专利名称：一种动力调谐筒形超声电机的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及超声电机，具体涉及输出特性可动态调节的筒形超声电机。
技术背景
压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体内产生超声频段的微 幅振动，使弹性体表面形成特定轨迹的微观质点运动，进而通过定转子之间的摩擦/声粘 性力将该微观振动转变为转子的宏观转动。该电机具有低速大转矩、无变速机构、无电磁干 扰、响应速度快和断电自锁等显著优点，广泛应用于微型机器人、航空航天、精密定位仪、内 窥镜及武器装备等系统。但是，受误差、定子齿及支承方式的影响，超声电机本质上是一种 循环对称系统，通常将产生模态分裂、相位调谐及与之相关的严重影响效率和稳定性的衍 生问题。若产生模态分裂，则位于半功率点附近的激励力将同时激起两个裂变模态而形成 近频模态调制。而且，由于驱动电流通常包含丰富的谐波，极易激起谐振而产生倍频模态调 制。近/倍频模态调制均导致行波畸变，因而影响了电机的稳定性和效率。定子开槽不仅 产生裂变模态，还将形成脉动激振力，产生转速波动及控制精度降低等不良现象，甚至产生 驻波或反向行波，同时造成正反转特性不对称。对于单相驱动超声电机而言，若附加质点控 制不当或激励频率设定不合理，同样将产生畸变行波，因而降低了电机的稳定性、效率和精 度。对于纳米超声电机而言该问题更加突出，甚至导致电机不能正常工作。发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可解决频率分裂、振型耦合及 出力单一等问题的动力调谐式超声电机。
本发明的一种动力调谐筒形超声电机，它包括底座以及安装在所述的底座上的外 壳，在所述的外壳内设置有筒形转子，所述的筒形转子的内壁呈锥形，在所述的筒形转子内 设置有其内开有通孔的筒形定子，在所述的筒形定子外壁上均布有多个定子齿，所述的通 孔的中间部分内壁为圆柱形并且与所述的中间部分内壁相连接的上下两端内壁为对称设 置的圆锥形，第一牛角支承与锁紧轴间隙配合并连接在其上部开有中间孔的锁紧轴的下 端，第二牛角支承固接在锁紧轴的上端，并且所述第一牛角支撑和所述第二牛角支撑设置 在筒形定子通孔内，所述的锁紧轴下部穿过一个调节套筒的中心孔并与螺母螺纹连接，第 一和第二牛角支承设置有至少两个牛角形支撑末端并且第一和第二牛角支承的牛角形支 撑末端分别沿筒形定子内壁圆周方向均勻间隔设置，固接在第一牛角支承的每一个牛角形 支撑末端上的压电片压紧在筒形定子下端圆锥形内壁上，固接在第二牛角支承的每一个牛 角形支撑末端上的压电片压紧在筒形定子上端圆锥形内壁上，在所述的第一牛角支承的中 部开有多个孔，所述的调节套筒通过设置在其下部的外螺纹与所述底座螺纹连接，在所述 调节套筒的顶端设置有多个突起，所述的突起分别插在第一牛角支承上的多个孔内，在所 述调节套筒外套有压在底座外壁上的锁紧螺母，转子支承轴穿过安装在外壳顶部的轴承座 内的轴承以及筒形转子底壁插在锁紧轴的中间孔内，所述转子支承轴与筒形转子底壁固定相连并与锁紧轴的中间孔间隙配合，所述的筒形定子外壁能够与所述的筒形转子内壁相接 触配合。
本发明的突出优点是
1.该筒形超声电机具有性能可动态调整的显著优点，解决了现有超声电机由制造 及装配误差造成的固有频率分裂和振型耦合等技术难题；
2.该电机可提供两种输出模式接触式低速大转矩模式和非接触式高速低转矩 模式，以满足不同的工况要求；
3.该电机在接触工作模式下的定、转子之间的预压力以及非接触工作模式下的 定、转子之间的间隙均动态可调，因而可实现输出特性的动态调节。
图1是本发明动力调谐筒形超声电机的端面示意图中标号名称1000 筒形转子，1010 外壳，1020 筒形定子，1030 第一牛角支 承，1040 第二牛角支承；
图2是图1所示的电机的轴截面示意图中标号名称1050 锁紧轴，1060 转子支承轴，1070 轴承座，1080 轴承，1090 底座，1100 调节套筒，1110 锁紧螺母，1120 螺母，1111 压电片；
图3是图1所示的电机第二牛角支承；
图4是图1所示的电机的第一牛角支承；
图5-a是图1所示的筒形定子本体端面示意图5-b是图5-a所示的筒形定子本体轴截面示意图6-a是图1所示的筒形转子端面示意图6-b是图6-a所示的筒形转子轴截面示意图7-a是图1所示的调节套筒端面示意图7-b是图7-a所示的调节套筒轴截面示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明
如图所示的一种动力调谐筒形超声电机，它包括底座1090以及安装在所述的底 座上的外壳1010，在所述的外壳1010内设置有筒形转子1000，所述的筒形转子1000的内 壁呈锥形(圆锥形开口端直径最大)，在所述的筒形转子内设置有其内开有通孔的筒形定 子1020，在所述的筒形定子外壁上均布有多个定子齿，所述的通孔的中间部分内壁为圆柱 形并且与所述的中间部分内壁相连接的上下两端内壁为对称设置的圆锥形(两个圆锥形 开口端的直径大于圆柱形的直径)，第一牛角支承1030与其上部开有中间孔的锁紧轴1050 间隙配合并设置在锁紧轴1050的下端，第二牛角支承1040固接在锁紧轴1050的上端， 并且所述第一牛角支撑和所述第二牛角支撑设置在筒形定子1020通孔内，所述的锁紧轴 1050的下部穿过一个调节套筒的中心孔并与螺母1120螺纹连接，第一和第二牛角支承设 置有至少两个牛角形支撑末端并且第一牛角支承和第二牛角支承的牛角形支撑末端分别 沿筒形定子内壁圆周方向均勻间隔设置。固接在第一牛角支承的每一个牛角形支撑末端上的压电片1111压紧在筒形定子下端圆锥形内壁上，固接在第二牛角支承的每一个牛角形 支撑末端上的压电片1111压紧在筒形定子上端圆锥形内壁上。在所述的第一牛角支承的 中部开有多个孔，所述的调节套筒1100通过设置在其下部的外螺纹与所述底座1090螺纹 连接，在所述调节套筒的顶端设置有多个突起，所述的突起分别插在第一牛角支承上的多 个孔内。在所述调节套筒外套有压在底座外壁上的锁紧螺母1110，转子支承轴1060穿过安 装在外壳顶部的轴承座1070内的轴承1080以及筒形转子底壁插在锁紧轴的中间孔内，所 述转子支承轴与筒形转子底壁固定相连，所述的转子支承轴与锁紧轴的中间孔间隙配合。 所述的筒形定子外壁能够与所述的筒形转子内壁相接触配合。
所述螺母1120旋转时，可使所述固接于所述锁紧轴1050上的第二牛角支承1040 与所述筒形定子1020压紧或分离。
所述支承轴1060伸入锁紧轴1050，可在其内部沿轴向及周向相对运动。
优选的所述第一牛角支撑和第二牛角支撑均设置有四个牛角形支撑末端，第一牛 角支撑的四个牛角形支撑末端与筒形定子的下端圆锥形内壁形状相吻合，第二牛角支撑的 四个牛角形支撑末端与筒形定子的上端圆锥形内壁形状相吻合。
优选的所述第一牛角支承上的多个孔为四个并且为扇形孔，设置在调节套筒的顶 端的多个突起为四个扇形突起，所述的四个扇形突起插在四个扇形孔内。在所述调节套筒 1110旋转至适当位置后，锁紧螺母1110将调节套筒锁紧，进而为所述定子1020定位，以实 现电机的稳定输出。
图3和图4示出了所述压电片1111的排列方式及激励方式。在本实施例中，每个 牛角支承均安装4片压电片，且各片大小及形状均相同。四路正弦驱动信号的输出顺序均 为(Asin，Acos, -Asin, -Acos)。在电机通电后，所述压电片1111受到激励将产生驻波，最 终使所述定子1020产生波数为3、5、7...的行波，驱动所述转子1000旋转，进而完成由电 能至机械能的能量转换过程。
该电机具有模态特性可调及输出模式多样化等显著优点。对于前者，通过调整牛 角支承1030和1040的相对位置，可实现定子模态特性的动态调整，保证定子固有频率不产 生分裂，且使工作振型不含或仅含少量谐波。此外，牛角支承沿定子内壁的切向，该支承方 式有利于消除定子模态的分裂。上述结构均可抑制甚至抵消由定子结构的周期特性以及制 造和装配误差造成的模态分裂难题。由于本发明超声电机激起了定子较纯的模态响应，因 而其工作性能更加稳定，机电能量的转换效率更高。
对于后者，输出模式的多样化主要是通过调整所述定子1020与所述转子1000之 间的相对位置而实现的。在具体调节过程中，可松开所述锁紧螺母1110，然后旋转所述调 节套筒1100，进而使所述定子1020产生轴向移动。若使所述筒形定子1020外壁与所述筒 形转子1000内壁接触，则构成接触式低速、大扭矩输出模式；若使所述筒形定子1020外壁 与所述筒形转子1000内壁分离，则构成非接触式高速、低扭矩输出模式。此外，在上述两种 工作模式中，可动态旋转调节套筒1100的轴向位置，以优化接触工作模式时所述筒形定子 1020与所述筒形转子1000之间的预压力以及非接触工作模式时二者之间的间隙，使电机 在两种工作模式下均处于最佳输出状态。
本装置的具体工作及调节过程如下
1.获取多相电源，在本实施例中，所述多相电源为相位差π/2的交流电源，其频率约为筒形定子1020的第三阶固有频率；
2.将所述多相电源的各相位电压按照(Asin，Acos, -Asin, -Acos)的顺序依次施 加于超声电机的相应压电片1111上；
3.在所述多相电源激励下，筒形定子将产生行波。若输出性能不理想，则转步骤 4，否则转步骤5 ；
4.旋转螺母1120，使第二牛角支撑1040与所述筒形定子1020松开，之后旋转锁 紧轴1050使第二牛角支撑1040沿筒形定子圆周方向转动，改变所述第一牛角支撑1030与 第二牛角支撑1040的牛角形支撑末端的周向相对位置以改变定子的动态特性，使定子表 面产生适宜驱动所述转子1000的行波，调整好牛角形支撑1040的周向位置后，旋转螺母 1120，使第二牛角支撑1040与所述筒形定子压紧，然后转步骤5或6 ；
5.若应用场合为低速大转矩，则松开锁紧螺母1110，调整调节套筒1100，以改变 定子组件1020的轴向位置，使其与所述转子1000接触，并适当调节二者之间的预压力，使 输出特性最优。如果效果不理想，则转步骤3。
6.若应用场合为高速低转矩，则松开锁紧螺母1110，调整调节套筒1100以改变定 子组件1020的轴向位置，使其与所述转子1000分离，并适当调节二者之间的间隙，使输出 特性最优。若效果不理想，则转步骤3。
权利要求
1.一种动力调谐筒形超声电机，它包括底座以及安装在所述的底座上的外壳，其特征 在于在所述的外壳内设置有筒形转子，所述的筒形转子的内壁呈锥形，在所述的筒形转子 内设置有其内开有通孔的筒形定子，在所述的筒形定子外壁上均布有多个定子齿，所述的 通孔的中间部分内壁为圆柱形并且与所述的中间部分内壁相连接的上下两端内壁为对称 设置的圆锥形，第一牛角支承与锁紧轴间隙配合并连接在其上部开有中间孔的锁紧轴的下 端，第二牛角支承固接在锁紧轴的上端，并且所述第一牛角支撑和所述第二牛角支撑设置 在筒形定子通孔内，所述的锁紧轴下部穿过一个调节套筒的中心孔并与螺母螺纹连接，第 一和第二牛角支承设置有至少两个牛角形支撑末端并且第一和第二牛角支承的牛角形支 撑末端分别沿筒形定子内壁圆周方向均勻间隔设置，固接在第一牛角支承的每一个牛角形 支撑末端上的压电片压紧在筒形定子下端圆锥形内壁上，固接在第二牛角支承的每一个牛 角形支撑末端上的压电片压紧在筒形定子上端圆锥形内壁上，在所述的第一牛角支承的中 部开有多个孔，所述的调节套筒通过设置在其下部的外螺纹与所述底座螺纹连接，在所述 调节套筒的顶端设置有多个突起，所述的突起分别插在第一牛角支承上的多个孔内，在所 述调节套筒外套有压在底座外壁上的锁紧螺母，转子支承轴穿过安装在外壳顶部的轴承座 内的轴承以及筒形转子底壁插在锁紧轴的中间孔内，所述转子支承轴与筒形转子底壁固定 相连并与锁紧轴的中间孔间隙配合，所述的筒形定子外壁能够与所述的筒形转子内壁相接 触配合。
2.根据权利要求1所述的动力调谐筒形超声电机，其特征在于所述的第一牛角支撑 和第二牛角支撑均设置有四个牛角形支撑末端，第一牛角支撑的四个牛角形支撑末端与筒 形定子的下端圆锥形内壁形状相吻合，第二牛角支撑的四个牛角形支撑末端与筒形定子的 上端圆锥形内壁形状相吻合。
3.根据权利要求1所述的动力调谐筒形超声电机，其特征在于所述的第一牛角支承 上的多个孔为四个并且为扇形孔，设置在调节套筒的顶端的多个突起为四个扇形突起，所 述的四个扇形突起插在四个扇形孔内。
全文摘要
本发明公开了一种动力调谐筒形超声电机，在外壳内设置有筒形转子，在筒形转子内设置有其内开有通孔的筒形定子，第一牛角支承连接在锁紧轴的下端，第二牛角支承固接在锁紧轴的上端，并且第一和第二牛角支撑设置在筒形定子通孔内，锁紧轴下部穿过一个调节套筒的中心孔并与螺母螺纹连接，固接在第一、二牛角支承的每一个牛角形支撑末端上的压电片分别压紧在筒形定子下端、上端圆锥形内壁上，调节套筒通过设置在其下部的外螺纹与底座螺纹连接，在调节套筒顶端的多个突起分别插在第一牛角支承上的多个孔内，转子穿过轴承座以及筒形转子底壁插在锁紧轴的中间孔内。本电机可提供两种输出模式，可实现输出特性的动态调节。
文档编号H02N2/10GK102035429SQ20101060956
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者修杰, 王世宇, 王建, 陈东亮, 霍咪娜 申请人:天津大学