一种三足旋转型超声电机

本发明属于智能电机技术领域，具体为一种三足旋转型超声电机。

背景技术：

超声电机因为具有响应快、高精度、大力矩等特点，因此在医疗器械、智能制造、航空航天等领域具有广泛的应用。传统的旋转型超声电机具有功率输出小、工作效率低，使用寿命短等缺点和不足。系统集成化需要电机同时能够具有较大作动行程的同时实现高精度的定位，在较小的体积实现大推力，这需要进行新原理压电作动的研究，从而实现性能的显著提升。

现阶段超声电机难以兼顾结构体积和输出性能，小体积的超声电机普遍功率较低，输出力较小，而能够输出较大力矩的超声电机体积和重量往往较大，结构和装配也较为复杂，因此，设计出能够在有限空间实现较大的力的输出，对于超声电机的应用与发展具有重要的意义。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明公开了一种三足旋转型超声电机，具有小巧轻盈、噪音小、不受磁场干扰、方便控制使用。

为了达到以上目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了一种三驱动足旋转型超声电机，电机包括上端盖、轴承、定子保持架、定子、转子和下端盖；上端盖与下端盖之间设有轴承、定子、转子、定子保持架，且上端盖与下端盖之间通过装配螺栓连接，所述上端盖与下端盖上设有位置一致的中心通孔和螺栓固定孔，且以中心通孔为中心点呈圆周均匀分布；所述转子的两端面的中心处均设有转轴，其中一面的转轴穿过下端盖的中心通孔，另一面的转轴穿过定子、轴承、定子保持架，最后穿过上端盖的中心通孔，所述上端盖与下端盖的螺栓固定孔之间设有装配螺栓；定子通过固定螺栓固定连接定子保持架；定子保持架包括中心通孔、螺栓安装孔，定子保持架的中心通孔的位置与定子的圆形通孔的位置一致，定子保持架上的螺栓安装孔的位置与定子上的螺栓安装孔的位置一致。这样使得定子与定子固定架通过固定螺栓稳固的连接。

进一步的，所述螺栓通孔设置3个，对应的装配螺栓设置3个。3个螺栓的设置使得安装更牢固。

进一步的，所述螺栓安装孔设置3个，对应的固定螺栓设置3个。3个螺栓的设置使得安装更牢固

进一步的，所述上端盖的中心通孔的直径大于或等于下端盖的中心通孔的直径。

进一步的，所述定子包括一个三角形弹性基体和六片压电陶瓷片，弹性基体为等边三角形，三个角的顶端部分别设置一个凸起的长方形驱动足，每一侧边处分别设有两个长形的通孔槽，且通孔槽与侧边平行，弹性基体的中间设有一个圆形通孔；压电陶瓷片为直角三角形，并通过环氧树脂胶粘贴在弹性基体上，压电陶瓷片包括3组，每一组压电陶瓷片包括对称设置的两个压电陶瓷片，且两个对称设置的两个压电陶瓷片的对称线为弹性基体的角中心线，每一组压电陶瓷片分别分布在弹性基体的三个角。

进一步的，每个压电陶瓷片的斜边的尺寸小于或等于弹性基体的斜边的一半。同时，在三角形弹性基体上设有螺栓安装孔，方便定子与定子保持架固定连接。

进一步的，弹性基体为等边三角形，边长为26mm。

进一步的，弹性基体的圆形通孔的直径为5mm。

进一步的，长形的通孔槽的具体的尺寸为：长4mm，宽1.5mm，且通孔槽的中心线与侧边的距离为1.5mm。

本发明的工作原理：当对电机施加激励电压后，由于每一顶角区域的压电陶瓷分别做伸长和收缩运动，会使得三角形基体顶部发生扭转，三个驱动足将会向同一方向做水平摇摆运动；然后顶部区域压电陶瓷均做收缩运动，这时由于定子基体一侧受力金属体向上弯曲，三个驱动足均朝受力方向运动；接着压电陶瓷做分别反方向进行伸缩运动，驱动足朝相反方向继续摇摆运动；最后，由于压电陶瓷的扩张导致金属基板向不受力一侧弯曲，三个驱动足均朝此方向运动，形成了三个完整的椭圆运动。由于驱动足运动方式的特殊性，导致驱动足可以分别在xy和yz两个相互垂直的平面内形成的椭圆运动。只是两种椭圆运动方向相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.提供了一种新的三足旋转型超声电机，弥补了现有电机的缺陷，具有具有小巧轻盈、噪音小、不受磁场干扰、方便控制使用等优势。

2.本发明的超声电机具有使用寿命长、使用安全稳定的优势。

3.本发明的超声电机具有大的力矩输出，运行稳定的优势。

4.本发明的超声电机具有较大的输出功率，较高的位移精度。

附图说明

图1为本发明的定子结构图。

图2为本发明的定子俯视结构图。

图3为本发明的定子仰视结构图。

图4为本发明的面外b10的弯曲振动模态图。

图5为本发明的面外b03的弯曲振动模态图。

图6为本发明的运动方式图。

图7为本发明的电机装配体爆炸图。

图8为本发明的立体图。

附图标记列表：1.下端盖;2.转子;3.定子;4.定子保持架；5.装配螺栓；6.上端盖；7.固定螺栓；8.轴承。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

如图7、8所示，本发明公开了一种三驱动足旋转型超声电机。电机包括上端盖1、轴承8、定子保持架4、定子3、转子2和下端盖1。上端盖1与下端盖6之间设有轴承8、定子3、转子2、定子保持架4，且上端盖6与下端盖1之间通过装配螺栓5连接，所述上端盖6与下端盖1上设有位置一致的中心通孔和螺栓固定孔，所述螺栓通孔设置3个，且以中心通孔为中心点呈圆周均匀分布。所述上端盖6的中心通孔的直径大于下端盖1的中心通孔的直径。所述转子2的两端面的中心处均设有转轴，其中一面的转轴穿过下端盖的中心通孔，另一面的转轴穿过定子3、轴承8、定子保持架4，最后穿过上端盖6的中心通孔，所述上端盖6与下端盖1的螺栓固定孔之间设有装配螺栓5。定子3通过固定螺栓7固定连接定子保持架4。

定子保持架4包括中心通孔、螺栓安装孔，定子保持架4的中心通孔的位置与定子3的圆形通孔的位置一致，定子保持架4上的螺栓安装孔的位置与定子3上的螺栓安装孔的位置一致，这样使得定子3与定子固定架4通过固定螺栓稳固的连接。

如图1、2、3所示，该电机的定子3是由一个三角形弹性基体和六片压电陶瓷片组成。弹性基体为等边三角形，三个角的顶端部分别设置一个凸起的长方形驱动足。每一侧边处分别设有两个长形的通孔槽，且通孔槽与侧边平行。弹性基体的中间设有一个圆形通孔。压电陶瓷片为直角三角形，并通过环氧树脂胶粘贴在弹性基体上，压电陶瓷片包括3组，每一组压电陶瓷片包括对称设置的两个压电陶瓷片，且两个对称设置的两个压电陶瓷片的对称线为弹性基体的角中心线，每一组压电陶瓷片分别分布在弹性基体的三个角，且每个压电陶瓷片的斜边的尺寸小于或等于弹性基体的斜边的一半。同时，在三角形弹性基体上设有螺栓安装孔，方便定子与定子保持架固定连接。

在本实施例中，弹性基体为等边三角形，边长为26mm。

在本实施例中，弹性基体的圆形通孔的直径为5mm。

在本实施例中，长形的通孔槽的具体的尺寸为：长4mm，宽1.5mm，且通孔槽的中心线与侧边的距离为1.5mm。

三足电机采用面外b10的弯曲振动模态和面外b03的弯扭振动模态，具体振动形态见图4及图5。b10弯曲振动模态提供的是竖直方向的位移分量，b03弯扭振动模态提供的是水平位移分量，当两个方向的相位差为90°时，由于定子采用对称结构设计，三个驱动足会同时形成同步椭圆运动，驱动转子转动。

运动机理说明：当对电机施加激励电压后，由于每一顶角区域的压电陶瓷分别做伸长和收缩运动，会使得三角形基体顶部发生扭转，三个驱动足将会向同一方向做水平摇摆运动；然后顶部区域压电陶瓷均做收缩运动，这时由于定子基体一侧受力金属体向上弯曲，三个驱动足均朝受力方向运动；接着压电陶瓷做分别反方向进行伸缩运动，驱动足朝相反方向继续摇摆运动；最后，由于压电陶瓷的扩张导致金属基板向不受力一侧弯曲，三个驱动足均朝此方向运动，形成了三个完整的椭圆运动。由于驱动足运动方式的特殊性，导致驱动足可以分别在xy和yz两个相互垂直的平面内形成的椭圆运动。只是两种椭圆运动方向相反，具体运动方式如图6所示。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。