一种高输出转矩的超声电机制造技术

本发明专利技术属于超声电机技术领域，具体涉及一种高输出转矩的超声电机，包括：定子组件和转子，其特征在于：定子组件包括：两个相对设置的变幅杆和夹设在两变幅杆之间的多个压电陶瓷片；一螺纹杆依次穿过一个变幅杆、压电陶瓷片和另一个变幅杆，转子与变幅杆的外端面相接触设置，转子安装在转子安装杆上，转子安装杆上还套设有限位螺母以及夹设在转子和限位螺母之间的预压力调节弹簧，变幅杆采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷材料。本发明专利技术的变幅杆的弹性模量高、输出转矩大，易于拆卸和更换部件，并且不需要对变幅杆加工内螺纹，节约成本。

An ultrasonic motor with high output torque

【技术实现步骤摘要】
一种高输出转矩的超声电机
本专利技术属于超声电机
，具体涉及一种高输出转矩的超声电机。
技术介绍
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应，激励弹性体产生谐振作用，将电能转化为纳米级振幅的振动，再依靠定子和转子之间产生的摩擦耦合将这细微振动扩大为转子及与超声电机相连的轴的旋转运动。超声电机与传统电磁电机相比，具有结构简单、小型轻量、效率高、噪声低、低速大转矩、断电自锁、不受磁场干扰以及可以直接驱动负载等优点。由于超声电机的质量轻、转速低且转矩大，因此不需要附加齿轮等变速结构，避免了因使用齿轮变速而产生的噪声大、效率低和难控制等一系列问题。按照输出形式，超声电机分为旋转型和直线型两种。其中，旋转型超声电机由于具有结构简单、体积小等优势，有望在精密光学仪器、机器人、航空航天设备中得到应用。旋转型超声电机主要由定子和转子构成。定子主要由压电陶瓷和变幅杆机械连接而成。在两相交变电压的激励下，定子表面产生椭圆运动，进而驱动转子。在输入电压一定的条件下，定子组件产生驱动力的大小主要受变幅杆材料参数和结构形式影响。目前，超声电机多采用金属变幅杆，而金属变幅杆的弹性模量低会导致定子产生的驱动力不足，进而导致超声电机的输出转矩较低。另一方面变幅杆与压电陶瓷通过双头螺柱连接，需要对变幅杆加工内螺纹，加工成本高。现有技术的超声电机往往拆装不方便，容易造成应力集中。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中超声电机采用金属变幅杆，而金属变幅杆的弹性模量低导致定子产生的驱动力不足、加工变幅杆内螺纹成本高以及不易拆卸或更换部件等缺陷，提供一种变幅杆弹性模量高、变幅杆不需要加工内螺纹、便于拆卸和更换部件的高输出转矩的超声电机。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高输出转矩的超声电机，包括：定子组件和转子，其特征在于：所述定子组件包括：两个相对设置的变幅杆和夹设在两所述变幅杆之间的多个压电陶瓷片；所述变幅杆的中心设置有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括依次设置的大径孔和小径孔，一螺纹杆依次穿过一个变幅杆、压电陶瓷片和另一个变幅杆，所述螺纹杆的两端通过设置在变幅杆的大径孔内的安装螺母固定，所述转子与所述变幅杆的外端面相接触设置，所述转子安装在转子安装杆上,所述转子安装杆上还套设有位于所述转子外侧的限位螺母以及夹设在所述转子和所述限位螺母之间的预压力调节弹簧，所述变幅杆采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷材料。进一步地，所述变幅杆采用氧化铝陶瓷。进一步地，所述变幅杆的弹性模量为380GPa。进一步地，所述变幅杆采用碳化硅陶瓷或氮化铝陶瓷。进一步地，所述变幅杆为圆柱形；所述大径孔的深度为所述变幅杆长度的0.5倍；所述螺纹杆的直径小于所述小径孔的直径。进一步地，所述转子的外边沿具有用来与所述变幅杆的端部接触的凸缘。进一步地，所述安装螺母与所述变幅杆之间的螺纹杆上还套设有垫片。进一步地，所述压电陶瓷片为六个；其中压电陶瓷片加载余弦电压，压电陶瓷片加载正弦电压。进一步地，所述变幅杆与所述压电陶瓷片接触的一端还具有与所述压电陶瓷片的内径一致的对接孔。更进一步地，所述压电陶瓷片的外径与所述变幅杆的外径相同。本专利技术的一种高输出转矩的超声电机的有益效果是：1、本专利技术的变幅杆采用弹性模量高的氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷，提高了定子组件产生的驱动力，进而提高了超声电机的输出转矩。2、本专利技术的定子组件包括两个中心设置有大径孔和小径孔的变幅杆，一螺纹杆依次穿过一个变幅杆、压电陶瓷片和另一个变幅杆，螺纹杆的两端通过设置在大径孔内的安装螺母固定，易于拆卸和更换部件，并且不需要对变幅杆加工内螺纹，节约成本。3、本专利技术的螺纹杆上套设有与变幅杆接触的转子、限位螺母以及夹设在转子和限位螺母之间的预压力调节弹簧，通过调节限位螺母的位置来实现预压力的加载，提高定子组件产生的驱动力，进而提高该电机的输出转矩。4、本专利技术的转子的外边沿具有用来与变幅杆的端部接触的凸缘，凸缘使定子组件仅与转子的外边沿接触，避免了定子组件低转速部分与转子间大面积相对滑动造成的电机性能下降。5、本专利技术的螺纹杆的直径小于变幅杆的小径孔的直径，尽量降低螺纹杆对变幅杆工作时产生弹性变形的影响。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术实施例的整体结构图；图2是本专利技术实施例中压电陶瓷片的极化方向和驱动方式示意图；图3是本专利技术实施例的输出转矩与转速的关系曲线图。图中:2、转子，3、变幅杆，31、大径孔，32、小径孔，33、对接孔，4(41-46)、压电陶瓷片，6、螺纹杆，7、安装螺母，8、转子安装杆，9、限位螺母，10、预压力调节弹簧，11、垫片。具体实施方式现在结合附图对本专利技术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专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。如图1-图3所示的本专利技术的一种高输出转矩的超声电机的具体实施例，该电机包括：定子组件和转子2，定子组件包括：两个相对设置的变幅杆3和夹设在两变幅杆3之间的多个压电陶瓷片4；变幅杆3的中心设置有阶梯通孔，阶梯通孔包括依次设置的大径孔31和小径孔32，一螺纹杆6依次穿过一个变幅杆3、压电陶瓷片4和另一个变幅杆3，螺纹杆6的两端通过设置在变幅杆3的大径孔31内的安装螺母7固定。为了防止安装螺母松动，安装螺母7与变幅杆3之间的螺纹杆6上还套设有垫片11。通过拧紧螺纹杆6两端的安装螺母7将两变幅杆3以及夹设在其之间的压电陶瓷片4固定。如图1所示，变幅杆3为圆柱形；为防止压电陶瓷出现应力集中，经过多次试验得出，大径孔31的深度为变幅杆3长度的0.5倍。为了尽量降低螺纹杆对变幅杆工作时产生弹性变形的影响，本实施例中螺纹杆3的直径小于小径孔32的直径，使螺纹杆6与变幅杆3的内壁不接触。为了便于变幅杆3与压电陶瓷片4对接安装以及保证超声电机的高机电耦合性，变幅杆3与压电陶瓷片4接触的一端还具有与压电陶瓷片4的内径一致的对接孔33，压电陶瓷片4的外径与变幅杆3的外径相同。本实施例变幅杆3采用弹性模量高的氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷材料。其中氧化物陶瓷可以是氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷或莫来石陶瓷；氮化物陶瓷可以选择氮化硅陶瓷、氮化铝陶瓷或氮化硼陶瓷；碳化物陶瓷可以选择碳化硅陶瓷、碳化钛陶瓷或碳化硼陶瓷；硼化物陶瓷可以选择硼化钛陶瓷或硼化锆陶瓷。参见图1，转子2与变幅杆3的外端面相接触设置，转子2通过轴承安装在转子安装杆8上，转子安装杆8上还套设有位于转子2外侧的限位螺母9以及夹设在转子2和限位螺母9之间的预压力调节弹簧10，转子安装杆8也可以是螺纹杆6的轴向延伸。本实施例中，转子2的外边沿具有用来与变幅杆3的端部接触的凸缘21，凸缘21使定子组件仅与转子的外边沿接触，避免了定子组件低转速部分与转子间大面积相对滑动造成的电机性能下降。作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高输出转矩的超声电机，包括：定子组件和转子(2)，其特征在于：所述定子组件包括：两个相对设置的变幅杆(3)和夹设在两所述变幅杆(3)之间的多个压电陶瓷片(4)；所述变幅杆(3)的中心设置有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括依次设置的大径孔(31)和小径孔(32)，一螺纹杆(6)依次穿过一个变幅杆(3)、压电陶瓷片(4)和另一个变幅杆(3)，所述螺纹杆(6)的两端通过设置在变幅杆(3)的大径孔(51)内的安装螺母(7)固定，所述转子(2)与所述变幅杆(3)的外端面相接触设置，所述转子(2)安装在转子安装杆(8)上，所述转子安装杆(8)上还套设有位于所述转子(2)外侧的限位螺母(9)以及夹设在所述转子(2)和所述限位螺母(9)之间的预压力调节弹簧(10)，所述变幅杆(3)采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高输出转矩的超声电机，包括：定子组件和转子(2)，其特征在于：所述定子组件包括：两个相对设置的变幅杆(3)和夹设在两所述变幅杆(3)之间的多个压电陶瓷片(4)；所述变幅杆(3)的中心设置有阶梯通孔，所述阶梯通孔包括依次设置的大径孔(31)和小径孔(32)，一螺纹杆(6)依次穿过一个变幅杆(3)、压电陶瓷片(4)和另一个变幅杆(3)，所述螺纹杆(6)的两端通过设置在变幅杆(3)的大径孔(51)内的安装螺母(7)固定，所述转子(2)与所述变幅杆(3)的外端面相接触设置，所述转子(2)安装在转子安装杆(8)上，所述转子安装杆(8)上还套设有位于所述转子(2)外侧的限位螺母(9)以及夹设在所述转子(2)和所述限位螺母(9)之间的预压力调节弹簧(10)，所述变幅杆(3)采用氧化物陶瓷或氮化物陶瓷或碳化物陶瓷或硼化物陶瓷材料。


2.根据权利要求1所述的一种高输出转矩的超声电机，其特征在于：所述变幅杆(3)采用氧化铝陶瓷。


3.根据权利要求2所述的一种高输出转矩的超声电机，其特征在于：所述变幅杆(3)的弹性模量为380GPa。


4.根据权利要求1所述的一种高输出转矩的超声电机，其特征在于：所述变幅杆(3)采用碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴疆，陈力，牛建业，饶钰涵，乌昵日，
申请(专利权)人：吴疆，
类型：发明
国别省市：辽宁;21