纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有超声电机存在的机械输出能力受制约以及单个定子只能实现单一运动输出的问题。本发明专利技术的纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机，包括定子组件、上端转子组件、下端转子组件、上端外罩、下端外罩、转动轴承、轴承预紧端盖、轴承支座；圆盘上端面加工有连续梳状驱动齿；上端圆盘转子与圆盘相接触的端面固定有耐磨衬圈，下端圆盘转子与后端盖小端面相接触的端面固定有耐磨衬圈，上端输出轴和下端输出轴均通过轴承与轴承座转动联接，上端外罩和下端外罩通过分别固定在圆筒法兰的上端面和下端面，上端外罩、下端外罩和圆盘同轴。本发明专利技术可以应用到超声电机制作领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机，属于压电 超声电机
技术介绍
压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超 声频段内的振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点 运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的 宏观运动，具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断 电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用前景。出于激励原 理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机大多采用金属弹性 体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的d31模式机电耦合 效率和陶瓷材料抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限制，这样的 激励方式使得超声电机的机械输出能力受到严重制约。此外，在机器人领域 中，实现复杂的机器人动作给驱动元件提出了更高的要求，目前的超声电机 多采用单个定子，只能实现单一运动输出，而同时具备两种运动输出的压电 超声电机可以在很多场合简化机器人的结构，提高机器人的性能。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有超声电机存在的由于采用金属弹性体粘贴压电陶瓷 薄片的方式进行激励而导致的机械输出能力受制约以及单个定子只能实现单 一运动输出的问题，提供了一种纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机。本专利技术的超声电机包括定子组件、上端转子组件、下端转子组件、上端 外罩、下端外罩、上端转动轴承、下端转动轴承、上端轴承预紧端盖、下端 轴承预紧端盖、上端第一螺钉组、下端第一螺钉组、上端轴承支座、下端轴 承支座、上端第二螺钉组、下端第二螺钉组、第三螺钉组和螺母组；所述定子组件包括驱动圆盘和2n个纵振夹心换能器，其中n为大于1的自然数，所 述驱动圆盘包括圆盘、外侧薄壁环、圆盘法兰、内侧薄壁环和轴承座，外侧 薄壁环设置在圆盘和圆盘法兰之间，内侧薄壁环设置在圆盘与轴承座之间，圆盘、外侧薄壁环、圆盘法兰、内侧薄壁环和轴承座同轴，圆盘上端面加工有连续梳状驱动齿，驱动齿的上端面为具有一定锥度的锥面；所述2n个纵振 夹心换能器对称分布固定连接在圆盘的下端面上，每个纵振夹心换能器由后 端盖、绝缘套、两对压电陶瓷片、法兰、铜电极片和前端盖组成；后端盖和 前端盖均是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，所述前端盖的小端面和圆盘 的下端面固定连接；所述后端盖和前端盖的大端面的中心均有一个带内螺纹 的盲孔，所述法兰中心的两端带有螺柱；法兰通过螺柱分别与前端盖和后端 盖固定连接，两对压电陶瓷片分别套在前端盖和法兰之间以及法兰和后端盖 之间的螺柱上，在前端盖和压电陶瓷片之间、每对压电陶瓷片之间以及后端 盖和压电陶瓷片之间分别固定有铜电极片，压电陶瓷片和铜电极片均与法兰 的螺柱之间固定有绝缘套；所述上端转子组件由上端圆盘转子、上端输出轴、 上端连接键、上端橡胶垫、上端碟形弹簧、上端锁紧螺母、上端预紧轴承、 上端调整垫片、上端盖和上端转子螺钉组组成；上端圆盘转子通过上端连接 键与上端输出轴相联接，上端输出轴通过上端预紧轴承与轴承座转动连接， 上端圆盘转子与圆盘之间通过上端橡胶垫、上端碟形弹簧和上端锁紧螺母实 现预紧，上端预紧轴承通过上端调整垫片、上端盖和上端转子螺钉组实现预 紧；所述下端转子组件由下端圆盘转子、下端输出轴、下端连接键、下端橡 胶垫、下端碟形弹簧、下端锁紧螺母、下端预紧轴承、下端调整垫片、下端 盖和下端转子螺钉组组成；下端圆盘转子通过下端连接键与上端输出轴相连 接；下端输出轴通过下端预紧轴承与轴承座转动联接，下端圆盘转子与后端 盖的小端面之间通过下端橡胶垫、下端碟形弹簧和下端锁紧螺母实现预紧， 下端预紧轴承通过下端调整垫片、下端盖和下端转子螺钉组实现预紧；所述 上端外罩和下端外罩通过第三螺钉组和螺母组分别固定在圆筒法兰的上端面和下端面上，上端外罩、下端外罩和圆盘同轴；所述上端轴承支座通过上端第二螺钉组固定在上端外罩上，所述下端轴承支座通过下端第二螺钉组固定 在下端外罩上，所述上端输出轴通过上端转动轴承与上端轴承支座转动联接， 上端转动轴承通过上端轴承预紧端盖和上端第一螺钉组实现预紧，所述下端 输出轴通过下端转动轴承与下端轴承支座转动联接，下端转动轴承通过下端 轴承预紧端盖和下端第一螺钉组实现预紧。本专利技术提供的超声电机，压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷高机电耦合效率的d33模式工作，解决粘贴压电陶瓷片式压电超声电机机电耦 合效率低、机械输出能力差的问题，还通过前端盖和定子圆盘一体化结构简 化了结构，提高了圆盘弹性体表面质点振动轨迹的可控性，消除采用其它方 式联接换能器和圆盘对定子振动波形所带来的不利影响。本专利技术提供的超声电机，利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激 励出纵向振动，通过控制输入激励信号，实现两组换能器在圆盘定子上激励 出两个幅值相等、在时间和空间上均相差;r/2的弯振模态响应，两个弯振模 态响应叠加在定子圆盘上形成行波，进而在定子驱动齿表面质点产生椭圆运 动轨迹，通过定子驱动齿和上端转子组件之间的摩擦耦合实现上端转子组件 的宏观运动输出；而工作在弯振模态的定子圆盘会引起夹心换能器的弯曲振 动，使得换能器工作在主动纵振一被动弯振状态，后端盖的小端面上质点产 生椭圆运动轨迹，通过和下端转子组件的摩擦耦合实现下端转子组件的宏观 运动输出；最终在单一压电超声定子上实现了两种运动输出。本专利技术通过调 整前端盖和后端盖两个端面的面积比值、前端盖和后端盖矩形截面两边比值、 前端盖和后端盖长度、圆盘内径尺寸、圆盘外径尺寸和圆盘的厚度实现换能 器纵振固有频率、换能器弯振固有频率和圆盘弯振固有频率之间的简并。前 端盖和后端盖采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动齿和后 端盖小端面表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。内侧薄壁环和 外侧薄壁环可以实现弹性支撑和振动隔离，将定子组件与外部零件的联接对 圆盘的弯曲振动模态的影响程度降到最低。本专利技术提供的超声电机具有结构简单、设计灵活、机电耦合效率高、可 实现大力矩输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点。附图说明图1是本专利技术提出的纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机包含4个纵振换能器时整体结构的剖视图；图2是图1的A-A向剖视图；图3是图1 中定子组件1的结构示意图；图4是图3的B-B向剖视图；图5是图1中四 个纵振夹々换能器1-7中的压电陶瓷片1-3的极化方向示意图；图6是图1 中驱动圆盘1-1的结构示意图；图7是图3中的定子组件1的激励信号输入示意图，输入的交流电压信号满足以下条件V严Acos(2;rt/T)， V2=Asin(2;rt/T)， Vo=0， V,为第一组夹心换能器的电压激励信号，V2为第二 组夹心换能器的电压激励信号，A为激励电压信号幅值，T为激励电压信号 周期，t为时间，两组换能器的电压激励信号幅值相等、频率为换能器自身 谐振频率、相位差为+90°;图8至图11是图2中的定子组件1采用图7所 示交流电压信号激励时,一个完整振动周期内的振型变化的定子周向展开图， 具体为定子九阶弯振模态的振型变化示意图；其中图8是^nT (n-0，1,2...) 时刻的定子振型示意图；图9是t气n+l/4)T (n-0,1，2...)时刻的定子振型示 意图；图1本文档来自技高网...
【技术保护点】
纵振夹心换能器式圆盘型双转子超声电机，它包括定子组件（１）、上端转子组件、下端转子组件、上端外罩（４）、下端外罩（５）、上端转动轴承（６－１）、下端转动轴承（６－２）、上端轴承预紧端盖（７－１）、下端轴承预紧端盖（７－２）、上端第一螺钉组（８－１）、下端第一螺钉组（８－２）、上端轴承支座（９－１）、下端轴承支座（９－２）、上端第二螺钉组（１０－１）、下端第二螺钉组（１０－２）、第三螺钉组（１１）和螺母组（１２）；所述定子组件（１）包括驱动圆盘（１－１）和２ｎ个纵振夹心换能器（１－７），其中ｎ为大于１的自然数，所述驱动圆盘（１－１）包括圆盘（１－１－１）、外侧薄壁环（１－１－２）、圆盘法兰（１－１－３）、内侧薄壁环（１－１－６）和轴承座（１－１－７），外侧薄壁环（１－１－２）设置在圆盘（１－１－１）和圆盘法兰（１－１－３）之间，内侧薄壁环（１－１－６）设置在圆盘（１－１－１）与轴承座（１－１－７）之间，圆盘（１－１－１）、外侧薄壁环（１－１－２）、圆盘法兰（１－１－３）、内侧薄壁环（１－１－６）和轴承座（１－１－７）同轴，圆盘（１－１－１）上端面加工有连续梳状驱动齿（１－１－５），驱动齿（１－１－５）的上端面为具有一定锥度的锥面；所述２ｎ个纵振夹心换能器（１－７）对称分布固定连接在圆盘（１－１－１）的下端面上，每个纵振夹心换能器（１－７）由后端盖（１－５）、绝缘套（１－２）、两对压电陶瓷片（１－３）、法兰（１－４）、铜电极片（１－６）和前端盖（１－１－４）组成；后端盖（１－５）和前端盖（１－１－４）均是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，所述前端盖（１－１－４）的小端面和圆盘（１－１－１）的下端面固定连接；所述后端盖（１－５）和前端盖（１－１－４）的大端面的中心均有一个带内螺纹的盲孔，所述法兰（１－４）中心的两端带有螺柱（１－４－１）；法兰（１－４）通过螺柱（１－４－１）分别与前端盖（１－１－４）和后端盖（１－５）固定连接，两对压电陶瓷片（１－３）分别套在前端盖（１－１－４）和法兰（１－４）之间以及法兰（１－４）和后端盖（１－５）之间的螺柱（１－４－１）上，在前端盖（１－１－４）和压电陶瓷片（１－３）之间、每对压电陶瓷片（１－３）之间以及后端盖（１－５）和压电陶瓷片（１－３）之间分别固定有铜电极片（１－６），压电陶瓷片（１－３）和铜电极片（１－６）均与法兰（１－４）的螺柱（１－４－１）之间固定有绝缘套（１－２）；其特...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘军考，刘英想，陈维山，谢涛，石胜君，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。