[发明专利]突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机，属于超声波微电机设 计技术领域。

背景技术

模态转换型电机是一种针对大力矩、单一旋向等特殊需求的超声电机，依靠模态转换 机构来产生能驱动转子旋转的振动模态。一般情况下，作为驱动力源的振动采用机电转换 能力较高的纵振子来完成，所以该类型电机的转换效率较高，适于大功率输出。该种电机 的主要部分是定子帽振动模态的转换机构和定子对转子的拨动机构。一般模态转换电机均 为单路电信号驱动。

1985年Akio Kumada提出了一种定子12上具有单梁121结构的模态转换电机。接一 路电信号就可以使压电片11的纵向振动通过凹槽123和弯曲盘122转化为定子梁121的 扭转振动，如图1a和1b所示。驱动转子13单向旋转。因为单一梁与转子接触不稳定， 噪声大，所以清华大学声学实验室对Akio Kumada的设计做出了改进，如图1c所示。设 计定子上具有三梁结构的模态转换型电机定子。由于三个底端凹槽123，使底部的纵振动 通过弯曲板122转换为三个梁121的扭转振动，以驱动与其接触的转子转动。这种设计有 效的降低了噪声和提高了稳定性，但缺点是加工工艺太复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机，改变已有模 态转换电机的结构，使凹槽与突齿在同一侧向加工，以提高加工精度，简化加工工艺；在 纵弯模态转换型超声电机中采用双转子结构，省去轴承，双端轴输出，以增加输出力矩。

本发明提出的突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机，包括第一转子、第二转 子、定子、旋转轴、底盘和螺管，所述的第一转子、螺管和第二转子依次由上而下套装在 旋转轴上后置于底盘上，所述的定子拧紧在螺管上，定子由第一定子帽、第一压电片、第 二压电片和第二定子帽依次相叠合组成；螺母通过弹簧对第一转子和第二转子施加预压 力。

上述超声电机中，第一定子帽和第二定子帽的结构为圆台形，圆台上带有多个齿形突 起，多个齿形突起的同一侧开有凹槽。其中齿形突起的截面为扇形、梯形或矩形。齿形突 起的与凹槽相对的另一面可以为斜面。

上述超声电机中，第一压电片和第二压电片为多层压电陶瓷堆、两片单层陶瓷片或4 片单层陶瓷片中的任何一种夹心结构。

本发明提出的突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机，采用双转子结构，省去 轴承，双端输出，可以单向旋转，而且力矩大，输出力矩比单转子可增加30％以上。本发 明提出的超声电机可广泛应用在工业、国防和医疗设备中作为驱动源。如果在本发明的超 声电机中使用耐高低温的压电片，则可使本发明的超声电机应用于高低温极端环境。

附图说明

图1是已有的模态转换型超声电机的结构示意图，其中(a)是已有的Akio Kumada 单梁结构的模态转换型电机，(b)是单梁结构的模态转换型电机定子帽，(c)是定子上具 有三梁结构的模态转换型电机定子帽。

图2是本发明提出的突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机的结构示意图。

图3是本发明的突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机的定子帽，其中(a) 是扇形突齿，(b)是斜形突齿。

图4是四个带斜形齿-凹槽结构的纵弯模态转换型单转子超声电机的结构示意图。

图5是本发明超声电机的纵弯模态转换型定子的有限元分析模型。

图2-图4中，1是压电片(第一压电片和第二压电片)，2是定子帽(第一定子帽和 第二定子帽)，3是转子(第一转子和第二转子)，4是旋转轴，5是螺母，6是底盘，7是 弹簧，8是轴承，9是螺管，21是定子帽上的扇形突齿，22是扇形突齿一侧的凹槽，23 是斜形突齿，24是斜形突齿一侧的凹槽。

具体实施方式

本发明提出的突齿带凹槽的纵弯模态转换型双转子超声电机，其结构如图2所述，包 括第一转子3、第二转子3、定子、旋转轴4、底盘6和螺管9。第一转子3、螺管9和第 二转子3依次由上而下套装在旋转轴4上后置于底盘6上。定子通过定子帽拧紧在螺管9 上，定子由第一定子帽2、第一压电片1、第二压电片1和第二定子帽2依次相叠合组成。 螺母5通过弹簧7对第一转子3和第二转子3施加预压力。