一种自调心无轴承并联式超声波电机
阅读说明：本技术 一种自调心无轴承并联式超声波电机 (Self-aligning bearing-free parallel type ultrasonic motor ) 是由 金龙 冷静雯 徐志科 张洪彬 于 2021-07-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种自调心无轴承并联式超声波电机,包括柔性电路板、压电陶瓷、定子、摩擦材料、转子、底座、上壳体、下壳体、反馈基板、磁编码器反馈板、磁柱及输出轴,定子通过螺钉对称固定安装在底座两侧,底座中间贯穿设有输出轴,输出轴与底座间隙配合,定子远离底座一侧设有转子,转子嵌套固定安装在输出轴上,定子与转子的接触面上粘有摩擦材料,转子通过螺钉与螺母的支撑固定在输出轴上,定子靠近转子一侧表面为切齿结构,定子的切齿表面为倾斜坡面,定子的切齿倾斜面与转子接触。本发明定子表面有一定的斜度,保证电机定子与转子可以相互配合达到最佳接触位置,实现无轴承情况下的自调心。(The invention discloses a self-aligning bearingless parallel ultrasonic motor which comprises a flexible circuit board, piezoelectric ceramics, a stator, friction materials, a rotor, a base, an upper shell, a lower shell, a feedback substrate, a magnetic encoder feedback plate, a magnetic column and an output shaft. The surface of the stator has a certain inclination, so that the stator and the rotor of the motor can be matched with each other to reach the optimal contact position, and self-aligning without a bearing is realized.)
技术领域
本发明涉及超声波电机
技术领域
，具体的是一种自调心无轴承并联式超声波电机。背景技术
超声波电机作为新型微特电机，其工作原理为压电陶瓷的逆压电效应。粘附在电机定子上的压电材料产生超声频振动，定子与转子间的接触面的摩擦产生推力或转矩，从而实现电能到机械能的转换。
由于超声波电机特殊的工作原理，其具有结构紧凑、低速大力矩、响应速度快、断点自锁等特点，多应用于医疗器械、航空航天、机械人等精密器械领域。这类领域大多需要电机在结构紧凑、微型化的同时，做到输出大力矩。并联式超声波电机包括两个定子与定子，在略增加电机厚度、不改变电机直径的情况下，将电机输出力矩理论上提高一倍，扩大了电机的应用场景。
目前，国内外学者针对并联式超声波电机提出多种结构，如共轴并联式电机。利用一个转轴穿过电机上部端盖与下部底座，定子固定在壳体上，转子经轴承、垫片配合固定在转轴上。但是该结构中，电机定子与转子安装位置确定，即定、转子间预压力确定，电机转动过程中，定、转子无法根据运行情况进行一定的调整。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种自调心无轴承并联式超声波电机，本发明电机无轴承，定、转子在运行过程中可进行自我磨合与调节，找到运行轴心，同时不影响可靠性与稳定性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种自调心无轴承并联式超声波电机，包括柔性电路板、压电陶瓷、定子、摩擦材料、转子、底座、上壳体、下壳体、反馈基板、磁编码器反馈板、磁柱及输出轴，定子通过螺钉对称固定安装在底座两侧，底座中间贯穿设有输出轴，输出轴与底座间隙配合，定子远离底座一侧设有转子，转子嵌套固定安装在输出轴上，定子与转子的接触面上粘有摩擦材料，转子通过螺钉与螺母的支撑固定在输出轴上，定子靠近转子一侧表面为切齿结构，定子的切齿表面为倾斜坡面，定子的切齿倾斜面与转子接触。
进一步优选地，定子靠近底座一侧表面依次粘接压电陶瓷和柔性电路板，柔性电路板一端伸出上壳体和下壳体外，柔性电路板外接驱动电源。
进一步优选地，底座上下两侧分别固定上壳体和下壳体，上壳体和下壳体通过螺钉与底座固定，输出轴两端分别贯穿上壳体和下壳体。
进一步优选地，输出轴伸出下壳体一端外接负载。
进一步优选地，输出轴伸出上壳体一端表面设有凹槽，凹槽内设有磁柱，上壳体表面对应磁柱处固定安装反馈基板，反馈基板表面固定安装磁编码器反馈板。
本发明的有益效果：
本发明电机在不增大电机直径的条件下提高了电机的输出转矩，电机没有轴承，通过螺钉便可固定定子与转子。
本发明设计具有倾斜齿结构的定子，使得定子的振动能量更多传递至内侧，提高电能转机械能的效率，定子与转子接触时可相互配合，获得最佳运行效果。
本发明电机上壳体伸出轴较短，可安装更为小型的磁编码器作为反馈装置，相较于输出端与编码器相连的方式，使用磁编码器使得机构更加紧凑，且避免了轴与编码器连接配合不当的问题。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明自调心无轴承并联式超声波电机的装配结构图。
图中：
1-柔性电路板、2-压电陶瓷、3-定子、4-摩擦材料、5-转子、6-底座、7-上壳体、8-下壳体、9-反馈基板、11-磁编码器反馈板、12-磁柱、13-输出轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种自调心无轴承并联式超声波电机，电机整体包括柔性电路板、压电陶瓷、定子、摩擦材料、转子、底座、上壳体、下壳体、反馈基板、磁编码器反馈板、螺钉、螺母、磁柱及输出轴。
电机为上下对称结构，定子与转子对称放置。输出轴穿过上下端盖，通过输出轴上的螺钉支撑转子，螺母加以固定。定子通过螺钉分别固定在底座上。
定子背面粘有压电陶瓷与柔性电路板。压电陶瓷与定子直接粘结，柔性电路板粘结在压电陶瓷外侧。柔性电路板伸出壳体外，电路板上设有A相、B相与地，用于连接外部驱动电路板。
定子正面的切齿倾斜一定角度，斜面与转子接触。定子具有的倾斜结构使得定子与转子的接触存在一定的裕度，在运行过程中，定子与转子可自行调节接触位置，实现自调心。同时，倾斜的齿结构使得定子的振动能量更多的传递至定子外侧，提高电能转机械能的效率。
切齿倾斜角度控制在合理范围内，避免太大的倾斜角造成定子与转子的线接触，承受不住定转子间的预紧力，太小的角使得能量转换效率未能得到显著提高。定子与转子的接触面上粘有摩擦材料，用以减少定子与转子间的损耗，延长电机寿命。
电机内不设有轴承，输出轴直接在伸出上、下壳体，通过螺钉起到固定作用。伸出上壳体的输出轴较短，设有凹槽，可以用来放置磁柱，与输出轴一同旋转，从而反馈电机的速度与位置；伸出下壳体的输出轴较长，用来带动负载，输出转矩。
转子与定子接触安装在内侧。电机通电后，定子表面质点产生椭圆运动，依靠定、转子间摩擦力推动转子转动。考虑到两个定子的谐振频率可能不同，可以按照各自的谐振频率单独驱动。若两个定子频率相通，可通过并联方式以同一电源驱动。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
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