多自由度球形行波型超声电机预压力结构

摘要

本发明提供多自由度球形行波型超声电机预压力结构，属于超声电机技术领域。包括至少3个行波定子支撑可与球形转子球面接触并关于球形转子的竖轴线对称均布，行波定子支撑包括支撑柱，滑动配合装在对应的爪形架的爪孔中，支撑柱的外端面高出爪孔，爪形架包括中心立柱，所述可旋转槽框的槽底与中心立柱螺纹配合，槽顶部斜面与支撑柱的外端面滑动配合，旋转调节可旋转外框，可使支撑柱轴向滑动，使行波定子支撑与球形转子球面接触处达到合适的压力，使球形转子按要求旋转。本发明具有结构简单，便于安装、调节预压力方便灵活，保证行波定子内缘与球形转子充分接触，保证不同定子‑转子之间的预压力大小相同等特点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波电机预紧结构，尤其涉及一种能在一定范围内方便的调节预压力大小，并保证其大小一致的多自由度球形行波型超声电机的预压力结构。

背景技术

多自由度电机可以有效的精简多自由度的驱动机构，已经成功地应用于航空航天、医疗设备和机器人等领域，有广泛的应用领域和发展前景。超声波电机是一种不同于传统电机的一种全新概念的驱动装置，它首先利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化成定子的微观振动，定子表面质点形成椭圆轨迹，然后利用定子-转子接触面上的预压力将定子的微观振动通过摩擦力转化为转子的宏观运动。所以，超声波电机是通过定子-转子之间摩擦来传递力矩的，它决定着电机的输出性能。控制电机或调节电机最佳工作状态，都需要调节定子-转子间的预压力。

多自由度球形行波型超声波电机由多个行波定子和一个球形转子组成，如何能使多个行波定子对球形转子的预压力大小相同，能方便地调节定子-转子间的预压力成了多自由度球形超声电机设计中的重要部分。目前少有针对多自由度球形超声电机施加预压力的方法，且大部分通过电机上方固定金属架和弹簧垂直施加预压力，这使得预压力结构过于复杂、体积较大，而且不利于行波定子的对心，或者预压力不可调节，降低电机输出的灵活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多自由度球形行波型超声电机预压力结构，主要解决现有技术存在的预压力结构过于复杂、体积较大，而且不利于行波定子对心或者预压力不可调节，降低电机输出的灵活性的问题。本发明具有结构简单，便于安装、调节预压力方便灵活，保证行波定子内缘与球形转子充分接触，保证不同定子-转子之间的预压力大小相同等特点。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：多自由度球形行波型超声电机预压力结构，其特征在于：包括至少3个行波定子支撑，至少3个行波定子支撑可与球形转子球面接触并关于球形转子的竖轴线对称均布，所述行波定子支撑包括支撑柱，支撑柱滑动配合装在对应的爪形架的爪孔中，且支撑柱的外端面高出爪孔，爪形架包括中心立柱，所述可旋转槽框的槽底与中心立柱螺纹配合，槽顶部斜面与支撑柱的外端面滑动配合，旋转调节可旋转外框，可使支撑柱轴向滑动，使行波定子支撑与球形转子球面接触处达到合适的压力，使球形转子按要求旋转。

优选的，所述支撑柱的轴线通过球形转子的中心。

优选的，支撑柱包括台肩，台肩通过螺栓与行波定子相固定。

优选的，所述行波定子支撑为3个，对应的爪形架有3个爪。

进一步的，在爪形架的中间上部还设有电磁铁，与球形转子间设有间隙，球形转子使用导磁材料，可旋转外框上开有排线孔；通过控制电磁铁的电磁力，可调节行波定子支撑与球形转子球面接触处达到要求的压力，使球形转子按要求旋转。

优选的，所述行波定子、支撑柱、爪形架和可旋转外框使用不导磁金属材料。

本发明的技术效果是：主要解决现有技术存在的预压力结构过于复杂、体积较大，而且不利于行波定子对心或者预压力不可调节，降低电机输出的灵活性的问题。解决现有技术中存在的体积大、集成度低，自由度少的问题。该结构具有通过支撑体和可旋转外框可保证行波定子内缘与球形转子充分接触，而且可以方便的同时调节多个行波定子与球形转子间的预压力，同时保证了不同定子-转子之间的预压力大小相同的特点。本发明具有结构简单，便于安装、调节预压力方便灵活，精度高，保证行波定子内缘与球形转子充分接触，保证不同定子-转子之间的预压力大小相同等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的立体结构示意图。

图2为图1的剖视图。

图3为图2中行波定子结构示意图。

图4为图2中支撑柱的立体结构示意图。

图5为图2中基体的立体结构示意图。

图6为图2中底座的立体结构示意图。

图7为图2中电磁铁的立体结构示意图。

图8为图2中可旋转外框的立体结构示意图。

图中各标号含义：1—球形转子，2—行波定子，2-1—行波定子弹性体，2-2—压电陶瓷片，3—支撑柱，4—可旋转外框，5—爪形架，6—底座，7—电磁铁，8—排线孔，9—螺栓孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

参照图1-图8，作为本发明的一个具体实施方式，本发明采用的技术方案是：多自由度球形行波型超声电机预压力结构，其特征在于：包括至少3个行波定子支撑，至少3个行波定子支撑可与球形转子1球面接触并关于球形转子1的竖轴线对称均布，所述行波定子支撑包括支撑柱3，支撑柱3滑动配合装在对应的爪形架5的爪孔中，且支撑柱3的外端面高出爪孔，爪形架5包括中心立柱，所述可旋转槽框4的槽底与中心立柱螺纹配合，槽顶部斜面与支撑柱3的外端面滑动配合，旋转调节可旋转外框4，可使支撑柱3轴向滑动，使行波定子支撑与球形转子1球面接触处达到合适的压力，使球形转子1按要求旋转。

本发明具有结构简单，便于安装、调节预压力方便灵活，精度高，保证行波定子内缘与球形转子充分接触，保证不同定子-转子之间的预压力大小相同等特点。

作为本发明的一个具体实施方式，优选的，所述支撑柱3的轴线通过球形转子1的中心。

作为本发明的一个具体实施方式，优选的，支撑柱3包括台肩，台肩通过螺栓与行波定子2相固定。

作为本发明的一个具体实施方式，优选的，所述行波定子支撑为3个，对应的爪形架5有3个爪。

作为本发明的一个具体实施方式，进一步的，在爪形架5的中间上部还设有电磁铁7，与球形转子1间设有间隙，球形转子1使用导磁材料，可旋转外框4上开有排线孔8；通过控制电磁铁7的电磁力，可调节行波定子支撑与球形转子1球面接触处达到要求的压力，使球形转子1按要求旋转。

作为本发明的一个具体实施方式，优选的，所述行波定子2、支撑柱3、爪形架5和可旋转外框4使用不导磁金属材料。

作为本发明的一个具体实施方式，以下作进一步进行说明。

所述每个行波定子2和支撑柱3通过3个空间上分别相差120度的螺栓9固定连接，共9个螺栓结构。

所述支撑柱3和可旋转外框4均为刚体，两者倾斜角度相同，为斜面刚体接触，可旋转外框4推动支撑柱3的沿行波定子2轴向滑动。所述基体5底端通过螺纹与底座6连接。电磁铁7底部和基体5顶端粘贴连接。为了使电磁铁7正常调整预压力，球形转子1选用导磁材料，为了避免可能的电磁干扰，支撑体3、可旋转外框4、基体5选用不导磁金属材料。行波定子2连接的电线和电磁铁(7)连接的电线通过排线孔8连接到外面的电源。

预压力的不同会导致定转子接触面的摩擦情况不同，当增大预压力时定转子接触面的摩擦系数增大，行波定子2对球形转子1的驱动力和摩擦阻力都会增大；反之，当预压力减小时，行波定子2对球形转子1的驱动力和摩擦阻力都会减小。当预压力过小或者过大时，驱动力小于摩擦阻力，电机无法被驱动；当预压力在合适的范围内时，驱动力大于摩擦阻力，电机可以被驱动。所以可以通过本文提出的预压机结构调整预压力大小至最佳值，使电机达到最佳输出性能，也可以根据所需电机输出状态调整与压力值，是电机输出达到目标状态。当需要调整预压力时，可通过手动旋转可旋转外框4上下移动其位置，进而推动支撑柱3的轴向滑动，从而加大或者减小预压力大小，其中当可旋转外框4向上移动时，预压力增大，可旋转外框4向下移动时，预压力减小。由于预压力结构整体在空间上对称，所以通过可旋转外框4调整预压力时，三个行波定子2的预压力大小相等。当结构固定时，根据可旋转外框4调整的预压力的量程也是固定的，可以通过改变可旋转外框4和支撑柱3接触面的倾角改变电机输出量程，当倾角变小时，量程变大；当倾角变大时，量程变小。调整预压力外框4时，在规定范围内不会造成球形转子1上移。此外，可通过上位机调整电磁铁7的激励电压来调整电磁铁的磁性，由于球形转子1所选材料为导磁材料，球形转子1在受到不同的磁力影响时会产生大小不同的向下的电磁力，由于预压力结构的对称性，通过电磁铁7调整预压力也可以保证三个行波定子2的预压力大小相等。

通过可旋转外框4和电磁铁7均可以调整预压力大小，其中可旋转外框4的调节范围更大，电磁铁7的调节精度更高，当需要调整预压力时，可先通过可旋转外框4对预压力进行调整，再通过电磁铁7精确调整，使电机达到最佳输出状态或者指定输出状态。

以上未述及部分本领域技术人员均能实施。

上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以在不脱离本发明原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述方案进行变化、修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换、改进等。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。