专利名称：孔式模态转换型超声电机的制作方法
技术领域：
本发明属于超声电机技术领域，具体涉及一种孔式模态转换型超声电机。
背景技术：
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁 电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩、响应快(毫秒级)、断电自锁、位置和速度控制性好、 不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机的一大分类，对它 的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已不下于几十种。纵扭 复合型超声电机通常含有两个振子一纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个相 互垂直的振动。但是其中的扭转振动模态需要扭振陶瓷片来激励，而扭振陶瓷片加工工艺 复杂，成本高，从而造成电机成本居高不下，不利于电机的产业化。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种结构简单、成本低廉、转动平稳、
输出力矩大并且无需扭振陶瓷片即可工作的孔式模态转换型超声电机。 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案 本发明孔式模态转换型超声电机，包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征 在于所述定子组件由配重、紧固螺栓、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器组成；所述转 子组件由转子、扭矩输出连接头和径向轴承组成；所述预压力装置由第一弹簧盖、弹簧、第 二弹簧盖和锁紧螺母组成；其中，紧固螺栓依次穿过并紧固配重、纵振压电陶瓷片组和孔式 模态转换器形成定子组件；紧固螺栓依次穿过转子和径向轴承，转子通过径向轴承的外圈 套在紧固螺栓的前端杆上，转子的左端与孔式模态转换器接触，扭矩输出连接头与转子的 右端固定形成转子组件；紧固螺栓(的前端杆依次穿过第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁 紧螺母，第一弹簧盖的底部与径向轴承的内圈连接，第二弹簧盖和锁紧螺母固定在紧固螺 栓的前端杆上。 本发明提出的孔式模态转换型超声电机与背景技术相比具有的有益效果是 (1)结构简单，仅需一组纵振压电陶瓷片即可正常工作； (2)成本低廉，不需昂贵的扭振压电陶瓷片，利于电机的产业化。 (3)输出转速高，力矩大，①15mm的样机转速高于1300rpm，堵转力矩大于0. 3N *m。
图1是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的结构半剖图，图中各标号名称分 别为1-配重；2-紧固螺栓；3-纵振压电陶瓷片组；41_孔式模态转换器；42_孔；5_定子 接触面；61-转子；62-连接螺纹孔；71-扭矩输出连接头；72_连接锥形孔；73_径向轴承；
74-弹簧盖1 ;75-弹簧；76-弹簧盖2 ;77-锁紧螺母；77-输出头。 图2是本发明提出的孔式模态转换型超声电机中的部件孔式模态转换器的细节图。图中l是定子端面上的齿，2是沿着圆柱体表面法向钻的一系列小孔，3是圆柱体表面 的螺旋线。 图3是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的压电陶瓷极化布置方式及电激 励方式。图中l是纵振压电陶瓷片，2是电极片，3是施加的正弦激励信号，4是压电陶瓷极 化布置方式。 图4是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的工作模态，图4(a)所示为电机正 转模态，图4(b)所示为电机反转模态。图中l为电机变形前的状态，2为电机变形后的状 态，3为电机端面质点变形前的位置，4为电机质点变形后的位置。
具体实施例方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明 本发明孔式模态转换型超声电机如图1所示，它包括定子组件和转子组件。其特 征在于所述定子组件由配重1、紧固螺栓2、纵振压电陶瓷片组3、孔式模态转换器组成41 ; 所述转子组件由转子51、扭矩输出连接头61、径向轴承63、第一弹簧盖64、弹簧65、第二弹 簧盖66、锁紧螺母67组成。其中，配重1、纵振压电陶瓷片组3和孔式模态转换器41依序 排列成一杆式夹心结构，并利用紧固螺栓2压紧并固定，形成定子体。压电陶瓷31之间间 隔有电极片32，用于施加电激励信号33。转子51通过轴承63套在紧固螺栓2前端杆上， 并利用弹簧65压紧在定子端面43上，扭矩输出连接头61利用螺钉与转子51固定，形成转 子体。转子上与定子接触的面上可粘贴摩擦材料，以延长电机的使用寿命。
上述孔式模态转换型超声电机中的孔式模态转换器41，如图2所示，其特征在于 在孔式模态转换器41外表面按一定规律钻有n列小孔42，每列包含m个小孔，每列小孔均 沿转换器外表面螺旋线45排列，小孔列间距相等，行间距相等。定子接触面有两种形式一 是只做表面光滑处理，即接触面为一环形面；二是在定子接触面上开齿44，其作用在于能 及时排除定、转子工作期间产生的细小粉末，使电机能稳定工作。 上述孔式模态转换型超声电机的压电陶瓷极化布置方式及激励方式，如图3所 示，其特征在于每两片压电陶瓷31之间插入一片电极片32，压电陶瓷极化布置方式按34 排列，只需施加一个正弦信号33即可以驱动电机转动，通过改变激励信号的频率即可获得 正、反转模态，从而可实现电机的正、反转。 上述孔式模态转换型超声电机预压力施加及扭矩输出，如图1所示，电机本身没 有输出轴，转矩需要通过扭矩输出连接头61来输出。首先，锁紧螺母压縮挤压第二弹簧盖 66，使弹簧65压縮变形，产生弹簧力，第一弹簧盖64的底部与轴承63内圈接触，而轴承63 外圈则与转子51接触，从而传递弹簧力到转子51上，并将转子51压紧在定子驱动端面43 上，扭矩输出连接头61通过螺钉与转子51固定。电机工作时，转子51转动，并带动扭矩输 出连接头61转动，并通过输出头68输出转矩。 上述孔式模态转换型超声电机工作模态，如图4所示，图4(a)所示为电机正转模 态，图4(b)所示为电机反转模态。在正转模态下，当电机端面轴向伸长时，端面质点从位置 3向上振动到位置4，驱动转子向正方向转动；在反转模态下，当电机端面轴向伸长时，端面 质点从位置3向下振动到位置4，驱动转子向反方向转动。
权利要求
一种孔式模态转换型超声电机，包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于所述定子组件由配重(1)、紧固螺栓(2)、纵振压电陶瓷片组(3)和孔式模态转换器(41)组成；所述转子组件由转子(51)、扭矩输出连接头(61)和径向轴承(63)组成；所述预压力装置由第一弹簧盖(64)、弹簧(65)、第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)组成；其中，紧固螺栓(2)依次穿过并紧固配重(1)、纵振压电陶瓷片组(3)和孔式模态转换器(41)形成定子组件；紧固螺栓(2)依次穿过转子(51)和径向轴承(63)，转子(51)通过径向轴承(63)的外圈套在紧固螺栓(2)的前端杆上，转子(51)的左端与孔式模态转换器(41)接触，扭矩输出连接头(61)与转子(51)的右端固定形成转子组件；紧固螺栓(2)的前端杆依次穿过第一弹簧盖(64)、弹簧(65)、第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)，第一弹簧盖(64)的底部与径向轴承(63)的内圈连接，第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)固定在紧固螺栓(2)的前端杆上。
2. 根据权利要求l所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述转子(51)的左端 与孔式模态转换器(41)接触的面上粘贴摩擦材料，所述摩擦材料为陶瓷或金属片或热固 性树脂基。
3. 根据权利要求l所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述转子(51)上设置 连接螺纹孔(52)，所述扭矩输出连接头(61)上设置连接锥形孔(62)，采用螺钉通过对应设 置的连接螺纹孔(52)和连接锥形孔(62)将转子(51)与扭矩输出连接头(61)固定。
4. 根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述孔式模态转换器 (41)的外表面均布n列小孔，每列包含m个小孔，每列小孔均沿孔式模态转换器(41)外表 面螺旋线排列，其中n、m都为自然数。
5. 根据权利要求1或4所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述孔式模态转 换器(41)与转子(51)的左端接触的面上均布齿形凸块。
6. 根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述纵振压电陶瓷片 组(3)由压电陶瓷(31)构成，所述压电陶瓷(31)之间间隔有电极片(32)，电极片(32)间 隔接地和接激励信号(33)。
全文摘要
本发明公布了一种孔式模态转换型超声电机，属超声电机。本发明包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于所述定子组件由配重、紧固螺栓、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器组成；所述转子组件由转子、扭矩输出连接头和径向轴承组成；所述预压力装置由第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母组成。本发明结构简单，成本低廉，输出力矩大。
文档编号H02N2/04GK101789713SQ201010017668
公开日2010年7月28日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者杨淋, 赵淳生 申请人:南京航空航天大学