申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2017-12-15

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN107947630B

主分类号：H02N2/12

分类号：H02N2/12;H02N2/16

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.05.15#实质审查的生效;2018.04.20#公开

摘要：一种外圈输出的中空式超声电机，它包括中空底座（11）、定子（6）、压电陶瓷片（7）和刚性转子（10），其特征是所述的刚性转子（10）通过轴承安装在中空底座（11）外圈上，定子（6）固定在中空底座（11）上，定子（6）的下端面与压电陶瓷片（7）相连，定子（6）上驱动端面的齿状表面通过摩擦片（5）与刚性转子（10）相接触；压电陶瓷片（7）通电使定子（6）的驱动面产生变形驱动摩擦片（5）转动，摩擦片再通过摩擦力驱动刚性转子（10）实现外圈转动。本发明采用外圈输出，内圈夹持，中空结构可用于穿信号线，电源线，可以通过光路，也可以用于零部件的安装与固定，此外还取消了外壳结构，不需中间传动机构，使用更方便且机械效率更高。

主权项：1.一种外圈输出的中空式超声电机，它包括中空底座（11）、定子（6）、压电陶瓷片（7）和刚性转子（10），其特征是所述的刚性转子（10）通过第一轴承（3）安装在中空底座（11）外圈上，定子（6）固定在中空底座（11）上，其特征是所述的定子（6）的上驱动端面为齿状表面（12），定子（6）的下端面与压电陶瓷片（7）相粘结，定子（6）的齿状表面（12）通过摩擦片（5）与刚性转子（10）相接触；压电陶瓷片（7）通电使定子（6）的上驱动面的齿状表面（12）产生变形形成行波驱动摩擦片（5）转动，摩擦片（5）与刚性转子（10）通过粘结剂固结以通过摩擦力驱动刚性转子（10）实现外圈转动；所述的中空底座（11）为固定结构，定子（6）安装在中空底座（11）上，并通过定子限位座（8）防止相对转动，定子通过定子压紧套筒（4）实现其在中空底座（11）上的轴向定位，在刚性转子（10）的内凸面和定子（6）之间安装有摩擦片（5），刚性转子（10）与定子（6）间的预压力通过锁紧螺母（1）、碟簧（2）及第一轴承（3）来施加；刚性转子（10）通过摩擦片（5）与定子（6）的驱动端面相接触，并通过定子（6）的驱动端面与摩擦片（5）间的摩擦力带动刚性转子（10）旋转，定子（6）的下端面与压电陶瓷片（7）相粘结以便在压电陶瓷片通电后迫使定子（6）上驱动端面上的齿状表面（12）发生蠕动而产生驱动力；第一轴承（3）与中空底座（11）之间安装有定子压紧套筒（4），既可固定定子（6），也用于与第一轴承（3）相配合；定子（6）与刚性转子（10）之间的预压力是由锁紧螺母（1）、第一轴承（3）与碟簧（2）提供的；定子限位座（8）与定子（6）相配合，并且定子限位座（8）与中空底座（11）间通过螺母固定既能保证定子（6）在中空底座一的轴向定位，又能防止两者之间的相对转动。

全文数据：外圈输出的中空式超声电机技术领域[0001]本发明涉及一种电机技术，尤其是一种以压电陶瓷变形驱动的中空式超声电机，具体地说是一种外圈输出的中空式超声电机。背景技术[0002]众所周知，超声电机ultrasonicmotor是近一十年来发展起来的一种新概念动力装置，它突破了传统电磁电机的概念，没有绕组和磁路，不是依靠电磁相互作用来转换能量产生转子运动，而是利用压电材料的逆压电效应和弹性体的超声振动，将材料的微小变形通过弹性体的共振放大和摩擦传动转换成转子或动子滑块的宏观运动。中空型行波超声电机是在传统出轴的行波型超声电机的基础上对定子、转子、底座等核心零部件进行改造与优化，使得电机的输出轴变为直径较大的孔的一种电机。[0003]由于行波型中空超声电机是基于普通超声电机基础上改造的，因此该种电机不仅包含了普通超声电机的基本特点，还展现了作为中空结构电机特有的优点，具体来说该种电机主要包括以下优点:扭矩质量比大是传统电机的3-10倍），结构简单、紧凑、低速大扭矩，无需齿轮减速机构，可实现直接驱动负载、具有断电自锁的功能、抗电磁干扰性强等，而中空型超声电机作为一种特殊的超声电机除了上述优点外，还有如下特点：1、中空型超声电机由于结构的特点，该电机中心孔可以穿信号线，电源线，也可以通过光路，还可以进行前后零部件的安装和定位。[0004]2、相比于电磁电机类的中空电机，中空型超声电机内孔可以设计更大，而电机体积可以更小，这点也是传统电磁类中空电机无法相比的。[0005]3、中空型超声电机由于电机定子腹板变短，因此电机转动速度降低，但是也因此电机低速运转时的速度稳定性和可控性更好。[0006]由于这些诱人的优点，使得超声电机作为控制系统的执行元件而广泛应用于光学仪器电子显微镜、激光干涉仪等）、精密加工设备精密镗床、磨床进刀系统）、微型机器人、医疗器械、办公自动化设备等高新技术领域。[0007]目前常见的中空电机使用过程中需要通过一系列的传动机构进行工作，使得效率下降，同时中空底座进行旋转，不方便前后零部件的安装，同时容易造成前后零件的隔断，使得应用场所受到限制。发明内容[0008]本发明的目的是针对现有的中空式超声电机使用过程中需要通过一系列的传动结构从而使得整体的机械效率下降，同时现有的超声电机应用场所受限，不足以满足工程实际需要等问题，设计一种外圈输出的中空式超声电机。[0009]本发明的技术方案是：一种外圈输出的中空式超声电机，它包括中空底座11、定子6、压电陶瓷片7和刚性转子10,其特征是所述的刚性转子10通过轴承3安装在中空底座11外圈上，定子6固定在中空底座11上，其特征是所述的定子6的上驱动端面为齿状表面12,定子6的下端面与压电陶瓷片7相连，定子6的齿状表面12通过摩擦片5与刚性转子10相接触;压电陶瓷片7通电使定子6的上驱动面的齿状表面12产生变形形成行波驱动摩擦片5转动，摩擦片5与刚性转子10通过粘结剂固结以通过摩擦力驱动刚性转子10实现外圈转动。[0010]所述的中空底座11为固定结构，定子6安装在中空底座11上，并通过定子限位座8防止相对转动，定子通过定子压紧套筒4实现其在中空底座11上的轴向定位，在刚性转子10的内凸面和定子6之间安装有摩擦片5,刚性转子10与定子6间的预压力通过锁紧螺母1、碟簧2及轴承3来施加;刚性转子10通过摩擦片5与定子6的驱动端面相接触，并通过定子6的驱动端面与摩擦片5间的摩擦力带动刚性转子1〇旋转，定子6的下端面与压电陶瓷片7相粘结以便在压电陶瓷片通电后迫使定子6上驱动端面上的齿状表面12发生蠕动而产生驱动力。[0011]轴承3与中空底座11之间安装有定子压紧套筒4,既可固定定子6,也用于与轴承3相配合。[0012]定子6与刚性转子10之间的预压力是由锁紧螺母1、轴承3与碟簧2提供的。[0013]定子限位座8与定子6相配合，并且定子限位座8与中空底座11间通过螺母固定既能保证定子6在中空底座一的轴向定位，又能防止两者之间的相对转动。[00M]定子限位座8侧面开有螺纹孔与光孔，相应的中空底座（11上也有螺纹孔和通孔，其中这两个孔关于限位座的轴线对称，螺纹孔用于两者之间的固定，光孔用于通过线路。[0015]转子10为位刚性转子，以增加定转子之间的接触面，使传动效果更加理想。[0016]中空底座11为固定结构，可用于穿过信号线，电源线，可以通过光路，也可以用于零部件的安装与固定从而保证前后零部件的连续性。[0017]本发明的有益效果：本发明通过外圈输出，通过锁紧螺母1、碟簧2和轴承3进行预压力的施加，从而实现了：1•电机不需中间传动机构可直接使用，使机械效率大大提高。[0018]2•去除原有定子的隔震腹板和安装凸台，使结构大为简化。[0019]3.通过锁紧螺母1、碟簧2和轴承3进行预压力施加，进而使用刚性转子10,使加工更为便捷。[0020]4•刚性转子10使得定转子之间的接触面更大，传动效率大为提高。[0021]5.使用过程中中空底座11为固定状态，中间可以穿信号线，电源线，也可以通过光路，及安装零部件。[0022]6.本发明采用外圈输出，内圈夹持，中空结构可用于穿信号线，电源线，可以通过光路，也可以用于零部件的安装与固定，此外还取消了外壳结构，不需中间传动机构，使用更方便且机械效率更高。附图说明[0023]图1是本发明的结构示意图。[0024]图2是本发明的定子结构示意图。[0025]图3是本发明的转子结构示意图。[0026]图4是传统的带隔振腹板与安装凸台的定子示意图。[0027]图中：1•锁紧螺母，2.碟簧，3.轴承，4•定子压紧套筒，5.摩擦片，6.定子，7.压电陶瓷片，8•定子限位座，9•轴承10•刚性转子，11•中空底座，i2.定子齿状表面。具体实施方式[0028]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。[0029]如图1-3所示。[0030]—种外圈输出的中空式超声电机，它包括锁紧螺母1，碟簧2，轴承3、9，定子压紧套筒4，摩擦片5，定子6，压电陶瓷片7，定子限位座S，刚性转子]_〇，中空底座11，齿状表面12，如图1、图2和图3所示，所述的刚性转子10如图3,带有内凸环通过轴承3安装在中空底座u外圈上，定子6固定在中空底座11上，定子6的上驱动端面为齿状表面12,定子6的下端面与压电陶瓷片7相连，定子6的齿状表面12通过摩擦片5与刚性转子10相接触;压电陶瓷片7通电使定子6的上驱动面的齿状表面12产生变形形成行波驱动摩擦片5转动，摩擦片5与刚性转子10通过粘结剂固结以通过摩擦力驱动刚性转子10实现外圈转动。所述的中空底座11为固定结构，定子6安装在中空底座11上，并与中空底座11间有防止相对转动的定子限位座8，定子6通过定子压紧套筒4固定在中空底座上11上，刚性转子1〇和定子6之间有摩擦片5,通过锁紧螺母1与碟簧2及轴承3进行刚性转子10与定子6间的预压力施加。定子6与刚性转子10通过摩擦片5与定子相接触，定子6的驱动端面通过与摩擦片5间摩擦力驱动刚性转子10旋转，定子6的下端面与压电陶瓷片7相粘结以便在压电陶瓷片通电后迫使其上驱动端面上的齿状表面12发生蠕动而产生驱动力，定子与中空底座之间设有防止相对转动的结构8。如图1所示，压电陶瓷片7与定子6通过贴胶工艺粘在一起。压电陶瓷片7通电后迫使定子6的齿状表面12发生蠕动。定子6通过蠕动与摩擦片5产生摩擦，带动刚性转子10转动。定子限位座8与中空底座之间通过螺母连接，使定子6轴向得以限位，同时周向转动受限。定子6和压电陶瓷片7通过定子压紧套筒4和定子限位座8与中空底座11连接，定子6与转子10之间的预压力通过锁紧螺母1、碟簧2、轴承3施加并保持。[0031]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

权利要求：1.一种外圈输出的中空式超声电机，它包括中空底座（11、定子6、压电陶瓷片7和刚性转子10，其特征是所述的刚性转子10通过轴承⑶安装在中空底座（11外圈上，定子6固定在中空底座（11上，其特征是所述的定子6的上驱动端面为齿状表面（12，定子6的下端面与压电陶瓷片7相粘结，定子6的齿状表面12通过摩擦片5与刚性转子10相接触;压电陶瓷片7通电使定子6的上驱动面的齿状表面12产生变形形成行波驱动摩擦片5转动，摩擦片5与刚性转子10通过粘结剂固结以通过摩擦力驱动刚性转子10实现外圈转动。2.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是所述的中空底座（11为固定结构，定子6安装在中空底座（11上，并通过定子限位座8防止相对转动，定子通过定子压紧套筒4实现其在中空底座（11上的轴向定位，在刚性转子（10的内凸面和定子6之间安装有摩擦片5，刚性转子（10与定子6间的预压力通过锁紧螺母（1、碟簧2及轴承3来施加；刚性转子（10通过摩擦片（5与定子6的驱动端面相接触，并通过定子6的驱动端面与摩擦片5间的摩擦力带动刚性转子（10旋转，定子6的下端面与压电陶瓷片（7相粘结以便在压电陶瓷片通电后迫使定子（6上驱动端面上的齿状表面12发生蠕动而产生驱动力。3.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是轴承（3与中空底座11之间安装有定子压紧套筒4，既可固定定子6，也用于与轴承3相配合。4.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是定子6与刚性转子10之间的预压力是由锁紧螺母1、轴承3与碟簧2提供的。5.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是定子限位座⑻与定子6相配合，并且定子限位座8与中空底座（11间通过螺母固定既能保证定子6在中空底座一的轴向定位，又能防止两者之间的相对转动。6.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是定子限位座8侧面开有两个通孔，这两个孔关于限位座的轴线对称，中空底座（11上相应位置分别有一螺纹孔用于与定子限位座的固定、一光孔用于通过线路。7.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是转子（10为位刚性转子，以增加定转子之间的接触面，使传动效果更加理想。8.根据权利要求1所述的外圈输出的中空式超声电机，其特征是中空底座（11为固定结构，可用于穿过信号线，电源线，可以通过光路，也可以用于零部件的安装与固定从而保证前后零部件的连续性。

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