[发明专利]共轴并联式双定子双转子超声波电机

说明书

技术领域

本发明是一种环形行波型超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术

超声波电机是一种具有全新驱动原理的电机，与传统电磁电机相比，超声波电机不再使用线圈，采用压电陶瓷逆压电效应和定转子间摩擦耦合来完成电机从电能到转矩输出能量的转换。因此超声波电机相对电磁电机具有响应快、低速大转矩、无输入自锁、不受电磁干扰等优点。

行波型超声波电机利用的是弯曲-弯曲振动模态，定、转子间的接触是局部面接触，定子连续推动转子旋转，大大降低了定、转子接触界面的磨损，传动效率高。但是，由于行波型超声波电机的定、转子之间是局部接触，使得输出转矩较小。

由于环形行波型超声波电机除拥有超声波电机的响应快、低速大转矩、无输入自锁、不受电磁干扰等优点之外，还具有寿命长、传动效率高等优点，所以具有极其广阔的应用前景。但是，它的工作方式是利用定、转子之间的局部接触，让定子连续推动转子旋转，使得它的输出转矩较小。如何在保证环形行波型超声波电机各种优点不受影响的基础上，提高其输出转矩一直是这一领域关注的焦点。

传统的环形行波型超声波电机为了提高其输出转矩，最常用的方法是增加电机的直径和电机的轴向压力。增加电机的直径实际上就是增加了电机的接触面，从而提高了电机的输出转矩。但是，这样一来也就大大增加了电机的体积，一般情况下都不会被采用。加大电机的轴向压力，同样可以提高电机的输出转矩，但是随着轴向压力的增加，电机的摩擦损耗也会相应增加，导致电机的寿命减小。

除以上两种常见方法之外，还有许多通过改变电机结构来实现增加输出转矩的方法。如一种双面齿结构的环形行波型超声波电机，在定子两侧放置两个转子，通过定子与其两侧转子的摩擦提供输出转矩。由于定子的两面都与转子有摩擦接触，从而增加了接触面，提高了电机的输出转矩。但是，在这一结构中，采用的是转子不动，而粘结压电陶瓷的定子旋转方式，因此定子上粘接的压电陶瓷需要通过电刷将驱动电信号引入，大大降低了电机工作的可靠性。另外一种双定子环形行波型超声波电机，采用了两个定子夹一个转子的方式，由定子通过摩擦接触推动转子旋转，由于有两个定子共同推动一个转子，因此将增加电机的输出力矩；但是，两个定子同时推动一个转子，会使得两个定子的振动发生叠加或互相抵消，降低电机的工作效率。还有一种通过柔性连轴器将两个电机连接起来的运行方式，两个电机通过柔性轴连接，共同驱动同一根轴，将增加电机轴上的输出转矩；但是由于两个电机之间使用的是柔性连轴器连接，两个电机的轴将会出现不同心的情况，使得电机的径向振动增大，降低了电机工作的稳定性。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种体积小、力矩大、效率高、寿命长、能可靠稳定工作的共轴并联式行波型双定子双转子超声波电机。本发明使用传统行波型超声波电机的驱动电源为两个定子上的压电陶瓷以并联方式提供驱动电压，在不增加电机直径基础上，利用机械零件加工的一致性和优化选择，保证两个定子性能一致，通过同轴的两套定、转子的工作，提高输出转矩的同时保证其寿命、效率、可靠性及稳定性不受影响。

技术方案：本发明是一种共轴并联式双定子双转子超声波电机，包括一个转轴、两个定子和两个转子，以及安装固定底座和端盖，其特征在于该电机为上下对称的结构，转轴穿过上部的端盖与下部的底座，其中：在下部的底座内固定有第一定子，在第一定子外侧设有第一摩擦材料，在第一定子内侧设有第一压电陶瓷，第一转子的中间经第一配合垫片固定在转轴上；在上部的端盖内固定有第二定子，在第二定子外侧设有第二摩擦材料，内侧设有第二压电陶瓷，第二转子的中间经第二配合垫片固定在转轴上。

所述的第一压电陶瓷、第二压电陶瓷采用同一个电源并联驱动。

所述的转轴由固定在下部的底座上的第一轴承和固定在上部的端盖上的第二轴承将其夹住，提高电机轴向耐振动冲击能力。

有益效果：本发明提供的一种共轴并联式双定子双转子超声波电机既不需要连轴器，也不需要电刷滑环。它消除了由连轴器带来的电机径向滑动，进而减小了电机的振动。它使用共轴、两套独立的定、转子，与标准的环形行波型超声波电机相比，在驱动电源、电机直径、效率、寿命、可靠性和稳定性不变的基础上，体积增加不到20％，输出力矩在理想情况下可提高一倍。

本发明的电机通过改变轴的结构，其轴向耐振动冲击能力获得明显提高。