CN209896942U - 一种球型转子多自由度压电驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种球型转子多自由度压电驱动器，包括基座、球形转子、支撑架、预压力调整机构、定子支架、三个结构相同的定子。还包括三个结构相同的定子支架，定子支架两两相差120°环形固接在所述支撑架上。定子支架上开有导槽，定子包括导向轴，导向轴沿轴线的剖面为T字型，导向轴周侧设有与导槽适配的引导键，导向轴通过引导键与所述导槽滑动连接。导向轴的前端面设有圆环形弹性体，圆环形弹性体的外圈背面设有压电陶瓷片，弹性体在预压力调整机构施加的预紧力下紧贴球形转子的内壁。本实用新型的提出了一种新的定子连接机构，其结构相较于现有技术更加简单，节省加工和安装工序，并能够提高工作时定子与转子之间的受力均衡性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种球型转子多自由度压电驱动器。
背景技术
超声电机是一种微电机，它利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体在超声频段产生微幅振动，并通过定、转子之间的摩擦将其转换成转子的回转或直线运动的新型电机。因其具有体积小、重量轻、低速大扭矩、噪声小、响应快、定位精度高、无电磁干扰和环境适应性强等优点。
随着高端技术的发展和行业的需求，球形自由度压电驱动器是目前发展前景较好的一种驱动器。然而现有的球形多自由度驱动器的3个环形定子环绕转子外表面，并且每个环形定子都有单独预压力机构和支撑机构，使得整个驱动器尺寸偏大，球转子为开心球转子，内部没有设置任何机构，空间利用率低。同时由于外部结构复杂，定子预压力难以同步均匀受力，从而影响电机的性能参数。
中国发明专利201610475861.4，定子内置型多自由度压电驱动器，包括球转子、三个结构相同的定子机构、输出轴、预紧机构、滚转机构、外壳和底座。三个结构相同的定子机构设置在球转子内，环绕球转子两两相差120°对称分布，预紧机构同时为三个定子机构提供预紧力，使三个定子和转子之间的预紧力均匀一致。同时给3个压电陶瓷片提供一定频率的交流信号时，就会在定子弹性体表面齿端形成行波，在预紧力的作用下，定转子紧密接触，通过定、转子之间的摩擦作用，带动球转子转动，并通过输出轴输出转速和力矩。该定子内置型多自由度压电驱动器结构简单紧凑，空间利用率高，不受电磁干扰，能够在多个自由度上运动。
201610475861.4中，三个定子机构结构相同，其中一个为例介绍其内部结构如图1所示。定子机构包括定子弹性体18、压电陶瓷片19、定子导向轴17、碟形弹簧16、压板15、支撑板14，支撑板14通过两个沉头螺钉与工字型空心圆板9上端固连，压板15设置在支撑板14上且与支撑板14之间为间隙配合，压板15上设置有两个U型块，每个U型块上挖有圆孔，压板15通过销在这两个U型块上与推杆8相连，压板15可相对于推杆8转动；定子导向轴17也设置在支撑板14上且位于压板15前方，定子导向轴17与支撑板14之间也为间隙配合，定子导向轴17和压板15之间设置一对碟形弹簧16，定子导向轴17前端设置定子弹性体18且与定子弹性体18内圈通过4个半沉头螺钉固连，压电陶瓷片19粘贴在定子弹性体18外圈的背面，定子弹性体18的前端为齿端，定子弹性体18通过齿端与球转子12、13接触。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种球型转子多自由度压电驱动器，采用一种新的定子连接机构。
技术方案：一种球型转子多自由度压电驱动器，包括基座、球形转子、支撑架、预压力调整机构、定子支架、三个结构相同的定子；所述支撑架与基座连接，所述预压力调整机构连接所述支撑架；所述三个结构相同的定子在所述预压力调整机构上两两相差120°环形分布，并位于所述球形转子内侧；还包括三个结构相同的定子支架，所述定子支架两两相差120°环形固接在所述支撑架上；所述定子支架上开有导槽，所述定子包括导向轴，所述导向轴沿轴线的剖面为T字型，所述导向轴周侧设有与所述导槽适配的引导键，所述导向轴通过所述引导键与所述导槽滑动连接；所述导向轴的前端面设有圆环形弹性体，所述圆环形弹性体的外圈背面设有压电陶瓷片，所述弹性体在所述预压力调整机构施加的预紧力下紧贴所述球形转子的内壁。
进一步，所述定子支架端部为环形筒结构，在所述环形筒内侧沿圆周均匀设置2～6条所述导槽。
进一步，所述环形筒内壁沿圆周还均匀分布若干弹簧容纳槽，所述弹簧容纳槽内设置螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的一端与所述导向轴的端面背部相接，并处于压缩状态。
进一步，所述预压力调整机构包括调节螺栓、推杆；所述推杆的轴向截面为T型，所述支撑架为中空结构，所述调节螺栓从底部置入所述支撑架的竖直腔体中，并与所述腔体内壁螺纹连接；所述推杆从顶部置入所述支撑架的竖直腔体中，并与腔体内壁间隙配合；所述推杆的端部平面的外缘为切角，所述切角与所述导向轴的后端面平面紧贴。
有益效果：本实用新型的一种球型转子多自由度压电驱动器，提出了一种新的定子连接机构，其结构相较于现有技术更加简单，节省加工和安装工序，并能够提高工作时定子与转子之间的受力均衡性。
附图说明
图1为现有技术定子内置型多自由度压电驱动器的剖视图；
图2为本实用新型一种球型转子多自由度压电驱动器的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。
如图2所示，一种球型转子多自由度压电驱动器，包括基座1、球形转子2、支撑架3、预压力调整机构4、定子支架5、三个结构相同的定子8。支撑架3与基座1连接，预压力调整机构4连接支撑架3。三个结构相同的定子8在预压力调整机构4上两两相差120°环形分布，并位于球形转子2内侧。还包括三个结构相同的定子支架5，定子支架5两两相差120°环形固接在支撑架3上。定子支架5上开有导槽7，定子8包括导向轴6，导向轴6沿轴线的剖面为T字型。导向轴6周侧设有与导槽7适配的引导键，导向轴6通过引导键与导槽7滑动连接。导向轴6的前端面设有圆环形弹性体13，圆环形弹性体13的外圈背面设有压电陶瓷片12，弹性体在所述预压力调整机构4施加的预紧力下紧贴球形转子2的内壁。
其中，基座1中央设有螺孔，T字型空心支撑架3的底端通过螺纹与基座1连接。预压力调整机构4包括调节螺栓10、推杆11。推杆11的轴向截面为T型，支撑架3为中空结构，调节螺栓10从底部置入支撑架3的竖直腔体中，并与腔体内壁螺纹连接。推杆11从顶部置入支撑架3的竖直腔体中，并与腔体内壁间隙配合。推杆11的端部平面的外缘为切角，切角与导向轴6的后端面平面紧贴。导向轴6的后端面为平面，在与支撑架3连接后，其后端面与驱动器的中轴线形成一角度，推杆11的端部平面的外缘的切角斜面与导向轴6的后端面平面角度一致，是两者能够有效贴合，如图2中所示。通过调节螺栓10来调整推杆11的高度，并向整个定子3施加预紧力。
定子支架5端部为环形筒结构，在环形筒内侧沿圆周均匀设置2～6条导槽7。环形筒内壁沿圆周还均匀分布若干弹簧容纳槽，弹簧容纳槽数量可以根据导槽7数量来确定，并设置在各导槽7之间。弹簧容纳槽内设置螺旋弹簧9，螺旋弹簧9的一端与导向轴6的端面背部相接，并处于压缩状态，便于球形转子与定子接触运行时受力更均匀平衡。
压电陶瓷片12在一个驱动信号的作用下，弹性体13只能获得驻波运动，弹性体13和压电陶瓷片12组成的压电体在一定频率交流信号下激发出的面外弯曲模态，当两相同频等幅，相位差90°交流信号同时作用在压电陶瓷片12时，就能在弹性体13上激发出两个幅值相等，在时间和空间上均相差90°的模态响应，这两个模态响应在弹性体13表面叠加形成行波。在预紧力的作用下，弹性体13的齿端外圈和球形转子2紧密接触，在行波定子齿端各个质点的作用下，球形转子2获得了与弹性体13行波前进方向相反的运动，球形转子2围绕弹性体13轴线转动。当三个定子8同时驱动球形转子2时，球形转子2就获得了多自由度运动。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1.一种球型转子多自由度压电驱动器，包括基座(1)、球形转子(2)、支撑架(3)、预压力调整机构(4)、定子支架(5)、三个结构相同的定子(8)；所述支撑架(3)与基座(1)连接，所述预压力调整机构(4)连接所述支撑架(3)；所述三个结构相同的定子(8)在所述预压力调整机构(4)上两两相差120°环形分布，并位于所述球形转子(2)内侧；其特征在于：还包括三个结构相同的定子支架(5)，所述定子支架(5)两两相差120°环形固接在所述支撑架(3)上；所述定子支架(5)上开有导槽(7)，所述定子(8)包括导向轴(6)，所述导向轴(6)沿轴线的剖面为T字型，所述导向轴(6)周侧设有与所述导槽(7)适配的引导键，所述导向轴(6)通过所述引导键与所述导槽(7)滑动连接；所述导向轴(6)的前端面设有圆环形弹性体，所述圆环形弹性体的外圈背面设有压电陶瓷片，所述弹性体在所述预压力调整机构(4)施加的预紧力下紧贴所述球形转子(2)的内壁。
2.根据权利要求1所述的球型转子多自由度压电驱动器，其特征在于：所述定子支架(5)端部为环形筒结构，在所述环形筒内侧沿圆周均匀设置2～6条所述导槽(7)。
3.根据权利要求2所述的球型转子多自由度压电驱动器，其特征在于：所述环形筒内壁沿圆周还均匀分布若干弹簧容纳槽，所述弹簧容纳槽内设置螺旋弹簧(9)，所述螺旋弹簧(9)的一端与所述导向轴(6)的端面背部相接，并处于压缩状态。
4.根据权利要求2或3所述的球型转子多自由度压电驱动器，其特征在于：所述预压力调整机构(4)包括调节螺栓(10)、推杆(11)；所述推杆(11)的轴向截面为T型，所述支撑架(3)为中空结构，所述调节螺栓(10)从底部置入所述支撑架(3)的竖直腔体中，并与所述腔体内壁螺纹连接；所述推杆(11)从顶部置入所述支撑架(3)的竖直腔体中，并与腔体内壁间隙配合；所述推杆(11)的端部平面的外缘为切角，所述切角与所述导向轴(6)的后端面平面紧贴。
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