本發(fā)明涉及超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多輻條型超聲電機(jī)。

背景技術(shù)：

直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)廣泛使用，但隨著尺寸的減小電機(jī)的焦耳熱損耗急劇增加，使其驅(qū)動(dòng)能力大幅下降。超聲電機(jī)利用材料的逆壓電效應(yīng)和摩擦作用將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，隨著尺寸的減小電機(jī)機(jī)械性能下降幅度小，有利于于電機(jī)的小型化和微型化?，F(xiàn)有行波型超聲電機(jī)具有很好的輸出性能，但隨著電機(jī)空間尺寸的減小，對(duì)零件的加工精度要求急劇攀升。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)降低零件加工的精度要求，是目前超聲電機(jī)在小型化方面的主要工作。

本發(fā)明利用內(nèi)部具有空間旋轉(zhuǎn)對(duì)稱齒的圓環(huán)構(gòu)成定子，經(jīng)摩擦驅(qū)動(dòng)球形或錐形轉(zhuǎn)子的工作方式，在降低零件加工要求的同時(shí)提升超聲電機(jī)的機(jī)械性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多輻條型超聲電機(jī)，能夠提升超聲電機(jī)輸出性能，使用壽命長，制作成本低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多輻條型超聲電機(jī)，包括：

轉(zhuǎn)軸(1)、緊固套筒(2)、彈簧(3)、轉(zhuǎn)子(4)、定子(5)、緊固螺釘(6)和壓電陶瓷(7)，所述轉(zhuǎn)子(4)、定子(5)、彈簧(3)和緊固套筒(2)，依次通過轉(zhuǎn)軸(1)連接；所述緊固螺釘(6)位于緊固套筒側(cè)面中間，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘(6)使緊固套筒(2)在轉(zhuǎn)軸(1)上滑移，調(diào)節(jié)彈簧(3)的預(yù)壓力；所述彈簧(3)在緊固套筒(2)和轉(zhuǎn)子(4)中間，并壓在轉(zhuǎn)子(4)表面；所述轉(zhuǎn)子(4)是半球形或圓臺(tái)形；所述定子(5)是內(nèi)部輻輻條狀齒的圓環(huán)形金屬片；所述定子(5)的上表面和下表面均有相同的定子與轉(zhuǎn)子(4)接觸，轉(zhuǎn)子(4)與定子(5)的輻條狀齒在彈簧(3)預(yù)壓力作用下緊密接觸；所述壓電陶瓷(7)是圓環(huán)形陶瓷片，上、下兩片分別貼于定子(5)表面。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒中心線與齒根所在的定子內(nèi)環(huán)接觸位置法線夾角為θ，θ根據(jù)需要設(shè)計(jì)。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的齒數(shù)量根據(jù)需要設(shè)計(jì)，所述輻條狀齒以定子環(huán)圓心為頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

作為一種實(shí)施方式，所述內(nèi)部輻條狀齒與定子(5)所在平面有夾角α，所述夾角α角度是0°以上90°以內(nèi)。

作為一種實(shí)施方式，所述夾角α是分別從齒根向上和向下彎折定子內(nèi)部輻條狀齒使其離開定子(5)圓環(huán)所在平面形成。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)外環(huán)有若干處帶孔固定結(jié)構(gòu)(10)，平均分布在定子(5)外環(huán)。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)表面(9)經(jīng)過拋光處理。

作為一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子(4)采用耐磨材料制作。

作為一種實(shí)施方式，所述壓電陶瓷(7)的內(nèi)徑尺寸與定子(5)外環(huán)表面尺寸相同，上、下兩片壓電陶瓷均沿厚度方向極化且極化方向相反。

作為一種實(shí)施方式，電機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，所述上、下兩片壓電陶瓷(7)裸露的部分被電極施加同一電激勵(lì)信號(hào)，所述電激勵(lì)信號(hào)是正弦波信號(hào)。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)，在輸出扭矩端與輸出轉(zhuǎn)速端均有較好的表現(xiàn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、對(duì)加工精度依賴性低，驅(qū)動(dòng)電壓低激勵(lì)方式簡(jiǎn)單，同時(shí)制作成本低并且輸出穩(wěn)定可靠，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?？蓱?yīng)用于微型直升機(jī)馬達(dá)；微型電子設(shè)備變焦系統(tǒng)如膠囊內(nèi)窺鏡、電子眼球、單反相機(jī)、智能手機(jī)等。本發(fā)明實(shí)施例在機(jī)器人、醫(yī)療器械、微機(jī)械和航空航天科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種多輻條型超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)示意圖；

圖5-a為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)定子的工作模態(tài)徑向振動(dòng)時(shí)的擴(kuò)張模式示意圖；

圖5-b為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)定子的工作模態(tài)徑向振動(dòng)時(shí)的收縮模式示意圖；

具體實(shí)施方式

為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。下文中將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過于正式的含義來解釋。

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多輻條型超聲電機(jī)，能夠提升超聲電機(jī)輸出性能，使用壽命長，制作成本低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的實(shí)施例提供一種多輻條型超聲電機(jī)，如圖1所示，包括：轉(zhuǎn)軸(1)、緊固套筒(2)、彈簧(3)、轉(zhuǎn)子(4)、定子(5)、緊固螺釘(6)和壓電陶瓷(7)，所述轉(zhuǎn)子(4)、定子(5)、彈簧(3)和緊固套筒(2)，依次通過轉(zhuǎn)軸(1)連接，其特征在于：所述緊固螺釘(6)位于緊固套筒側(cè)面中間，通過調(diào)節(jié)緊固螺釘(6)使緊固套筒(2)在轉(zhuǎn)軸(1)上滑移，調(diào)節(jié)彈簧(3)的預(yù)壓力；所述彈簧(3)在緊固套筒(2)和轉(zhuǎn)子(4)中間，并壓在轉(zhuǎn)子(4)表面；所述轉(zhuǎn)子(4)是半球形或錐形；所述定子(5)是內(nèi)部具有輻條狀齒的圓環(huán)形金屬片，所述定子(5)的上表面和下表面均有相同的輻條狀齒與轉(zhuǎn)子(4)接觸，轉(zhuǎn)子(4)與定子(5)輻條狀齒在彈簧(3)預(yù)壓力作用下緊密接觸；所述壓電陶瓷(7)是平整的圓環(huán)形片，上、下兩片分別粘貼于定子(5)的環(huán)形表面。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的齒數(shù)量根據(jù)需要設(shè)計(jì)，所述輻條狀齒以定子環(huán)圓心為頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

所述壓電陶瓷(7)的內(nèi)徑尺寸與定子(5)外環(huán)表面尺寸相同，上、下兩片壓電陶瓷均沿厚度方向極化且極化方向相反。

超聲電機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，所述上、下兩片壓電陶瓷(7)通過電極施加相同正弦電信號(hào)，激勵(lì)定子振動(dòng)，經(jīng)定子輻條狀齒驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，電機(jī)定子(5)的一階徑向振動(dòng)模態(tài)作為工作模態(tài)。通過定子(5)的一階徑向振動(dòng)模態(tài)，使得定子(5)內(nèi)部輻條狀齒獲得較大的位移，通過摩擦作用驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子(4)。

作為一種實(shí)施方式，如圖2所示，所述轉(zhuǎn)子(4)與定子(5)的接觸位置在環(huán)形定子內(nèi)部輻條狀齒面處(8)；所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒中心線與齒根所在的定子內(nèi)環(huán)接觸位置法線夾角為θ，θ可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒數(shù)量根據(jù)需要設(shè)計(jì)，所述輻條狀齒需中心對(duì)稱。

優(yōu)選地，定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的數(shù)量為6個(gè)，如圖2所示，均勻的分布在定子內(nèi)環(huán)處，輻條狀齒(8)在定子圓環(huán)平面投影夾角呈120°的為一組，共分為兩組。

本發(fā)明實(shí)施例提供的超聲電機(jī)的定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的數(shù)量可以為其他數(shù)量，但需要保證中心旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。如圖3所示，定子內(nèi)部輻條狀齒的數(shù)量為3個(gè)，不同數(shù)量的輻條狀齒所帶來的技術(shù)效果也不一樣。在本分明實(shí)施例中，若內(nèi)部輻條狀齒為三個(gè)，則能夠使電機(jī)獲得較高的輸出轉(zhuǎn)速；若內(nèi)部輻條狀齒為六個(gè)，則能夠使電機(jī)獲得較大的輸出扭矩。

本發(fā)明實(shí)施例可以通過改變?chǔ)戎悼刂齐姍C(jī)的輸出轉(zhuǎn)速與扭矩。

作為一種實(shí)施方式，如圖4所示，所述定子(5)是內(nèi)部幅條狀齒的圓環(huán)形金屬片，其特征在于，所述內(nèi)部幅條狀齒與定子(5)所在平面有張角α，所述張角α角度大于0°且小于90°。

在優(yōu)選方案中，所述張角α角度大于0°且小于等于45°

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的齒數(shù)量根據(jù)需要設(shè)計(jì)，所述輻條狀齒以定子環(huán)圓心為頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。

作為一種實(shí)施方式，所述夾角α是分別從齒根向上和向下彎折定子內(nèi)部輻條狀齒使其離開定子(5)圓環(huán)所在平面形成。

如圖4所示，電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，p是彈簧預(yù)壓力，m是驅(qū)動(dòng)扭矩。夾角α如圖所示。在本實(shí)施例中，采用夾角α設(shè)計(jì)帶來的有益效果是：

其一，所述夾角設(shè)計(jì)可充分利用定子的振動(dòng)能量，優(yōu)化了定轉(zhuǎn)子之間的接觸，增大電機(jī)輸出扭矩與轉(zhuǎn)速。

其二，由于電機(jī)工作時(shí)長時(shí)間的接觸摩擦?xí)p定子輻條齒，使上下兩轉(zhuǎn)子因相互接觸而降低電機(jī)的輸出效率，而夾角的設(shè)計(jì)可以避免這種情況的發(fā)生，極大地延長了電機(jī)使用壽命。

其三，所述夾角設(shè)計(jì)起到彈簧作用，在微小的電機(jī)系統(tǒng)中可取代預(yù)壓力彈簧，節(jié)省空間。

其四，所述夾角設(shè)計(jì)使電機(jī)轉(zhuǎn)子收到穩(wěn)定的三點(diǎn)支撐，減弱轉(zhuǎn)軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的擺動(dòng)，使電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

根據(jù)設(shè)計(jì)需要，所述夾角的角度值α為：

0≤α≤90°

在定子(5)處于工作模態(tài)時(shí)，如圖5-a所示，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)定子的工作模態(tài)徑向振動(dòng)時(shí)的擴(kuò)張模式示意圖；圖5-b，為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)定子的工作模態(tài)徑向振動(dòng)時(shí)的收縮模式示意圖；通過定子(5)內(nèi)部輻條狀齒的運(yùn)動(dòng)，可獲得非常大的徑向位移。

在振動(dòng)模態(tài)的一個(gè)周期t內(nèi)有：其中，定子在收縮模式和擴(kuò)張模式時(shí)間間隔為半個(gè)周期。

為了增大所述定子內(nèi)環(huán)處輻條狀齒的位移，本發(fā)明對(duì)輻條狀齒做出了優(yōu)化，通過改變其長度使得輻條狀齒的一階縱振模態(tài)頻率與定子一階徑向振動(dòng)模態(tài)頻率相等。

作為一種實(shí)施方式，如圖2所示，所述定子(5)外環(huán)有三處方形圓孔固定結(jié)構(gòu)(10)，平均分布在定子(5)外環(huán)。

作為一種實(shí)施方式，所述定子(5)表面(9)經(jīng)過拋光處理。

為了更好地粘接壓電陶瓷(7)與定子(5)，并且使壓電陶瓷粘接面電極與定子基體導(dǎo)通，定子表面(9)經(jīng)過拋光處理。

作為一種實(shí)施方式，所述轉(zhuǎn)子(4)采用耐磨材料制作。

作為一種實(shí)施方式，所述壓電陶瓷(7)的內(nèi)徑尺寸與定子(5)外環(huán)表面尺寸相同，上、下兩片壓電陶瓷均沿厚度方向極化且極化方向相反。上、下兩片壓電陶瓷均沿厚度方向極化且極化方向相反的設(shè)計(jì)，便于接線，本實(shí)施例中僅用一路信號(hào)即可完成電激勵(lì)。

作為一種實(shí)施方式，電機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，所述上、下兩片壓電陶瓷(7)的裸露部分被電極施加同一電激勵(lì)信號(hào)，所述電激勵(lì)信號(hào)是正弦波。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多輻條型超聲電機(jī)，在輸出扭矩端與輸出轉(zhuǎn)速端均有較好的表現(xiàn)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、對(duì)加工精度依賴性低，驅(qū)動(dòng)電壓低激勵(lì)方式簡(jiǎn)單，同時(shí)制作成本低,并且輸出穩(wěn)定可靠，適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用?？蓱?yīng)用于微型飛行器動(dòng)力裝置；微型電子及醫(yī)療設(shè)備如膠囊內(nèi)窺鏡的驅(qū)動(dòng)等；以及微型光學(xué)設(shè)備變焦系統(tǒng)如膠囊內(nèi)窺鏡、電子眼球、單反相機(jī)、智能手機(jī)鏡頭等。本發(fā)明實(shí)施例在機(jī)器人、醫(yī)療器械、微機(jī)械和航空航天科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處。尤其，對(duì)于設(shè)備實(shí)施例而言，由于其基本相似于方法實(shí)施例，所以描述得比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。