专利名称：球冠形转子多自由度超声电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声电机，尤其涉及一种转子为球冠形的多自由度超声电机。
背景技术：
多自由度超声电机是在单 自由度超声电机的基础上发展起来的一种新型微特电机，由于其独特的优点，因此在机器人、微摄像机、航空、航天、医疗、微机电系统、生物工程等高新技术领域具有广泛的应用前景。目前研制的多自由度超声电机一般是由球形转子和多定子构成，结构复杂，成本高，故难以推广应用；此外，当前研制的电机施加预压力较为困难，一般是靠转子的自重或是通过磁性材料对定子施加预压力，但由于超声电机是通过施加预压力增大摩擦来驱动转子运动的，所以目前多自由度超声不仅输出力矩小，而且效率低。上述缺陷已成为多自由度超声电机发展的瓶颈，亟需一种结构简单、制造成本低、输出力矩大而且效率高的多自由度超声电机来解决该问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种球冠形转子多自由度超声电机，结构简单，制造成本低，方便调节和施加预压力，驱动力矩大而且效率高。为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是球冠形转子多自由度超声电机，包括定子和配套的转子，所述定子包括螺栓、配套的螺母与垫圈、依次堆叠套设在螺栓上的球台形定子头、连接块、压电陶瓷元件以及配重装置；所述转子为包裹设置在定子头上的球冠形弹性壳体，转子均分为至少两块分转子，所述分转子的结合处设置有紧固装置。作为本实用新型的一种优选技术方案，所述压电陶瓷元件包括从上向下排列的压电陶瓷组I、压电陶瓷组II和压电陶瓷组III，压电陶瓷组I、压电陶瓷组II和压电陶瓷组III均包括两个压电陶瓷片和一个夹在中间的电极片，电极片连接引线，所述配重装置包括与所述压电陶瓷元件间隔排列的配重块I、配重块II和配重块III。作为本实用新型的一种优选技术方案，所述紧固装置包括支耳螺孔和配套的吊环螺钉。作为本实用新型的一种优选技术方案，所述定子头的顶面开设有下沉通孔，所述螺栓的头部嵌入此下沉通孔。作为本实用新型的一种优选技术方案，所述螺栓上还套设有固定圆盘，此固定圆盘上开设有用于固定的通孔。作为本实用新型的一种优选技术方案，所述连接块、压电陶瓷元件以及配重装置的内径与外径均相等并堆叠形成中空圆柱体状。采用上述技术方案所产生的有益效果在于①定子头与转子为球面接触，能够输出较大的驱动力矩，而且提高了电机效率；②转子均分为多块分转子，并通过吊环螺钉紧固连接，易于施加预压力和调节预压力的大小；③结构简单，制造成本低，容易推广使用，应用前景广阔。
图I是本实用新型一个具体实施方式
外观示意图。图2是图I在A-A处的剖视示意图。 图3是压电陶瓷元件分区极化安装布置示意图。图中1、螺栓2、螺母3、垫圈4、配重块51、压电陶瓷组I 52、压电陶瓷组
II53、压电陶瓷组III 6、固定圆盘7、定子头8、转子9、支耳螺孔10、连接块11、吊环螺钉。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。参看附图I和2，本实用新型一个具体实施方式
的结构中包括定子和配套的转子8，定子包括螺栓I、配套的螺母2与垫圈3、从上到下依次堆叠套设在螺栓I上的球台形定子头7、连接块10、压电陶瓷组I 51、配重块I 41、压电陶瓷组II 52、带有通孔的固定圆盘
6、配重块II 42、压电陶瓷组III53以及配重块III43，定子头7的顶面开设有下沉通孔，螺栓I的头部嵌入此下沉通孔，连接块10、压电陶瓷组I 51、配重块I 41、压电陶瓷组II 52、配重块II 42、压电陶瓷组III 53以及配重块III 43共同叠合形成一个中空圆柱体；转子8为包裹设置在定子头7上的球冠形弹性壳体，转子8均分为至少两块分转子，分转子的结合处设置有支耳螺孔9和配套的吊环螺钉11。参看附图3，压电陶瓷组I 51、压电陶瓷组II 52和压电陶瓷组III 53均包括两个压电陶瓷片和一个夹在中间的电极片，电极片连接引线，压电陶瓷组II 52的两个压电陶瓷片分别被整体极化为正极和负极，压电陶瓷组I 51和压电陶瓷组III 53的压电陶瓷片都被分区极化而且两两背向叠合在一起，同时，压电陶瓷组I 51和压电陶瓷组III 53的压电陶瓷片极向相互垂直设置。本实用新型的工作原理是本实用新型利用压电陶瓷逆压电效应分别激发出电机定子的一阶纵振和二阶弯振模态作为电机的工作模态并且保持频率接近相等。如附图3所示，压电陶瓷元件利用其d33效应发出大振幅、高效率的模态，其中压电陶瓷组I 51和压电陶瓷组III 53两相产生两个空间相互垂直的弯曲振动，并分别安装在电机定子二阶弯振的波峰和波谷位置；压电陶瓷组II 52激发出电机定子纵向振动并安装在电机定子的中间位置；通过压电陶瓷组I 51、压电陶瓷组II 52和压电陶瓷组III53两两激发合成定子头7表面质点的微观椭圆运动，该椭圆运动依靠定子头7和转子8之间预压力所产生的摩擦力进而可以驱动定子头7输出转矩，定子头7表面质点的微观椭圆运动即可被转化为转子8绕三个相互垂直的自由度进行运动。定子头7与转子8为球面接触，能够输出较大的驱动力矩，而且提高了电机效率；转子8均分为多块分转子，并通过吊环螺钉11紧固连接，易于施加预压力和调节预压力的大小；结构简单，制造成本低，容易推广使用，应用前景广阔。上述描述仅作为本实用新型可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制 条件。
权利要求1.一种球冠形转子多自由度超声电机，包括定子和配套的转子，其特征在于所述定子包括螺栓、配套的螺母与垫圈、依次堆叠套设在螺栓上的球台形定子头、连接块、压电陶瓷元件以及配重装置；所述转子为包裹设置在定子头上的球冠形弹性壳体，转子均分为至少两块分转子，所述分转子的结合处设置有紧固装置。
2.根据权利要求I所述的球冠形转子多自由度超声电机，其特征在于所述压电陶瓷元件包括从上向下排列的压电陶瓷组I、压电陶瓷组II和压电陶瓷组III，压电陶瓷组I、压电陶瓷组II和压电陶瓷组III均包括两个压电陶瓷片和一个夹在中间的电极片，电极片连接引线，所述配重装置包括与所述压电陶瓷元件间隔排列的配重块I、配重块II和配重块III。
3.根据权利要求I所述的球冠形转子多自由度超声电机，其特征在于所述紧固装置包括支耳螺孔和配套的吊环螺钉。
4.根据权利要求I所述的球冠形转子多自由度超声电机，其特征在于所述定子头的顶面开设有下沉通孔，所述螺栓的头部嵌入此下沉通孔。
5.根据权利要求I所述的球冠形转子多自由度超声电机，其特征在于所述螺栓上还套设有固定圆盘，此固定圆盘上开设有用于固定的通孔。
6.根据权利要求I所述的球冠形转子多自由度超声电机，其特征在于所述连接块、压电陶瓷元件以及配重装置的内径与外径均相等并堆叠形成中空圆柱体状。
专利摘要本实用新型公开了一种球冠形转子多自由度超声电机，包括定子和配套的转子，所述定子包括螺栓、配套的螺母与垫圈、依次堆叠套设在螺栓上的球台形定子头、连接块、压电陶瓷元件以及配重装置；所述转子为包裹设置在定子头上的球冠形弹性壳体，转子均分为至少两块分转子，所述分转子的结合处设置有紧固装置。本实用新型结构简单，制造成本低，方便调节和施加预压力，驱动力矩大而且效率高。
文档编号H02N2/12GK202364155SQ20112052300
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者史维龙, 曾劲松, 朱浩立, 罗文华, 郭长亮 申请人:郑州大学