一种多级并联双输出轴旋转超声波电机的制作方法

本发明涉及一种超声波电机，尤其是一种通过v振子并联设计而成的旋转超声波电机，属于超声波电机领域。

背景技术：

与传统电磁电机相比，超声波电机不依靠电磁介质来传递能量，而是利用压电陶瓷的逆压电效应，通过各种伸缩振动模式的转换与耦合，将材料的微观变形通过共振放大和摩擦耦合转换成振子或滑块的宏观运动，并且电机工作时也不容易受到电磁场的干扰。目前多数旋转超声波电机存在输出力矩不大的缺陷，以兰杰文振子为基础设计的v型直线超声波电机具有推力大的优点，若将v振子用来作为旋转型超声波电机的转子，那么该旋转超声波电机同样会获得较大的扭矩。专利【cn201210433818.3】提出了一种使用多个并联的v振子驱动的旋转超声波电机，但不足之处在于v振子触头作用于动子上(即输出轴上)，而轴的径向尺寸必然很小，这就造成力臂短，输出扭矩小的问题。

技术实现要素：

基于以上所提出的问题，发明了一种v振子并联，通过v振子触头与电机壳体摩擦层的摩擦驱动转子旋转，优点在于整个电机尺寸较小时，力臂较长，输出力矩大。

本发明的技术方案为：

一种多级并联双输出轴旋转超声波电机，电机包括基座(61)，该基座用于安装v振子、预压力机构和输出轴；该基座(61)为圆柱体，圆柱体侧面开有两个非圆形通孔，非圆形通孔呈90度，非圆形通孔上安装v振子夹持部件(22)，v振子夹持部件和v振子(71)相连；基座(61)上下两端面设置有四个沿基座轴线环形阵列的螺纹孔，均可与带有法兰的上下两个输出轴(11)相连接；圆柱体沿着轴线开有方通孔，沿方通孔方向设置有预压力机构，所述预压力装置包括一锥形螺帽的预压力螺栓(111)和锥形螺母(51)、压力钉(91)、压缩弹簧(101)，锥形部分的尺寸相同，预压力螺栓的螺帽和锥形螺母(51)相互靠近，两锥形曲面挤压压力钉，促使压力钉(91)沿基座(61)上安装v振子与压缩弹簧的非圆形通孔方向移动，压力钉挤压压缩弹簧，压缩弹簧另一端与v振子夹持部件接触，v振子触头与摩擦层材料接触，从而实现施加预压力的过程；该电机通过v振子接入相应的激励信号后触头做椭圆运动，触头与摩擦层(81)摩擦产生驱动力，实现电机的稳定输出。

进一步，v振子的选型自由，v振子在同一平面内沿基座轴阵列排布，v振子的个数n>2。

进一步，所述v振子夹持部件(22)，与v振子的两夹心换能器配合，装配位置是夹心换能器的纵振节面处，v振子夹持部件(22)外伸的一段截面为非圆形，与基座的非圆形通孔配合。

进一步，压力钉(91)钉帽的两端各有一斜面，两斜面分别和与之接触的预压力螺栓螺母的锥形曲面的母线平行，即压力钉与预压力螺栓螺母上锥形曲面的接触为线接触。

进一步，预压力螺栓(111)的螺帽为锥形，与同为锥形的螺母配合，旋紧螺栓时，螺栓与螺母的锥形曲面会挤压压力钉，压力钉挤压弹簧，进而实现预压力的施加。

进一步，两个输出轴(11)均套有轴承，轴承固定于端盖(21)上，端盖(21)和壳体(101)形成电机内腔，壳体(101)与其内部的v振子触头之间设置有摩擦层(81)。

进一步，n个v振子采用同频激励的并联激励方式；当为同频同相激励n个v振子时，使n个v振子同时产生驱动力，当同频不同相激励n个v振子，假如v振子个数为偶数时，为v振子进行顺时针或逆时针的方式编号，奇数号振子a、b两相与偶数号振子a、b两相的激励信号相位差为180°。

本发明具有以下技术效果：

基于本发明的核心部件基座，解决了多个v振子并联驱动时预压力施加困难的问题，相比于行波超声波电机，本发明具有更高的输出力矩和转速，且该装置便于施加预压力，预压力装置同时对所有v振子施加预压力，每个v振子的触头与摩擦层的接触压力相等，使得电机运行平稳性好。v振子并联结构使得每个v振子具有相同的激励频率，并联效率得以提高。

综上所述，本发明具有结构紧凑、并联效率高、扭矩输出大、输出性能稳定等特点。

附图说明

图1是本发明的装配示意图。

图2是装配图中基座部分121的局部放大图。

图3是本发明的转子结构示意图。

图4是本发明的预压力螺栓和螺母的示意图。

图5是本发明的压力钉的示意图。

图6是本发明所选v振子及夹持装置示意图。

图7是单个v振子信号加载示意图。

图8是本发明v振子两夹心换能器角度与触头形成椭圆运动类型的关系图。(a)为扁长椭圆轨迹；(b)为矮胖椭圆轨迹。

图中标号名称：(11)为输出轴，(21)为端盖，(31)为轴承，(41)为壳体，(51)为锥形螺母，(61)为基座，(71)为v振子，(81)为摩擦层，(91)为压力钉，(101)为压缩弹簧，(111)为预压力螺栓，(711)、(712)、(713)、(714)分别为四个v振子的编号；(22)为v振子的夹持部件；(82)、(83)分别为扁长和矮胖椭圆轨迹；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。示例实施例可以以许多不同的形式实施，并不能解释为局限于在这里提出的实施例。附图仅为说明本实施例，并不是按照比例绘制。

本发明的一种多级并联双输出轴旋转超声波电机，电机包括基座(61)，该基座用于安装v振子、预压力机构和输出轴；该基座(61)为圆柱体，圆柱体侧面开有两个非圆形通孔，非圆形通孔呈90度，非圆形通孔上安装v振子夹持部件(22)，v振子夹持部件和v振子(71)相连；基座(61)上下两端面设置有四个沿基座轴线环形阵列的螺纹孔，均可与带有法兰的上下两个输出轴(11)相连接；圆柱体沿着轴线开有方通孔，沿方通孔方向设置有预压力机构，所述预压力装置包括一锥形螺帽的预压力螺栓(111)和锥形螺母(51)、压力钉(91)、压缩弹簧(101)，锥形部分的尺寸相同，预压力螺栓的螺帽和锥形螺母(51)相互靠近，两锥形曲面挤压压力钉，促使压力钉(91)沿基座(61)上安装v振子与压缩弹簧的非圆形通孔方向移动，压力钉挤压压缩弹簧，压缩弹簧另一端与v振子夹持部件接触，v振子触头与摩擦层材料接触，从而实现施加预压力的过程；该电机通过v振子接入相应的激励信号后触头做椭圆运动，触头与摩擦层(81)摩擦产生驱动力，实现电机的稳定输出。

本实施例的装配示意图如图1-2所示，包括转子和定子，所述转子如图3所示，所述转子由基座、预压力装置和v振子装配而成，基座如图4所示，v振子如图5所示，每个v振子独立安装，且每个v振子都是相同规格，v振子的选择是自由的，可选用不同规格的v振子进而设计整个电机，基座安装孔为非正圆型孔(本发明使用了方孔)，目的是限制除v振子触头与摩擦层接触的法向方向以外的自由度，旋拧螺栓施加预压力时，每个压力钉受到预压力螺栓和螺母锥形曲面的压力大小是相同的，保证所有的v振子触头与摩擦层的接触压力相同。

所述转子在放入电机壳体之前，预压力螺栓处于放松状态，所以转子容易放置到本身该处于的正确位置，随后旋拧预压力螺栓，压力钉压缩压缩弹簧，使v振子触头与摩擦层产生正压力，进而可保证转子保持自身的正确位置，然后通过预压力螺栓将输出轴固定于基座的两端，最后固定端盖，即完成整个电机的装配。

压力钉与预压力螺栓螺母上锥形曲面的接触为线接触，而非点接触，有利于提高施加预压力时结构的稳定性。

如图3所示，所述转子由基座、n个v振子、一套预压力装置构成，其中v振子沿基座轴线共面阵列；所述定子是一圆筒外壳，内壁有一层摩擦材料；所述输出轴为两个，通过预压力螺栓紧固在基座两端，形成双输出轴旋转电机。

所述n个v振子可采用同频激励的并联激励方式。可同频同相激励n个v振子，使n个v振子同时产生驱动力。也可同频不同相激励n个v振子，如v振子个数为偶数时，为v振子进行顺时针或逆时针的方式编号，奇数号振子a、b两相与偶数号振子a、b两相的激励信号相位差为180°，可保证时刻都有v振子的触头与摩擦层摩擦产生驱动力，同时也可保证转子径向受力平衡。图6是本发明所选v振子及夹持装置示意图。图7是单个v振子信号加载示意图。

实施例一

此实施例中，n个v振子可同时或不同时产生驱动力(本发明示意图中为4个v振子)。v振子个数为偶数时，为v振子进行顺时针或逆时针的方式编号，示意图中为逆时针顺序编号，如图3所示，每个v振子的两个夹心换能器分为a、b两相，如图，此实施例中(711)、(713)号振子a、b相接入相位差为90°的简谐激励信号，(712)、(714)号振子a相接入与(711)、(713)号振子a相的相位差为180°的简谐激励信号，(712)、(714)号振子b相接入与(711)、(713)号振子b相的相位差为180°的简谐激励信号。可保证时刻都有v振子的触头与摩擦层摩擦产生驱动力，同时也可保证转子径向受力平衡。若调整v振子a、b两相激励信号相位差为-90°，可实现电机的反转。

实施例二

此实施例中，四个v振子同时产生驱动力，每个v振子的激励信号完全相同，即同频同相。若调整v振子a、b两相激励信号相位差为-90°，可实现电机的反转。如图3所示转子的四个v振子，(711)、(712)、(713)、(714)号振子a、b相接入相位差为90°的简谐激励信号，转子径向受力平衡。

实施例三

此实施例中，改变换能器夹角大小。通过改变v振子两夹心换能器之间的夹角大小，可控制v振子触头形成椭圆运动的形态。当夹角小于90°时，v振子触头形成的椭圆为扁长形，如图8(a)所示，(82)为触头的运动轨迹，是扁长椭圆形，触头与摩擦层接触的法向方向振幅大，所以触头与摩擦层摩擦时可产生较大的摩擦力，使得电机的输出扭矩大。

实施例四

此实施例中，改变换能器夹角大小。当v振子两夹心换能器之间的夹角大于90°时，v振子触头形成的椭圆为矮胖形，如图8(b)所示，(83)为触头的运动轨迹，是矮胖椭圆形，触头与摩擦层接触的切向方向振幅大，电机可获得较高的转速。

实施例五

此实施例中，v振子的尺寸规格给定，改变输入信号的电压幅值，v振子触头的振幅同样会改变，所以也可以通过改变输入信号电压幅值来改变电机输出性能(扭矩和转速)。

实施例六

此实施例中，v振子的尺寸规格给定，改变两两v振子激励电压相位差，也可以改变椭圆轨迹大小即振子触头振幅大小，进而调控电机输出性能(扭矩和转速)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。