專利名稱：孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機。
背景技術(shù)：
超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動的新型動力輸出裝置。與電磁 電機相比，具有結(jié)構(gòu)緊湊、低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)快(毫秒級)、斷電自鎖、位置和速度控制性好、 不受電磁干擾以及低噪聲運行等優(yōu)點。縱扭復(fù)合型超聲電機是超聲電機的一大分類，對它 的研究大致可追溯到20世紀(jì)的80年代末，到目前為止，其結(jié)構(gòu)種類已不下于幾十種。縱扭 復(fù)合型超聲電機通常含有兩個振子一縱振子和扭轉(zhuǎn)振子，縱、扭轉(zhuǎn)振子分別激發(fā)出兩個相 互垂直的振動。但是其中的扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)需要扭振陶瓷片來激勵，而扭振陶瓷片加工工藝 復(fù)雜，成本高，從而造成電機成本居高不下，不利于電機的產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、
輸出力矩大并且無需扭振陶瓷片即可工作的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機。 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件和預(yù)壓力裝置，其特征 在于所述定子組件由配重、緊固螺栓、縱振壓電陶瓷片組和孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器組成；所述轉(zhuǎn) 子組件由轉(zhuǎn)子、扭矩輸出連接頭和徑向軸承組成；所述預(yù)壓力裝置由第一彈簧蓋、彈簧、第 二彈簧蓋和鎖緊螺母組成；其中，緊固螺栓依次穿過并緊固配重、縱振壓電陶瓷片組和孔式 模態(tài)轉(zhuǎn)換器形成定子組件；緊固螺栓依次穿過轉(zhuǎn)子和徑向軸承，轉(zhuǎn)子通過徑向軸承的外圈 套在緊固螺栓的前端桿上，轉(zhuǎn)子的左端與孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器接觸，扭矩輸出連接頭與轉(zhuǎn)子的 右端固定形成轉(zhuǎn)子組件；緊固螺栓(的前端桿依次穿過第一彈簧蓋、彈簧、第二彈簧蓋和鎖 緊螺母，第一彈簧蓋的底部與徑向軸承的內(nèi)圈連接，第二彈簧蓋和鎖緊螺母固定在緊固螺 栓的前端桿上。 本發(fā)明提出的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機與背景技術(shù)相比具有的有益效果是 (1)結(jié)構(gòu)簡單，僅需一組縱振壓電陶瓷片即可正常工作； (2)成本低廉，不需昂貴的扭振壓電陶瓷片，利于電機的產(chǎn)業(yè)化。 (3)輸出轉(zhuǎn)速高，力矩大，①15mm的樣機轉(zhuǎn)速高于1300rpm，堵轉(zhuǎn)力矩大于0. 3N *m。


圖1是本發(fā)明提出的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機的結(jié)構(gòu)半剖圖，圖中各標(biāo)號名稱分 別為1-配重；2-緊固螺栓；3-縱振壓電陶瓷片組；41_孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器；42_孔；5_定子 接觸面；61-轉(zhuǎn)子；62-連接螺紋孔；71-扭矩輸出連接頭；72_連接錐形孔；73_徑向軸承；
74-彈簧蓋1 ;75-彈簧；76-彈簧蓋2 ;77-鎖緊螺母；77-輸出頭。 圖2是本發(fā)明提出的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機中的部件孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)圖。圖中l(wèi)是定子端面上的齒，2是沿著圓柱體表面法向鉆的一系列小孔，3是圓柱體表面 的螺旋線。 圖3是本發(fā)明提出的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機的壓電陶瓷極化布置方式及電激 勵方式。圖中l(wèi)是縱振壓電陶瓷片，2是電極片，3是施加的正弦激勵信號，4是壓電陶瓷極 化布置方式。 圖4是本發(fā)明提出的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機的工作模態(tài)，圖4(a)所示為電機正 轉(zhuǎn)模態(tài)，圖4(b)所示為電機反轉(zhuǎn)模態(tài)。圖中l(wèi)為電機變形前的狀態(tài)，2為電機變形后的狀 態(tài)，3為電機端面質(zhì)點變形前的位置，4為電機質(zhì)點變形后的位置。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明 本發(fā)明孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機如圖1所示，它包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件。其特 征在于所述定子組件由配重1、緊固螺栓2、縱振壓電陶瓷片組3、孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器組成41 ; 所述轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子51、扭矩輸出連接頭61、徑向軸承63、第一彈簧蓋64、彈簧65、第二彈 簧蓋66、鎖緊螺母67組成。其中，配重1、縱振壓電陶瓷片組3和孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器41依序 排列成一桿式夾心結(jié)構(gòu)，并利用緊固螺栓2壓緊并固定，形成定子體。壓電陶瓷31之間間 隔有電極片32，用于施加電激勵信號33。轉(zhuǎn)子51通過軸承63套在緊固螺栓2前端桿上， 并利用彈簧65壓緊在定子端面43上，扭矩輸出連接頭61利用螺釘與轉(zhuǎn)子51固定，形成轉(zhuǎn) 子體。轉(zhuǎn)子上與定子接觸的面上可粘貼摩擦材料，以延長電機的使用壽命。
上述孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機中的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器41，如圖2所示，其特征在于 在孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器41外表面按一定規(guī)律鉆有n列小孔42，每列包含m個小孔，每列小孔均 沿轉(zhuǎn)換器外表面螺旋線45排列，小孔列間距相等，行間距相等。定子接觸面有兩種形式一 是只做表面光滑處理，即接觸面為一環(huán)形面；二是在定子接觸面上開齒44，其作用在于能 及時排除定、轉(zhuǎn)子工作期間產(chǎn)生的細(xì)小粉末，使電機能穩(wěn)定工作。 上述孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機的壓電陶瓷極化布置方式及激勵方式，如圖3所 示，其特征在于每兩片壓電陶瓷31之間插入一片電極片32，壓電陶瓷極化布置方式按34 排列，只需施加一個正弦信號33即可以驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，通過改變激勵信號的頻率即可獲得 正、反轉(zhuǎn)模態(tài)，從而可實現(xiàn)電機的正、反轉(zhuǎn)。 上述孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機預(yù)壓力施加及扭矩輸出，如圖1所示，電機本身沒 有輸出軸，轉(zhuǎn)矩需要通過扭矩輸出連接頭61來輸出。首先，鎖緊螺母壓縮擠壓第二彈簧蓋 66，使彈簧65壓縮變形，產(chǎn)生彈簧力，第一彈簧蓋64的底部與軸承63內(nèi)圈接觸，而軸承63 外圈則與轉(zhuǎn)子51接觸，從而傳遞彈簧力到轉(zhuǎn)子51上，并將轉(zhuǎn)子51壓緊在定子驅(qū)動端面43 上，扭矩輸出連接頭61通過螺釘與轉(zhuǎn)子51固定。電機工作時，轉(zhuǎn)子51轉(zhuǎn)動，并帶動扭矩輸 出連接頭61轉(zhuǎn)動，并通過輸出頭68輸出轉(zhuǎn)矩。 上述孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機工作模態(tài)，如圖4所示，圖4(a)所示為電機正轉(zhuǎn)模 態(tài)，圖4(b)所示為電機反轉(zhuǎn)模態(tài)。在正轉(zhuǎn)模態(tài)下，當(dāng)電機端面軸向伸長時，端面質(zhì)點從位置 3向上振動到位置4，驅(qū)動轉(zhuǎn)子向正方向轉(zhuǎn)動；在反轉(zhuǎn)模態(tài)下，當(dāng)電機端面軸向伸長時，端面 質(zhì)點從位置3向下振動到位置4，驅(qū)動轉(zhuǎn)子向反方向轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
一種孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件和預(yù)壓力裝置，其特征在于所述定子組件由配重(1)、緊固螺栓(2)、縱振壓電陶瓷片組(3)和孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器(41)組成；所述轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子(51)、扭矩輸出連接頭(61)和徑向軸承(63)組成；所述預(yù)壓力裝置由第一彈簧蓋(64)、彈簧(65)、第二彈簧蓋(66)和鎖緊螺母(67)組成；其中，緊固螺栓(2)依次穿過并緊固配重(1)、縱振壓電陶瓷片組(3)和孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器(41)形成定子組件；緊固螺栓(2)依次穿過轉(zhuǎn)子(51)和徑向軸承(63)，轉(zhuǎn)子(51)通過徑向軸承(63)的外圈套在緊固螺栓(2)的前端桿上，轉(zhuǎn)子(51)的左端與孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器(41)接觸，扭矩輸出連接頭(61)與轉(zhuǎn)子(51)的右端固定形成轉(zhuǎn)子組件；緊固螺栓(2)的前端桿依次穿過第一彈簧蓋(64)、彈簧(65)、第二彈簧蓋(66)和鎖緊螺母(67)，第一彈簧蓋(64)的底部與徑向軸承(63)的內(nèi)圈連接，第二彈簧蓋(66)和鎖緊螺母(67)固定在緊固螺栓(2)的前端桿上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(51)的左端 與孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器(41)接觸的面上粘貼摩擦材料，所述摩擦材料為陶瓷或金屬片或熱固 性樹脂基。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(51)上設(shè)置 連接螺紋孔(52)，所述扭矩輸出連接頭(61)上設(shè)置連接錐形孔(62)，采用螺釘通過對應(yīng)設(shè) 置的連接螺紋孔(52)和連接錐形孔(62)將轉(zhuǎn)子(51)與扭矩輸出連接頭(61)固定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，其特征在于所述孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器 (41)的外表面均布n列小孔，每列包含m個小孔，每列小孔均沿孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器(41)外表 面螺旋線排列，其中n、m都為自然數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，其特征在于所述孔式模態(tài)轉(zhuǎn) 換器(41)與轉(zhuǎn)子(51)的左端接觸的面上均布齒形凸塊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，其特征在于所述縱振壓電陶瓷片 組(3)由壓電陶瓷(31)構(gòu)成，所述壓電陶瓷(31)之間間隔有電極片(32)，電極片(32)間 隔接地和接激勵信號(33)。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機，屬超聲電機。本發(fā)明包括定子組件、轉(zhuǎn)子組件和預(yù)壓力裝置，其特征在于所述定子組件由配重、緊固螺栓、縱振壓電陶瓷片組和孔式模態(tài)轉(zhuǎn)換器組成；所述轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子、扭矩輸出連接頭和徑向軸承組成；所述預(yù)壓力裝置由第一彈簧蓋、彈簧、第二彈簧蓋和鎖緊螺母組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，輸出力矩大。
文檔編號H02N2/04GK101789713SQ201010017668
公開日2010年7月28日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者楊淋, 趙淳生 申請人:南京航空航天大學(xué)