多转子圆筒形大力矩超声波电机制造技术

一种超声波应用技术领域的多转子圆筒形大力矩超声波电机，包括：压电陶瓷元件、定子、转子和定位机构，一个或多个转子依次垂直设置于定位机构上并与定子相接触，定位机构、转子和定子均为同轴设置，压电陶瓷元件设置于定子的外部且转子设置于定子的内部或压电陶瓷元件设置于定子的内部且转子设置于定子的外部。本发明专利技术利用细长的筒形定子可以粘贴较多的压电陶瓷的优点增加了定子振动的能量密度，提高了电机的输出力矩；同时利用定子上面内行波传播的角速度一致的特点，使得定子驱动多转子同步旋转，得到统一的输出速度，有利于电机稳定工作；细长结构也有利于在狭长空间里应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种超声波应用
的装置，具体是一种面内振动的多转子 圆筒形大力矩超声波电机。
技术介绍
超声波电机是利用压电材料的逆压电效应，把电能转化为超声波电机的定子的振 动能，再通过摩擦作用把振动能转化为运动部件的旋转或者直线运动。它一般主要由定子、 转子(动子)及预压力机构等组成。与传统电磁电机相比，超声波电机具有许多特点和优 点，比如1、结构紧凑，能量密度(转矩/质量)大，易于微型化。2、低速大力矩，无需齿轮减速机构，可以实现直接驱动。3、电机响应速度快，并且能实现断电自锁。4、位置和速度控制性好，位移分辨率高。5、超声波电机是通过振动摩擦进行能量转换的，在转换过程中不产生磁场，亦不 受外界磁场干扰，抗电磁干扰能力强。6、安静无噪声。超声波电机工作在超声频段，由于不需要齿轮等减速机构，所以可 以安静无噪声的运行。7、设计灵活，结构形式多样化。行波型超声波电机是一种常见的超声波电机，因为其紧凑的薄片形结构，工作稳 定，功率较大而获得广泛应用。行波型超声波电机的工作原理如图1所示，其主要由输出 轴、转子、端盖、定子、底座、压电片组成。压电片在定子上激励出沿周向传播的行波振动，定 子、转子之间通过摩擦作用把定子基体的振动能量转化为转子的旋转运动。为了获得更大的输出力矩，人们尝试采用改进行波型超声波电机的结构，提出了 单定子双转子结构，结构示意图如图2所示，其主要由转子、压电陶瓷元件、摩擦材料、定子 组成。由压电陶瓷在定子上激励出行波，利用定子正反两个驱动表面来驱动转子运转。由于 定子两面的振动特性一致性好，所以单定子双转子结构行波型超声波电机的稳定性很好， 力矩也得到显著提高。为了进一步提高输出力矩，又出现了一种双定子单转子的尝试，其结构示意图如 图3所示。其主要由定子、转子、压电陶瓷元件、摩擦材料组成。上下两个定子同时压紧转 子，通过对上下定子同时激励使上下两个定子同时产生形变，两个定子共同作用于转子。但 是，由于两个定子的工作频率、转速、振幅等均不一致，因此损耗严重，振动效率低，模态干 扰严重，工程上很难实现。多个电机串联的方法同样存在上述问题无法克服，其不同的定子 要分别激励，定子的激励变得困难，且很难保证同步，因此输出力矩也不是线性叠加，反而 不稳定，甚至比单电机更小。微型化也是超声波电机的一个发展趋势。如何获得稳定的更大力矩，特别是在有 些空间狭小，不适合盘形行波电机安装的场合，如何获得大力矩就成为一个难题。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种多转子圆筒形大力矩超声波电 机，利用细长的筒形定子可以粘贴较多的压电陶瓷的优点增加了定子振动的能量密度，因 而大大提高了电机的输出力矩；同时利用定子上面内行波传播的角速度一致的特点，使得 定子驱动多转子同步旋转，得到统一的输出速度，有利于电机稳定工作；细长结构也有利于 在狭长空间里应用。本专利技术提出的新型大力矩电机，将有利于拓展超声波电机的应用领域。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括压电陶瓷元件、定子、转子和定 位机构，其中一个或多个转子依次垂直设置于定位机构上并与定子相接触，定位机构、转 子和定子均为同轴设置，压电陶瓷元件设置于定子的外部且转子设置于定子的内部或压电 陶瓷元件设置于定子的内部且转子设置于定子的外部。所有转子均以相同角速度同步转动；所述的定子的内壁或外壁为中心对称结构，其截面为圆形或多边形，定子上设有 若干个对应转子的驱动表面以驱动多个同轴的转子同步旋转。所述的转子为圆盘状结构或圆环状结构，其中所述的圆盘状结构的转子之间设有弹性机构，转子与所述驱动表面的形状相匹配 且弹性机构和驱动表面分别位于任一转子的两侧。所述的弹性机构为压簧；所述的圆环状结构的转子为开放式圆环，该开放式圆环的两端设有拉簧以实现转 子卡紧于定子上。所述的定位机构为定位轴或定位盖，当转子设置于定子的内部时，定位机构位于 定子的内部且转子固定设置于定位机构上；当转子设置于定子的外部时，定位机构位于定 子的两端且与转子相接触。当定子的内壁的截面为圆形时，则压电陶瓷元件以定子轴向方式设置于定子的外 壁；当定子的外壁的截面为圆形时，则压电陶瓷元件以定子轴向方式设置于定子的内壁。压电陶瓷以定子轴向方式设置在定子上，能在定子上激励出如图5所示的振型， 即定子上质点振动是二维振动，没有沿轴向的振动，即所述的定子上质点的振动轨迹总在 其所在的垂直于轴线的平面内。本专利技术的特点及效果本专利技术增加了定子振动的能量密度，提高了电机的输出力 矩；定子驱动多转子同步旋转，电机工作稳定；细长结构也有利于在狭长空间里应用。本发 明提出的新型大力矩电机，将有利于拓展超声波电机的应用领域，在生物、医疗、微机械、国 防科技等方面有着广阔的应用前景。附图说明图1普通行波型超声波电机结构原理图其中11为输出轴、12为转子、13为端盖、14为定子、15为底座、16为压电片。图2单定子双转子行波型超声波电机结构原理图其中21为转子、22为压电陶瓷元件、23为摩擦材料、24为定子。图3双定子单转子行波型超声波电机结构原理图其中31为定子、32为转子、33为陶瓷元件、34为摩擦材料。图4为本专利技术结构示意图。其中41为压电陶瓷元件、42为定子、43为转子、44为定位机构、45为弹性机构、 46为输出轴和47为定子驱动表面。图5为实施例1面内振动模态振型示意图；其中n = 2表示第二阶面内振动模态，η = 3表示第3阶面内振动模态，η = 4表 示第4阶面内振动模态。图6多转子大力矩圆筒形超声波电机实施例1、2压电陶瓷的粘接方式示意图。其中:61、62、63、64、65、66、67、68为压电陶瓷元件，69为定子弹性体，610为定子 内部的梯形凸台。图7为实施例2结构示意图。其中71为压电陶瓷元件、72为凹槽定子、73为转子、74为板簧、75为压紧弹簧、 76为转轴。图8多转子大力矩圆筒形超声波电机实施例3结构示意图。其中81为固定端、82为转子、83为定子上凸台、84为定子、85为压电陶瓷组件。图9多转子大力矩圆筒形超声波电机实施例3压电陶瓷的粘接方式示意图。其中:91、92、93、94、95、96、97、98压电陶瓷，99为转子，910为定子基体。图10多转子大力矩圆筒形超声波电机实施例3转子结构示意图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。如图4所示，本实施例包括压电陶瓷元件41、定子42、转子43和定位机构44。其 中一个或多个转子43依次垂直设置于定位机构44上并与定子42相接触，定位机构44、 转子43和定子42均为同轴设置，压电陶瓷元件41设置于定子42的外部且转子43设置于 定子42的内部。所述的定子42的内壁为圆形，定子42的外壁为多边形，定子42上设有若干个对 应转子43的驱动表面47以驱动多个同轴的转子43同步旋转。所述的压电陶瓷元件41为长条形板状结构，沿厚度方向极化，压电陶瓷元件41以 定子42轴向方式设置于定子42的外壁；所述的定位机构44为定位轴，定位机构44位于定子42的内部且转子43通过键 和弹性机构固定设置于定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多转子圆筒形大力矩超声波电机，包括：压电陶瓷元件、定子、转子和定位机构，其特征在于：一个或多个转子依次垂直设置于定位机构上并与定子相接触，定位机构、转子和定子均为同轴设置，压电陶瓷元件设置于定子的外部且转子设置于定子的内部或压电陶瓷元件设置于定子的内部且转子设置于定子的外部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鹿存跃，黎金良，张金城，
申请(专利权)人：上海交通大学，广东嘉和电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：31