本发明专利技术公开了一种共振式双转子超声电机，包括定子、第一至第二转子、壳体、内筒、第一至第三连杆、输出轴、第一至第二轴承、第一至第二预紧螺母、第一至第二预紧弹簧；所述定子包括基体、腹板、q个连接板、2m个驱动足、以及2n个兰杰文换能器。本发明专利技术通过兰杰文换能器的一阶纵振模态激发出驱动足的弯曲振动模态，进而驱动转子转动，避免了在传统行波型超声电机长时间运转过程中贴片式压电陶瓷环容易疲劳损坏和脱落问题；有效利用了压电陶瓷片在d33模式下能量转换率高的优势，能够获得更高的驱动效率；此外，本发明专利技术电机设计形式灵活多样、输出扭矩大、运动精度高、工作寿命长，可广泛应用于航空航天、精密制造、生物医疗领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声电机技术和压电精密驱动，尤其涉及一种共振式双转子超声电机。
技术介绍
1、行波型旋转超声电机是旋转型超声电机中最典型且研究最成熟的一类，已经成功应用于工业制造、光学系统、生物医疗等民用领域，因此在当前成为短时服役于各类空间机构的首选项。随着航空航天等高精尖领域的发展，各类航天器对行波超声电机的应用提出了更高的要求。特别是控制力矩陀螺、激光指向机构、空间机械臂等典型空间机构对旋转型行波超声电机提出了低速大扭矩、长寿命、高精度的应用需求。然而在传统行波型旋转超声电机的长时间运转过程中，一方面，贴片式压电陶瓷工作在d31模式下，导致机电能量转换效率较低，电机性能难以提升；另一方面，多极化分区的压电陶瓷环在交变应力的反复作用下，容易疲劳破坏和脱落，严重降低电机的使用寿命。因此，急需找到可行的优化或替代方案以推动旋转型超声电机在高精尖设备及各类空间机构中长时间、高效稳定的服役。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中现有行波型旋转超声电机由于采用贴片式压电陶瓷环而带来的能量利用效率低、长时间交变应力下陶瓷易碎裂、大尺寸环状多分区压电陶瓷环的加工难度大、电机工作寿命短的问题，提供一种共振式双转子超声电机。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
3、一种共振式双转子超声电机，包括定子、第一转子、第二转子、壳体、内筒、第一至第三连杆、输出轴、第一轴承、第二轴承、第一预紧螺母、第二预紧螺母、第一预紧弹簧和第二预紧弹簧；</p>4、所述内筒为两端开口的空心圆柱体；
5、所述第一轴承、第二轴承的外圈分别和所述内筒内壁的两端同轴固连，第一轴承、第二轴承的内圈均和输出轴同轴固连，使得输出轴和内筒同轴且输出轴的两端分别从内筒的两端伸出；所述输出轴和内筒的中截面共面；
6、所述定子包括基体、腹板、q个连接板、2m个驱动足、以及2n个兰杰文换能器，q、m、n为大于等于3的自然数；
7、所述腹板呈圆环状；
8、所述基体为圆柱体，沿其周向设有用于和所述腹板配合的通孔；
9、所述腹板设置在基体内；所述q个连接板周向均匀设置在基体和腹板之间，均一端和所述基体的内壁固连，另一端和所述腹板的外壁固连，使得腹板和所述基体同轴固连，且腹板位于基体的中截面上；
10、所述基体的上端面周向均匀设有2n个安装通孔；
11、所述2n个兰杰文换能器一一对应设置在基体的2n个安装通孔上，均包含上压块、下压块、预紧螺栓、以及2p个压电陶瓷片，p为大于等于2的偶数，其中，所述上压块、下压块、2p个压电陶瓷片均呈圆环状；所述下压块中心设有和所述预紧螺栓相配的螺纹通孔；所述预紧螺栓依次穿过上压块、2p个压电陶瓷片中的p个压电陶瓷片、兰杰文换能器对应的安装通孔、2p个压电陶瓷片中另外p个压电陶瓷片后和下压块中心的螺纹通孔螺纹相连，将2p个压电陶瓷片对称的压紧在兰杰文换能器对应安装通孔的两侧；所述2p个压电陶瓷片均沿厚度方向极化，相邻压电陶瓷片的极化方向相反；
12、所述2n个兰杰文换能器中相邻兰杰文换能器的第一个压电陶瓷片的极化方向相反；
13、所述2m个驱动足中的m个驱动足周向均匀设置在所述基体的上端面上，另外m个驱动足周向均匀设置在所述基体的下端面上、和基体上端面上的m个驱动足对称；
14、所述腹板的内壁和所述内筒的外壁固连，腹板位于内筒的中截面上，且腹板位于定子的振动节点上；
15、所述输出轴两端对称设有外螺纹；
16、所述第一转子、第二转子结构相同，呈圆盘状，其中心设有用于和所述输出轴配合的通孔；第一转子、第二转子分别套在输出轴两端，和输出轴键连接，和输出轴周向固定、轴向能够相对滑动；
17、所述第一预紧螺母、第二预紧螺母分别和输出轴两端螺纹相连；
18、所述第一预紧弹簧一端和第一转子相抵，另一端和所述第一预紧螺母相抵，呈压缩状态，使得第一转子和基体的上端面上的m个驱动足相抵；所述第一转子和2n个兰杰文换能器的上端、内筒的上端之间均留有空隙；所述第一预紧螺母用于调节第一转子和基体的上端面上的m个驱动足之间的预压力；
19、所述第二预紧弹簧一端和第二转子相抵，另一端和所述第二预紧螺母相抵，呈压缩状态，使得第二转子和基体的下端面上的m个驱动足相抵；所述第二转子和2n个兰杰文换能器的下端、内筒的下端之间均留有空隙；所述第二预紧螺母用于调节第二转子和基体的下端面上的m个驱动足之间的预压力；
20、所述壳体套在所述定子外；所述第一至第三连杆设置在壳体和内筒之间，均一端和壳体的内壁固连，另一端和所述内筒的外壁固连。
21、作为本专利技术一种共振式双转子超声电机进一步的优化方案，所述第一转子和基体的上端面上的m个驱动足相抵的端面、第二转子和基体的下端面上的m个驱动足相抵的端面上均设有摩擦层，以提高摩擦力和摩擦寿命。
22、作为本专利技术一种共振式双转子超声电机进一步的优化方案，所述下压块的侧壁上设有对称的、平行于其轴线的截交面，便于其配合预紧螺栓进行固定。
23、作为本专利技术一种共振式双转子超声电机进一步的优化方案，所述m取3，n取3，q取6，p取2。
24、作为本专利技术一种共振式双转子超声电机进一步的优化方案，所述驱动足靠近基体的一端至远离基体的一端的横截面面接逐渐减小，以放大振幅。
25、作为本专利技术一种共振式双转子超声电机进一步的优化方案，所述基体在其中截面上设有m个贯穿其外壁和内壁的通槽，m个通槽和基体上端面上m个驱动足一一对应，以降低定子的整体刚度并放大2m个驱动足的振幅。
26、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
27、1. 利用兰杰文换能器工作在一阶纵振状态时能量利用效率高的特点，有效激发出多个驱动足的弯振模态，提高驱动足端面的运动幅度；
28、2. 将贴片式兰杰文换能器改成夹心式兰杰文换能器，避免了大尺寸贴片式多分区极化压电陶瓷环难加工的问题，充分利用压电陶瓷d33系数大的优势，提高机电转换效率，改善机械输出性能；
29、3. 腹板位于定子的振动节点上，能够将安装与固定过程对驱动模块的工作影响最小化；
30、4. 第一转子、第二转子具有选用高硬度高耐磨摩擦材料制成的摩擦层，能够在增强输出性能的同时延长摩擦界面的寿命，大幅度提升电机的长时间服役稳定性；
31、5. 通过双转子的结构设计，与单转子结构相比能够显著增强电机的带载能力；
32、6. 通过对压电陶瓷极化组合方式的优化，使得电机能够在单相驱动信号下正常工作，大大降低了配套驱动电路与控制系统开发的难度与成本；
33、7. 超声电机工作在惯性驱动模式下，能够获得高的旋转精度；
34、8. 模块化设计思路使得本专利技术中电机的设计形式灵活多样，能够快速、低成本的设计出满足不同性能要求的超声本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种共振式双转子超声电机，其特征在于，包括定子、第一转子、第二转子、壳体、内筒、第一至第三连杆、输出轴、第一轴承、第二轴承、第一预紧螺母、第二预紧螺母、第一预紧弹簧和第二预紧弹簧；
2.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述第一转子和基体的上端面上的m个驱动足相抵的端面、第二转子和基体的下端面上的m个驱动足相抵的端面上均设有摩擦层，以提高摩擦力和摩擦寿命。
3.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述下压块的侧壁上设有对称的、平行于其轴线的截交面，便于其配合预紧螺栓进行固定。
4.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述m取3，n取3，q取6，p取2。
5.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述驱动足靠近基体的一端至远离基体的一端的横截面面接逐渐减小，以放大振幅。
6.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述基体在其中截面上设有m个贯穿其外壁和内壁的通槽，m个通槽和基体上端面上m个驱动足一一对应，以降低定子的整体刚度并放大2m个驱动足的振幅。
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【技术特征摘要】
1.一种共振式双转子超声电机，其特征在于，包括定子、第一转子、第二转子、壳体、内筒、第一至第三连杆、输出轴、第一轴承、第二轴承、第一预紧螺母、第二预紧螺母、第一预紧弹簧和第二预紧弹簧；
2.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述第一转子和基体的上端面上的m个驱动足相抵的端面、第二转子和基体的下端面上的m个驱动足相抵的端面上均设有摩擦层，以提高摩擦力和摩擦寿命。
3.根据权利要求1所述的共振式双转子超声电机，其特征在于，所述下压块的侧壁上设有对称的、平行于其轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，马欣驰，皮奥特沃尔·瓦西尔耶夫，达柳斯·马泽卡，谢尔盖·鲍罗庭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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