[实用新型]弯振子激励的旋转超声电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种弯振子激励的旋转超声电机，属超声电机领域。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动，依靠摩擦力驱动的新型作动器。旋转型超声电机属于超声电机的一种。与传统电磁电机相比，超声电机具有大转矩质量比、快速响应、精密定位和无电磁干扰等优点，在生物医疗、精密驱动、光学器件以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。 

检索现有面内行波的旋转超声电机专利发现，实现面内行波的方式主要有两种：采用贴片式压电陶瓷激励和采用夹心振子方式激励。贴片式激励需要在金属环体表面铣出平面，这样不利于对称型面内行波的形成并且对粘贴工艺的要求较高；夹心振子式激励广泛采用纵振子激发定子的面内振动，振子的法向安装方式占用了较多空间，不利于结构的小型化。目前有采用纵振和弯振两种异型模态共同作用激发面内行波的新型旋转超声电机。申请号为200910212678.5公开的一种面内行波旋转超声电机采用一个耦合纵弯两种振型的振子激发圆环的面内弯曲行波运动，该电机结构的优点是结构简单，加工工艺性好，但振子的法向布局不利于电机的微型化且定子的安装和夹持方式对其振动模态有较大影响。申请号为200910072818.3公开的一种纵弯复合式圆筒形旋转超声电机同样采用一个具有纵弯复合模态的夹心式换能器激发圆筒的面内行波运动，其特点是夹心振子位于圆筒的切向位置，采用两个悬臂结构与圆筒相连，该电机的优点是结构紧凑， 但对悬臂部位的加工精度和装配要求较高。另外，单一振子耦合两种异型模态的设计较为复杂，要求采用不同类型的陶瓷片，且两种模态在相同激励情况下很难达到振幅一致。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，目的在于提供一种能够实现正反向旋转运动并具有大功率输出特性的超声电机，电机本体具有性能稳定，输出功率大，结构紧凑，对陶瓷片的要求较单一，加工和装配要求较低的特点。

为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种弯振子激励的旋转超声电机，包括定子组件、转子组件以及沿定子组件轴向放置的转动轴，且定子组件与转子组件同轴设置；所述定子组件包括金属圆环体以及四个压电弯振子；所述金属圆环体包括上部圆环，上部圆环的外壁周向均布四个连接足，该四个连接足与四个压电弯振子一一对应连接，且该四个压电弯振子绕金属圆环体的中心轴呈90°旋转均布，同时各压电弯振子的长度方向与上部圆环的周向相切。

所述上部圆环的内腔呈相背设置的双锥面结构，且该双锥面结构的两锥面均等距开设齿槽，所述转子组件包括分体设置的上转子和下转子，上转子、下转子分别与双锥面结构的两锥面相触，且上转子、下转子与双锥面结构的接触面均呈锥面设置；所述上转子通过预紧设置的弹性连接件安装在转动轴上，而下转子则与转动轴固定。

所述金属圆环体还包括下部固定圆环，该下部固定圆环通过中部支撑壁与上部圆环连接。

所述压电弯振子包括前端盖、弯振压电组件、尾部配重块以及螺纹紧固件；弯振压电组件通过螺纹紧固件与前端盖固紧，尾部配重块压设在弯振压电组件与螺纹紧固件的螺帽之间；弯振压电组件为两分区激励结构，包括弯振压电陶瓷片以及电极片；所述弯振压电陶瓷片以及电极片均为偶数片，且弯振压电陶瓷片与电极片相间设置，各弯振压电陶瓷片的极化边界同位设置，同时相邻的两弯振压电陶瓷片的正负极化区交替布置。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、本实用新型采用弯振子激发上部圆环的面内弯曲振动，且压电弯振子的长度方向与金属圆环的外圆周侧面相切，同时压电弯振子的数量为四个，绕上部圆环的中心轴呈90度旋转均布，这种布局结构紧凑，激发的模态振型相同，并且有助于提高输出功率；

2、金属圆环体的上部圆环和下部固定环之间具有一段中部支撑薄壁结构，这种设计有助于定子的安装和夹持，并且对其振动模态影响较小；

3、本实用新型将由纵振子激发的面内弯曲振动改为弯振子激发的面内弯曲振动，夹心振子的振动模态的转变主要是由于振子安装布局的转变所决定：经有限元计算，切向布局的振子其弯振模态更易激发定子金属圆环的面内弯曲振动，并且模态频率较低，谐波响应计算的振幅较高，有助于提高电机的输出转速和扭矩。与耦合两种模态的设计相比，夹心振子的单一模态设计使得定子的结构设计较为灵活，方便，并且有助于多振子在同一振动模态下激发金属圆环体的面内弯曲振动。