₁₁为定子，5a₁₂为压电陶瓷片，5a₁₃为柔性印制板，5a₂为活动腹板，5a₃为定子组件，5a₃₁为定子，5a₃₂为压电陶瓷片，5a₃₃为柔性印制板，5b为活动腹板组件，5b₁为定子组件，5b₁₁为定子，5b₁₂为压电陶瓷片，5b₁₃为柔性印制板，5b₂为活动腹板，5b₃为定子组件，5b₃₁为定子，5b₃₂为压电陶瓷片，5b₃₃为柔性印制板，6为出线接口，7为PCB板，8为后端盖，9a为销轴，9b为销轴，9c为销轴，9d为销轴，10b为第二垫片，11为双碟自锁垫片，13为壳体，14为圆螺母；

该结构方案中，输出轴上有螺纹，通过旋转输出轴上的圆螺母挤压双碟自锁垫片，双碟自锁垫片挤压末端的转子，最后完成预压力施加。如图10所示，该结构方案中所有的定子组件、转子组件、活动腹板、输出轴、垫片、双碟自锁垫片、圆螺母可以组成一个大组件，这里暂且将其称为“动定子组件”。预压力施加到位后，可将整个“动定子组件”放入壳体，然后安装两端的端盖完成最后的装配。由于两端的轴承仅仅是起支撑和限制输出轴在轴向方向上蹿动的作用，输出轴的两端轴肩与轴承接触（存在微小间隙），因此该结构方案中的两轴承和两端盖均不受轴向力作用。由于该方案不能实时的调整预压力大小，需要重新调整预压力时必须将后端盖拆下，因此该结构方案需要对“动定子组件”设计一套调试用的工装，“动定子组件”调试完好后进行最后的装配。

因本实用新型的串联结构超声电机可以串联n组动定子，串联的组数越多，电机内产生的热量越多，当电机内部温度过高时，会严重影响电机的输出性能，因此，需要快速的将定子上的热量散出去。为此，本实用新型中的活动腹板的外圆柱除了起导向的作用，还起散热作用。同时，因为活动腹板外圆柱面与壳体为间隙配合，所以，安装活动腹板组件时，在活动腹板的外圆柱面均匀涂上一层导热硅脂或导热硅胶，借助热硅脂或导热硅胶将定子上的热量快速传递到壳体，最后散发到外界环境中。

为保证电机的启动停止的快速响应特性，本实用新型中电机的所有定子上的压电陶瓷片共用一个频率发生模块发出的激励信号；同时，为使电机正常运转，还需要保证所有的定子产生的行波同方向运动，因此需保证所有定子上的压电陶瓷片的两相连接正确。

本实用新型串联结构超声电机壳体的长度根据串联定转子组数情况而定。特别提出的是，当串联的定转子组数为奇数时，末端的活动腹板可以简化成如图11a所示，施加的预压力可以首先施加在活动腹板上，如图11b示意图所示。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种串联结构超声电机，包括壳体、贯穿壳体的输出轴、安装在壳体上的销轴、安装在壳体前端的前端盖、安装在壳体后端的后端盖和设置在后端盖处用于对末端转子施加预压力的施压装置，其特征在于：还包括至少一个设置在壳体内部且与壳体间隙配合的活动腹板组件，在活动腹板组件一侧或者两侧设置同样套设在输出轴上的转子组件；

前述的活动腹板组件包括定子组件，其通过螺钉固定在活动腹板上；

前述的定子组件包括定子、压电陶瓷片和柔性印制板；

前述的转子组件包括转子、减振橡胶和摩擦材料。

2.根据权利要求1所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的转子中间开设方孔，其通过方孔串联在输出轴上，且两两相邻的转子组件采用背靠背的方式安装，同时转子组件之间设置第二垫片隔离。

3.根据权利要求2所述的串联结构超声电机，其特征在于：在活动腹板的周向圆柱面上开设半圆状的凹槽，壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的销轴。

4.根据权利要求2所述的串联结构超声电机，其特征在于：活动腹板的周向圆柱面上开设方槽，与之对应的壳体上设置用于将活动腹板组件限制在沿壳体轴向方向运动的键条。

5.根据权利要求3或4所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的定子组件包括定子、压电陶瓷和柔性印制板，其柔性印制板出线端穿出活动腹板并粘贴固定在活动腹板周向圆柱面上用于出线的凹槽内；在后端盖上设置PCB板，柔性印制板通过PCB板集成后引出。

6.根据权利要求5所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的施压装置包括可旋转的预压力调节零件、第一垫片和双碟自锁垫片，后端盖上的轴承安装在预压力调节零件上，轴承的内圈压在第一垫片上，第一垫片压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，从而达到施加预压力的目的。

7.根据权利要求5所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的施压装置包括圆螺母和双碟自锁垫片，在输出轴的端头靠近后端盖部分套设圆螺母，且输出轴上设置与圆螺母匹配的螺纹，圆螺母压在双碟自锁垫片上，双碟自锁垫片压在末端的转子上，旋转圆螺母，达到施加和调节预压力的目的；前述转子组件、定子组件、活动腹板、输出轴、第二垫片、双碟自锁垫片和圆螺母形成动定子组件；后端盖上的轴承内圈端面与输出轴上的轴肩接触，通过控制轴承内圈端面与输出轴上轴肩的间隙限制输出轴在轴向方向的蹿动。

8.根据权利要求6所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的四角圆弧与安装在后端盖上的轴承匹配。

9.根据权利要求7所述的串联结构超声电机，其特征在于：前述的输出轴与转子组件的接触配合处设置四角带圆弧的方柱结构，其与转子的方孔平面配合，输出轴上方柱结构的末端设置与圆螺母匹配的螺纹；

活动腹板的周向与壳体之间的间隙填充导热硅脂或导热硅胶。