專利名稱：彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子及使用該定子的超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子及使用該定子的超聲電 機(jī)，屬于壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景壓電超聲電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超 聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn) 運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的 宏觀運(yùn)動(dòng)，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無(wú)需變速機(jī)構(gòu)、無(wú)電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷 電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，作為一種壓電驅(qū)動(dòng)器有著十分廣泛的應(yīng)用。出于激勵(lì)原理的 簡(jiǎn)單性和理論分析方法的簡(jiǎn)便性，目前壓電超聲電機(jī)大多采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)，由于受壓電陶瓷的d31模式機(jī)電耦合效率 和陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低，以及膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵(lì) 方式使得超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制約。 發(fā)明內(nèi)容為了解決現(xiàn)有超聲電機(jī)存在的由于采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片 的方式進(jìn)行激勵(lì)而導(dǎo)致的機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種彎 振夾心換能器式圓盤(pán)定子及使用該定子的超聲電機(jī)。本發(fā)明的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，由上端圓盤(pán)、下端圓盤(pán)和偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器組成；所述偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器對(duì)稱固定在上端圓盤(pán)和下 端圓盤(pán)之間，每個(gè)彎振夾心換能器由前端蓋、后端蓋、絕緣套、兩對(duì)壓電陶 瓷片、法蘭、預(yù)緊軸和薄銅片電極組成；前端蓋和后端蓋是截面為矩形并逐 漸變細(xì)的四棱柱體，前端蓋的小端面和上端圓盤(pán)的下端面固定連接，后端蓋 的小端面和下端圓盤(pán)的上端面固定連接；所述縱振換能器包含四片壓電陶瓷 片，每片壓電陶瓷片對(duì)稱切分成左半片壓電陶瓷和右半片壓電陶瓷片，各壓 電陶瓷片沿厚度方向極化，每對(duì)壓電陶瓷片中的左半片壓電陶瓷片與右半片 壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰兩片左半片壓電陶瓷片的極化方向相反， 相鄰兩片右半片壓電陶瓷片的極化方向相反；所述每對(duì)壓電陶瓷片中的兩片壓電陶瓷片之間、上端壓電陶瓷片和法蘭之間以及下端壓電陶瓷片與后端蓋大端之間均固定有薄銅片電極；兩對(duì)壓電陶瓷片分別位于法蘭的兩側(cè)，所述 法蘭的中心加工有方形孔;所述預(yù)緊軸兩端分別加工有第一螺柱和第二螺柱， 第一螺柱和第二螺柱的螺紋方向相反，預(yù)緊軸的中間軸段橫截面為方形；預(yù) 緊軸裝設(shè)在彎振夾心換能器的內(nèi)部中心。兩對(duì)壓電陶瓷片、法蘭和薄銅片電 極通過(guò)預(yù)緊軸和預(yù)緊軸兩端的第一螺柱和第二螺柱與前端蓋的大端和后端蓋 的大端緊固連接為一體，預(yù)緊軸與法蘭連接采用間隙配合；在每片壓電陶瓷 片、薄銅片電極與第一螺柱、第二螺柱之間固定有絕緣套。使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)，它由定子、轉(zhuǎn)子組件和末 端外罩、中伺外罩、前端基座、第一螺釘組、第二螺釘組、第三螺釘組、軸 承、預(yù)緊墊圈、第四螺釘組和端蓋組成；定子組件和轉(zhuǎn)子組件通過(guò)安裝在前 端基座上的軸承與前端基座轉(zhuǎn)動(dòng)連接；定子組件通過(guò)下端面法蘭和第一螺釘 組固定在前端基座上，中間外罩的兩端分別通過(guò)第一螺釘組和第二螺釘組固 定在下端面法蘭和上端面法蘭上，末端外罩通過(guò)第三螺釘組固定在上端面法 蘭上；軸承通過(guò)預(yù)緊墊圈、端蓋和第四螺釘組實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述轉(zhuǎn)子組件由帶 軸轉(zhuǎn)子、無(wú)軸轉(zhuǎn)子、聯(lián)接鍵、耐磨襯圈、橡膠墊、碟形彈簧和鎖緊螺母組成; 所述無(wú)軸轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)接鍵固定在帶軸轉(zhuǎn)子的力矩輸出軸上；帶軸轉(zhuǎn)子和無(wú)軸 轉(zhuǎn)子與彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子上端圓盤(pán)的上端面和下端圓盤(pán)的下端面相 接觸的端面分別固定有耐磨襯圈，在無(wú)軸轉(zhuǎn)子的下面采用橡膠墊、碟形彈簧 和鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)帶軸轉(zhuǎn)子和無(wú)軸轉(zhuǎn)子的預(yù)緊。本發(fā)明提供的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，當(dāng)圓盤(pán)工作在《階彎振模態(tài) 時(shí)(其中"為^^f^")，本發(fā)明提供的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子所含彎振換 能器個(gè)數(shù)最多為4"，任意兩個(gè)彎振換能器分布位置之間的夾角《滿足 《=90°><加/"，其中附€{1，2,...，4"-1},所有彎振換能器分為兩組進(jìn)行激勵(lì)， 同組任意兩個(gè)彎振換能器分布位置之間的夾角《滿足6>2=180°xm/"，其中 me{l,...,2"-l}，可根據(jù)實(shí)際需要的輸出力矩和尺寸限制靈活的選擇圓盤(pán)定 子彎振模態(tài)的階數(shù)和換能器個(gè)數(shù)。利用壓電陶瓷片的縱向振動(dòng)在夾心換能器 中激勵(lì)出彎曲振動(dòng)，通過(guò)控制輸入激勵(lì)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩組換能器在上端圓盤(pán)上 激勵(lì)出兩個(gè)幅值相等、在時(shí)間和空間上均相差;r/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng)疊加在上端圓盤(pán)上形成行波；同時(shí)實(shí)現(xiàn)在下端圓盤(pán)上激勵(lì)出兩個(gè) 幅值相等、在時(shí)間和空間上均相差/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng) 疊加在下端圓盤(pán)上也形成行波；上端圓盤(pán)上的行波和下端圓盤(pán)上的行波方向 相同；在激勵(lì)出行波后，定子驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過(guò) 定子驅(qū)動(dòng)齒和轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出。本發(fā)明通過(guò)調(diào) 整前/后端蓋兩個(gè)端面的面積比值、前/后端蓋矩形截面兩邊比值、前/后端蓋 長(zhǎng)度、圓盤(pán)內(nèi)徑尺寸以及圓盤(pán)外徑尺寸實(shí)現(xiàn)換能器彎振固有頻率和圓盤(pán)彎振 固有頻率之間的簡(jiǎn)并。壓電陶瓷元件采用夾心結(jié)構(gòu)，采用壓電陶瓷高機(jī)電耦 合效率的(133模式工作，解決粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機(jī)機(jī)電耦合效率 低、機(jī)械輸出能力差的問(wèn)題。換能器前端蓋和上端圓盤(pán)相連，換能器后端蓋 和下端圓盤(pán)相連，充分利用了換能器產(chǎn)生的彎曲振動(dòng)，提高了定子效率。通 過(guò)前端蓋與上端圓盤(pán)以及后端蓋與下端圓盤(pán)的一體化構(gòu)型，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，提 高了圓盤(pán)彈性體表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡的可控性，消除采用其它方式聯(lián)接換能器 和圓盤(pán)對(duì)定子振動(dòng)波形^f帶來(lái)的不利影響。前端蓋和后端蓋采用變截面設(shè)計(jì) 起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)的振幅和振速，使得電機(jī) 性能得到提高。本發(fā)明提供的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子超聲電機(jī)通過(guò)在上端圓 盤(pán)和下端圓盤(pán)上激勵(lì)出方向相同的行波，定子驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng) 軌跡，通過(guò)帶軸轉(zhuǎn)子與上端圓盤(pán)驅(qū)動(dòng)齒以及無(wú)軸轉(zhuǎn)子與下端圓盤(pán)驅(qū)動(dòng)齒之間 的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出，由于具有兩個(gè)圓盤(pán)同時(shí)參與至動(dòng), 可成倍的提高電機(jī)輸出力矩；轉(zhuǎn)子表面粘接了耐磨襯圈，耐磨襯圈和定子齒 采用錐面接觸，增加了接觸區(qū)域，可提高電機(jī)輸出力矩，延長(zhǎng)使用壽命，有 效的消除噪聲；通過(guò)上下兩個(gè)定子齒錐面實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子組件的定位；通過(guò)安裝 在基座上的軸承實(shí)現(xiàn)定子組件和轉(zhuǎn)子組件的定位，降低徑向載荷對(duì)電機(jī)輸出 特性的影響。本發(fā)明提供的定子和超聲電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、機(jī)電耦合效率 高、可實(shí)現(xiàn)大力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明提出的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)包含4個(gè)彎振換能器時(shí)的縱剖視圖；圖2為圖1的A-A剖視圖；圖3為本發(fā)明提出 的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子包含4個(gè)彎振換能器時(shí)的主視圖；圖4為本發(fā) 明提出的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)包含4個(gè)彎振換能器時(shí) 的主視圖；圖5是圖1中的四個(gè)彎振夾心換能器中的壓電陶瓷片極化方向示 意圖；圖6 圖9是圖3所示的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子包含4個(gè)彎振換 能器時(shí)在兩組夾心換能器采用幅值相等、頻率為換能器自身彎振諧振頻率、 相位差為+卯°的交流電壓信號(hào)激勵(lì)情況下一個(gè)完整振動(dòng)周期內(nèi)的振型變化 示意圖(即V「Acos(2;rt/T)， V2=Asin(2;rt/T)， V0=0， V,為第一組夾心換 能器的電壓激勵(lì)信號(hào)，V2為第二組夾心換能器的電壓激勵(lì)信號(hào)，A為激勵(lì)電 壓信號(hào)幅值，T為激勵(lì)電壓信號(hào)周期，t為時(shí)間)，該圖為定子周向展開(kāi)圖， 為定子九階彎振模態(tài)的振型變化示意圖；圖6為t^T (n=0,l,2...)時(shí)刻的定 子振型示意圖；圖7為t-(n+l/4)T (n=0，l，2...)時(shí)刻的定子振型示意圖；圖 8為t-(n+l/2)T (n=0，l，2...)時(shí)刻的定子振型示意圖；圖9為t氣n+3/4)T (ri=0,l,2...)時(shí)刻的定子振型示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，由上端圓盤(pán) 1-1-1、下端圓盤(pán)1-7-1和偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器1-8組成；所述偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器1-8對(duì)稱固定在上端圓盤(pán)1-1-1和下端圓盤(pán)1-7-1之間，每個(gè)彎振 夾心換能器1-8由前端蓋1-1-4、后端蓋1-7-4、絕緣套1-2、兩對(duì)壓電陶瓷片 l-3、法蘭l-4、預(yù)緊軸1-5和薄銅片電極1-6組成;前端蓋1-1-4和后端蓋1-7-4 是截面為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，前端蓋1-1-4的小端面和上端圓盤(pán) 1-1-1的下端面固定連接，后端蓋1-7-4的小端面和下端圓盤(pán)1-7-1的上端面 固定連接；所述縱振換能器1-8包含四片壓電陶瓷片1-3，每片壓電陶瓷片 1-3對(duì)稱切分成左半片壓電陶瓷片1-3-1和右半片壓電陶瓷片1-3-2，各壓電 陶瓷片1-3沿厚度方向極化，每對(duì)壓電陶瓷片1-3中的左半片壓電陶瓷片1-3-1 與右半片壓電陶瓷片1-3-2的極化方向相反，相鄰兩片左半片壓電陶瓷片 1-3-1的極化方向相反，相鄰兩片右半片壓電陶瓷片1-3-2的極化方向相反； 所述每對(duì)壓電陶瓷片1-3中的兩片壓電陶瓷片1-3之間、上端壓電陶瓷片1-3 和法蘭l-4之間以及下端壓電陶瓷片1-3與后端蓋1-7-4大端之間均固定有薄8銅片電極l-6;兩對(duì)壓電陶瓷片l-3分別位于法蘭l-4的兩側(cè)，所述法蘭l-4 的中心加工有方形孔;所述預(yù)緊軸1-5兩端分別加工有第一螺柱1-5-1和第二 螺柱1-5-2，第一螺柱1-5-1和第二螺柱1-5-2的螺紋方向相反，預(yù)緊軸1-5 的中間軸段橫截面為方形；預(yù)緊軸1-5裝設(shè)在彎振夾心換能器1-8的內(nèi)部中 心。兩對(duì)壓電陶瓷片1-3、法蘭1-4和薄銅片電極1-6通過(guò)預(yù)緊軸1-5和預(yù)緊 軸1-5兩端的第一螺柱1-5-1和第二螺柱1-5-2與前端蓋1-1-4的大端和后端 蓋1_7_4的大端緊固連接為一體，預(yù)緊軸1-5與法蘭1-4連接采用間隙配合； 在每片壓電陶瓷片1-3、薄銅片電極1-6與第一螺柱1-5-1、第二螺柱1-5-2 之間固定有絕緣套1-2。參見(jiàn)圖l、圖2、圖3和圖5，是帶有四個(gè)換能器的彎振夾心換能器式圓 盤(pán)定子的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施方式所述的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的工作原理是本發(fā)明提 供的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子采用沿厚度方向極化的壓電陶瓷片實(shí)現(xiàn)彎振 夾心換能器的彎曲振動(dòng)。通過(guò)調(diào)整前/后端蓋兩個(gè)端面的面積比值、前/后端 蓋矩形截面兩邊比值、前/后端蓋長(zhǎng)度、圓盤(pán)內(nèi)徑尺寸以及圓盤(pán)外徑尺寸實(shí)現(xiàn) 彎振夾心換能器彎振固有頻率和圓盤(pán)彎振固有頻率之間的簡(jiǎn)并。前端蓋和后 端蓋采用變截面設(shè)計(jì)起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)的振 幅和振速，使得電機(jī)性能得到提高。彎振夾心換能器采用與自身彎振諧振頻 率相同頻率的交流電壓來(lái)激勵(lì)，所有彎振夾心換能器分為兩組進(jìn)行激勵(lì)，如 圖6 圖9所示，兩組彎振夾心換能器采用幅值相等、頻率為換能器自身彎 振諧振頻率、相位差為+90°的交流電壓信號(hào)激勵(lì)時(shí)，利用壓電陶瓷片的縱向 振動(dòng)在夾心換能器中激勵(lì)出彎曲振動(dòng)；進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在上端圓盤(pán)上激勵(lì)出兩個(gè)幅 值相等、在時(shí)間和空間上均相差;r/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng)疊 加在上端圓盤(pán)上形成行波；同時(shí)實(shí)現(xiàn)在下端圓盤(pán)上激勵(lì)出兩個(gè)幅值相等、在 時(shí)間和空間上均相差;r/2的彎振模態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)彎振模態(tài)響應(yīng)疊加在下端圓 盤(pán)上也形成行波；上端圓盤(pán)上的行波和下端圓盤(pán)上的行波方向相同；在激勵(lì) 出行波后，定子驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過(guò)定子驅(qū)動(dòng)齒和 轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出；如果調(diào)整兩路激勵(lì)信號(hào)的相 位差為-90°，可以改變行波的方向，最終實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子反向運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明提供的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子超聲電機(jī)由于具有兩個(gè)圓盤(pán)同時(shí)參與致動(dòng)，可成倍的提高電機(jī)輸出力矩；轉(zhuǎn)子表面粘接了耐磨襯圈，耐磨襯圈和定 子齒采用錐面接觸，增加了接觸區(qū)域，可提高電機(jī)輸出力矩，延長(zhǎng)使用壽命， 有效的消除噪聲。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖2、圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式一不同點(diǎn)在于所述前端蓋1-1-4和上端圓盤(pán)1-1-1、后端蓋1-7-4和 下端圓盤(pán)1-7-1分別采用一整塊金屬材料加工成端蓋/圓盤(pán)一體件。其它組成 和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。這種加工方式能夠起到減少能量損失的 目的，有利于提高驅(qū)動(dòng)齒表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡的可控性。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式一不同點(diǎn)在于所述上端圓盤(pán)1-1-1的上端面和下端圓盤(pán)1-7-1的下端面分別 加工有連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒，在上端圓盤(pán)1-1-1上端面的連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒上加工 有上端錐面1-1-5，在上端圓盤(pán)1-1-1的外側(cè)分別加工有上端面薄壁環(huán)1-1-2 和上端面法蘭1-1-3;在下端圓盤(pán)1-7-1下端面的連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒上加工有下 端錐面1-7-5，在下端圓盤(pán)1-7-1的外側(cè)分別加工有下端面薄壁環(huán)1-7-2和下 端面法蘭1-7-3。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式增 加的連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒有利于放大定子表面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡幅值，上端錐面1-1-5 和下端錐面1-7-5，有利于增加定子和轉(zhuǎn)子之間的接觸區(qū)域，提高輸出力矩。 上端面薄壁環(huán)1-1-2和下端面薄壁環(huán)1-7-2可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離，將 定子組件與外部構(gòu)件之間的連接對(duì)上端圓盤(pán)1-1-1和下端圓盤(pán)1-7-1的彎曲振 動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1、圖2和圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式 與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于所述壓電陶瓷片1-3與法蘭1-4的橫截面均為 矩形。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。本實(shí)施方式中的法蘭l-4、 壓電陶瓷片1-3的形狀能夠簡(jiǎn)化加工工藝。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1、圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式使用彎 振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)，它由定子、轉(zhuǎn)子組件和末端外罩3、 中間外罩4、前端基 座5、第一螺釘組6、第二螺釘組7、第三螺釘組8、軸 承9、預(yù)緊墊圈10、第四螺釘組11和端蓋12組成；定子組件和轉(zhuǎn)子組件通過(guò)安裝在前端基座5上的軸承9與前端基座5轉(zhuǎn)動(dòng)連接；定子組件通過(guò)下端 面法蘭1-7-3和第一螺釘組6固定在前端基座5上，中間外罩4的兩端分別 通過(guò)第一螺釘組6和第二螺釘組7固定在下端面法蘭1-7-3和上端面法蘭1- 1-3上，末端外罩3通過(guò)第三螺釘組8固定在上端面法蘭1-1-3上；軸承9 通過(guò)預(yù)緊墊圈10、端蓋12和第四螺釘組11實(shí)現(xiàn)預(yù)緊；所述轉(zhuǎn)子組件由帶軸 轉(zhuǎn)子2-l、無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2、聯(lián)接鍵2-3、耐磨襯圈2-4、橡膠墊2-5、碟形彈簧2- 6和鎖緊螺母2-7組成；所述無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2通過(guò)聯(lián)接鍵2-3固定在帶軸轉(zhuǎn)子 2-1的力矩輸出軸2-1-3上；帶軸轉(zhuǎn)子2-1和無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2與彎振夾心換能器 式圓盤(pán)定子上端圓盤(pán)1-1-1的上端面和下端圓盤(pán)1-7-1的下端面相接觸的端面 分別固定有耐磨襯圈2-4，在無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的下面采用橡膠墊2-5、碟形彈簧 2-6和鎖緊螺母2-7實(shí)現(xiàn)帶軸轉(zhuǎn)子2-1和無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的預(yù)緊。
具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式五不同點(diǎn)在于所述耐磨襯圈2-4采用高分子摩擦材料，并通過(guò)粘貼的方式 分別固定在帶軸轉(zhuǎn)子2-1的下表面和無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的上表面上。其它組成和 連接方式與具體實(shí)施方式
五相同。
具體實(shí)施方式
七結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式五不同點(diǎn)在于所述帶軸轉(zhuǎn)子2-1的下端面和無(wú)軸轉(zhuǎn)子2-2的上端面分別與 彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的上、下端圓盤(pán)梳狀驅(qū)動(dòng)齒的上端錐面1-1-5、下 端錐面1-7-5的錐度相同。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
五相同。通 過(guò)錐面配合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子組件的定位并且增加了接觸區(qū)域。
具體實(shí)施方式
八結(jié)合圖1、圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體 實(shí)施方式五不同點(diǎn)在于所述帶軸轉(zhuǎn)子2-1上下兩端分別加工有上端鍵槽2-1-1 和下端鍵槽2-1-2。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
五相同。上端鍵槽 2-1-1用于聯(lián)接檢測(cè)元件；下端鍵槽2-1-2用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出。
具體實(shí)施方式
九結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方 式五不同點(diǎn)在于所述前端基座5下端面的外側(cè)加工有螺紋孔5-1。其它組成 和連接方式與具體實(shí)施方式
五相同。螺紋孔5-l用于實(shí)現(xiàn)電機(jī)在機(jī)械系統(tǒng)中 的安裝。
權(quán)利要求
1. 彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，它由上端圓盤(pán)(1-1-1)、下端圓盤(pán)(1-7-1)和偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器(1-8)組成；所述偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器(1-8)對(duì)稱固定在上端圓盤(pán)(1-1-1)和下端圓盤(pán)(1-7-1)之間，其特征在于每個(gè)彎振夾心換能器(1-8)由前端蓋(1-1-4)、后端蓋(1-7-4)、絕緣套(1-2)、兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)、法蘭(1-4)、預(yù)緊軸(1-5)和薄銅片電極(1-6)組成；前端蓋(1-1-4)和后端蓋(1-7-4)是截面為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，前端蓋(1-1-4)的小端面和上端圓盤(pán)(1-1-1)的下端面固定連接，后端蓋(1-7-4)的小端面和下端圓盤(pán)(1-7-1)的上端面固定連接；所述彎振夾心換能器(1-8)包含四片壓電陶瓷片(1-3)，每片壓電陶瓷片(1-3)對(duì)稱切分成左半片壓電陶瓷片(1-3-1)和右半片壓電陶瓷片(1-3-2)，各壓電陶瓷片(1-3)沿厚度方向極化，每對(duì)壓電陶瓷片(1-3)中的左半片壓電陶瓷片(1-3-1)與右半片壓電陶瓷片(1-3-2)的極化方向相反，相鄰兩片左半片壓電陶瓷片(1-3-1)的極化方向相反，相鄰兩片右半片壓電陶瓷片(1-3-2)的極化方向相反；所述每對(duì)壓電陶瓷片(1-3)中的兩片壓電陶瓷片(1-3)之間、上端壓電陶瓷片(1-3)和法蘭(1-4)之間以及下端壓電陶瓷片(1-3)與后端蓋(1-7-4)大端之間均固定有薄銅片電極(1-6)；兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)分別位于法蘭(1-4)的兩側(cè)，所述法蘭(1-4)的中心加工有方形孔；所述預(yù)緊軸(1-5)兩端分別加工有第一螺柱(1-5-1)和第二螺柱(1-5-2)，第一螺柱(1-5-1)和第二螺柱(1-5-2)的螺紋方向相反，預(yù)緊軸(1-5)的中間軸段橫截面為方形；預(yù)緊軸(1-5)裝設(shè)在彎振夾心換能器(1-8)的內(nèi)部中心；兩對(duì)壓電陶瓷片(1-3)、法蘭(1-4)和薄銅片電極(1-6)通過(guò)預(yù)緊軸(1-5)和預(yù)緊軸(1-5)兩端的第一螺柱(1-5-1)和第二螺柱(1-5-2)與前端蓋(1-1-4)的大端和后端蓋(1-7-4)的大端緊固連接為一體，預(yù)緊軸(1-5)與法蘭(1-4)連接采用間隙配合；在每片壓電陶瓷片(1-3)、薄銅片電極(1-6)與第一螺柱(1-5-1)、第二螺柱(1-5-2)之間固定有絕緣套(1-2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，其特征在于所述 前端蓋(1-1-4)和上端圓盤(pán)(1-1-1)、后端蓋(l-7-4)和下端圓盤(pán)(l-7-l)分別采用一 整塊金屬材料加工成端蓋/圓盤(pán)一體件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，其特征在于所述 上端圓盤(pán)(l-l-l)的上端面和下端圓盤(pán)(l-7-l)的下端面分別加工有連續(xù)梳狀驅(qū) 動(dòng)齒，在上端圓盤(pán)(1-"1)上端面的連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒上加工有上端錐面(1-1_5),在上端圓盤(pán)(l-l-l)的外側(cè)分別加工有上端面薄壁環(huán)(l-l-2)和上端面法蘭 (1-1-3);在下端圓盤(pán)(l-7-l)下端面的連續(xù)梳狀驅(qū)動(dòng)齒上加工有下端錐面(l-7-5)， 在下端圓盤(pán)(l-7-l)的外側(cè)分別加工有下端面薄壁環(huán)(l-7-2)和下端面法蘭 (1-7-3)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子，其特征在于所述 壓電陶瓷片(l-3)與法蘭(l-4)的橫截面均為矩形。
5、 使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)，它由定子、轉(zhuǎn)子組件和 末端外罩(3)、中間外罩(4)、前端基座(5)、第一螺釘組(6)、第二螺釘組(7)、第 三螺釘組(8)、軸承(9)、預(yù)緊墊圈(IO)、第四螺釘組(11)和端蓋(12)組成；定子 組件和轉(zhuǎn)子組件通過(guò)安裝在前端基座(5)上的軸承(9)與前端基座(5)轉(zhuǎn)動(dòng)連接； 定子組件通過(guò)下端面法蘭(l-7-3)和第一螺釘組(6)固定在前端基座(5)上，中間 外罩(4)的兩端分別通過(guò)第一螺釘組(6)和第二螺釘組(7)固定在下端面法蘭 (l-7-3)和上端面法蘭(l-l-3)上，末端外罩(3)通過(guò)第三螺釘組(8)固定在上端面法 蘭(l-l-3)上；軸承(9)通過(guò)預(yù)緊墊圈(10)、端蓋(12)和第四螺釘組(11)實(shí)現(xiàn)預(yù)緊； 其特征在于所述轉(zhuǎn)子組件由帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)、無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)、聯(lián)接鍵(2-3)、耐磨 襯圈(2-4)、橡膠墊(2-5)、碟形彈簧(2-6)和鎖緊螺母(2-7)組成;所述無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2) 通過(guò)聯(lián)接鍵(2-3)固定在帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)的力矩輸出軸(2-l-3)上；帶軸轉(zhuǎn)子(2-l) 和無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)與彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子上端圓盤(pán)(l-l-l)的上端面和下 端圓盤(pán)(l-7-l)的下端面相接觸的端面分別固定有耐磨襯圈(2-4)，在無(wú)軸轉(zhuǎn)子 (2-2)的下面采用橡膠墊(2-5)、碟形彈簧(2-6)和鎖緊螺母(2-7)實(shí)現(xiàn)帶軸轉(zhuǎn)子(2-l) 和無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)的預(yù)緊。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)， 其特征在于所述耐磨襯圈(24)采用高分子摩擦材料，并通過(guò)粘貼的方式分別固 定在帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)的下表面和無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)的上表面上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)， 其特征在于所述帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)的下端面和無(wú)軸轉(zhuǎn)子(2-2)的上端面分別與彎振 夾心換能器式圓盤(pán)定子的上、下端圓盤(pán)梳狀驅(qū)動(dòng)齒的上端錐面(l-l-5)、下端錐 面(l-7-5)的錐度相同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)，其特征在于所述帶軸轉(zhuǎn)子(2-l)上下兩端分別加工有上端鍵槽(2-l-l)和下端鍵 槽(2國(guó)l-2)。
9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的使用彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子的超聲電機(jī)， 其特征在于所述前端基座(5)下端面的外側(cè)加工有螺紋孔(5-l)。
全文摘要
彎振夾心換能器式圓盤(pán)定子及使用該定子的超聲電機(jī)，涉及到超聲電機(jī)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有超聲電機(jī)存在的由于采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)而導(dǎo)致的機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題。本發(fā)明的定子中的偶數(shù)個(gè)彎振夾心換能器對(duì)稱分布固定上下端圓盤(pán)之間，所述夾心換能器的前后端蓋為截面矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，前后端蓋小端面和上下圓盤(pán)固定連接，兩對(duì)壓電陶瓷片分別固定在前、后端蓋和法蘭之間。超聲電機(jī)中的帶軸轉(zhuǎn)子和無(wú)軸轉(zhuǎn)子為圓盤(pán)形，分別從定子圓筒的上方和下方嵌入，轉(zhuǎn)子與圓盤(pán)相接觸的端面固定有耐磨襯圈，定子通過(guò)換能器上的法蘭固定在基座上。本發(fā)明適用于超聲電機(jī)制造領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/10GK101262185SQ20081006441
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 濤 謝, 陳維山 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)