專利名稱：二自由度球形行波型超聲波電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種超聲波電機(jī)，尤其涉及一種新型的具有二個運(yùn)動自由 度的行波型超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，機(jī)電系統(tǒng)的日益復(fù)雜化，尤其是一些精密裝置對性能的 要求越來越高，單自由度電機(jī)已經(jīng)不能滿足要求。與單自由度電機(jī)相比，多自 由度電機(jī)的機(jī)械集成度高，結(jié)構(gòu)更緊湊，在需要有多自由度運(yùn)動的設(shè)備中會有 廣泛的應(yīng)用前景，如機(jī)器人關(guān)節(jié)，機(jī)器人眼球，衛(wèi)星跟蹤天線驅(qū)動等。
多自由度球形行波型超聲波電機(jī)是超聲波電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種電 機(jī)，它具有超聲波電機(jī)的許多優(yōu)點(diǎn)，如可產(chǎn)生較高的摩擦轉(zhuǎn)矩，尤其是低速下
可以實現(xiàn)高輸出轉(zhuǎn)矩；在結(jié)構(gòu)設(shè)計上具有簡單性和靈活性，可以實現(xiàn)多個自由 度的運(yùn)動；由于沒有磁極和繞組，不依靠電磁相互作用來傳遞能量，故無電磁 干擾。
目前的二自由度球形行波型超聲波電機(jī)是國立東京農(nóng)工大學(xué)的遠(yuǎn)山茂樹教 授等人研制的，它有四個行波定子和一個球轉(zhuǎn)子組成，可以作兩個自由度的旋 轉(zhuǎn)。這種電機(jī)有良好的速度 和位置控制性，結(jié)構(gòu)實現(xiàn)相對簡單，此電機(jī)的應(yīng)用 現(xiàn)狀和前景十分看好。但是這種電機(jī)的不足之處在于，當(dāng)球轉(zhuǎn)子僅需要一對定 子驅(qū)動時，另外一對就會產(chǎn)生阻力，相當(dāng)于增加了負(fù)載，降低了電機(jī)的效率。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二自由度球形行波 型超聲波電機(jī)。該電機(jī)比傳統(tǒng)的二自由度球形行波型超聲波電機(jī)少了一個壓電 振子，增加了電機(jī)的效率，結(jié)構(gòu)更簡單，體積更小。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種二自由度球形行波 型超聲波電機(jī)，它主要由蓋板、球轉(zhuǎn)子和三個壓電振子組成，每個壓電振子包 括彈簧座、側(cè)蓋、彈簧壓套、螺旋板簧和行波定子；其中，三個彈簧座沿蓋板 中心120度對稱地固定在蓋板上，側(cè)蓋與彈簧座螺紋聯(lián)接，彈簧壓套在彈簧座內(nèi) 與彈簧座間隙配合，螺旋板簧與彈簧壓套相連，行波定子與螺旋板簧相連，球 轉(zhuǎn)子由三個行波定子夾持。
進(jìn)一步地，所述蓋板中心120度對稱地分布有螺紋孔，三個彈簧座通過十字 槽沉頭螺釘固定在蓋板上。進(jìn)一步地，所述彈簧壓套的外圈周邊沿圓中心120度對稱分布有三個彈簧壓 套外圈周邊槽。螺旋板簧的三個螺旋板簧引出腳分別卡在彈簧壓套3的三個彈簧 壓套外圈周邊槽中固定。
進(jìn)一步地，所述行波定子的底部有定子底部凹槽，卡在螺旋板簧的螺旋板 簧定位孔凸臺上。
本實用新型的有益效果是
1、 本實用新型比傳統(tǒng)的二自由度球形行波型超聲波電機(jī)少了一個壓電振 子，提高了電機(jī)的效率。
2、 本實用新型僅采用彈簧座、彈簧壓套、螺旋板簧、側(cè)蓋、蓋板等少數(shù)零 件，結(jié)構(gòu)更簡單，緊湊。
3、 本實用新型的螺旋彈簧保證了在電機(jī)運(yùn)行過程中，行波定子能自適應(yīng)地 調(diào)整姿態(tài)以使內(nèi)緣緊貼球轉(zhuǎn)子表面，做到自動對心。
4、 本實用新型能方便地調(diào)整各個行波定子與球轉(zhuǎn)子之間的預(yù)緊力。
圖l是行波定子的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是主視圖，(b)是左視圖，(c) 是后視圖2是螺旋彈簧的主視圖3是彈簧座的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是前視圖，(b)是剖面圖； 圖4是彈簧壓套的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是俯視圖，(b)是主視圖； 圖5是蓋板主視圖6是側(cè)蓋的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，(a)是主視圖，(b)是左視圖； 圖7是本實用新型二自由度球形行波型超聲波電機(jī)的裝配示意圖； 圖中，彈簧座l，側(cè)蓋2，彈簧壓套3，螺旋板簧4，蓋板5，行波定子6，球
轉(zhuǎn)子7，定子內(nèi)緣8，定子底部凹槽9，螺旋板簧引出腳IO，螺旋板簧定位孔ll，
螺旋板簧定位孔凸臺12，彈簧壓套外圈周邊槽13。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實用新型，本實用新型的目的和效果將變得更 加明顯。
如圖所示，本實用新型二自由度球形行波型超聲波電機(jī)主要由蓋板5、球轉(zhuǎn) 子7和三個壓電振子組成，每個壓電振子包括彈簧座l、側(cè)蓋2、彈簧壓套3、螺 旋板簧4和行波定子6。其中，三個彈簧座1沿蓋板5中心120度對稱地固定在蓋板 5上，側(cè)蓋2與彈簧座1螺紋聯(lián)接，彈簧壓套3在彈簧座1內(nèi)與彈簧座1間隙配合， 螺旋板簧4與彈簧壓套3相連，行波定子6與螺旋板簧4相連，球轉(zhuǎn)子7由三個行波定子6夾持。
具體地，如圖5、 7所示，蓋板5是整個機(jī)構(gòu)的骨架，起固定和定位作用。沿 蓋板5中心120度對稱地分布有螺紋孔，三個彈簧座l通過十字槽沉頭螺釘固定在 蓋板5上。如圖3所示，彈簧座l內(nèi)孔的前端無螺紋，后端有螺紋。在無螺紋的部 分，塞入彈簧壓套3。彈簧座1和彈簧壓套3間隙配合，彈簧壓套3能在彈簧座1的 內(nèi)部前后移動；彈簧座1內(nèi)孔后端有螺紋的部分和側(cè)蓋2外螺紋配合。如圖4所示， 彈簧壓套3的外圈周邊沿圓中心120度對稱分布有三個彈簧壓套外圈周邊槽13。
如圖2所示，螺旋板簧4是一種特殊形狀的彈簧，中心有定位孔ll，定位孔 的周邊有兩個呈180度分布的螺旋板簧定位孔凸臺12。沿中心120度對稱地發(fā)散 出三條阿基米德形狀的螺旋線。螺旋線的末端距離起始端的角度為270度，且末 端有三個螺旋板簧引出腳10;螺旋板簧4的三個螺旋板簧引出腳10卡在彈簧壓套 3的彈簧壓套外圈周邊槽13中，使螺旋板簧4與彈簧壓套3成為一體。如圖1所示， 行波定子的底部有定子底部凹槽9，卡在螺旋板簧定位孔凸臺12上，使定子不能
作周向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動。
如圖3，4，6所示，當(dāng)擰緊側(cè)蓋2時，側(cè)蓋2通過彈簧座1內(nèi)螺紋進(jìn)入彈簧座1， 頂住彈簧壓套3，使彈簧壓套3在彈簧座1的內(nèi)部向前滑動。側(cè)蓋2在彈簧座1進(jìn)入 的位移量決定了彈簧壓套3的滑動量，這樣就調(diào)節(jié)了行波定子6與球轉(zhuǎn)子7之間的 預(yù)緊力。壓緊后，螺旋板簧4在受力方向和剪切方向產(chǎn)生的變形自然使行波定子 內(nèi)緣8上的每一點(diǎn)都能緊貼球轉(zhuǎn)子，做到自動對心。且因螺旋板簧4設(shè)計上的對 稱性，巧妙地保證了定子內(nèi)緣8上的每一點(diǎn)與球轉(zhuǎn)子7的預(yù)緊力均勻一致。這樣
就保證了電機(jī)運(yùn)行時的平穩(wěn)。
對行波定子6施加兩相在空間和時間上都相差90。的正弦電壓信號，行波定 子6表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動。行波定子6與球轉(zhuǎn)子7之間的預(yù)緊力使橢圓產(chǎn)生周向 摩擦力帶動球轉(zhuǎn)子7做周向回轉(zhuǎn)運(yùn)動。三個行波定子6的復(fù)合作用，可使球轉(zhuǎn)子7 全方位轉(zhuǎn)動，即具有2自由度。又因為每一個行波定子6與球轉(zhuǎn)子7之間的預(yù)緊力 能獨(dú)立調(diào)節(jié)，以及對正弦電壓信號的調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相可對球轉(zhuǎn)子7的運(yùn)動進(jìn)行 控制。
權(quán)利要求1、一種二自由度球形行波型超聲波電機(jī)，其特征在于，它主要由蓋板(5)、球轉(zhuǎn)子(7)和三個壓電振子組成，每個壓電振子包括彈簧座(1)、側(cè)蓋(2)、彈簧壓套(3)、螺旋板簧(4)和行波定子(6)；其中，三個彈簧座(1)沿蓋板(5)中心120度對稱地固定在蓋板(5)上，側(cè)蓋(2)與彈簧座(1)螺紋聯(lián)接；彈簧壓套(3)在彈簧座(1)內(nèi)與彈簧座(1)間隙配合，螺旋板簧(4)與彈簧壓套(3)相連，行波定子(6)與螺旋板簧(4)相連，球轉(zhuǎn)子(7)由三個行波定子(6)夾持。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述二自由度球形行波型超聲波電機(jī)，其特征在于，所述蓋 板(5)中心120度對稱地分布有螺紋孔，三個彈簧座(1)通過十字槽沉頭螺釘 固定在蓋板(5)上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述二自由度球形行波型超聲波電機(jī)，其特征在于，所述彈 簧壓套(3)的外圈周邊沿圓中心120度對稱分布有三個彈簧壓套外圈周邊槽(13);螺旋板簧(4)的三個螺旋板簧引出腳(10)分別卡在彈簧壓套(3)的 三個彈簧壓套外圈周邊槽(13)中固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述二自由度球形行波型超聲波電機(jī)，其特征在于，所述行 波定子(6)的底部有定子底部凹槽(9),卡在螺旋板簧(4)的螺旋板簧定位 孔凸臺(12)上。
專利摘要本實用新型公開了一種二自由度球形行波型超聲波電機(jī)，它主要由蓋板、球轉(zhuǎn)子和三個壓電振子組成，每個壓電振子包括彈簧座、側(cè)蓋、彈簧壓套、螺旋板簧和行波定子；其中，三個彈簧座沿蓋板中心120度對稱地固定在蓋板上，側(cè)蓋與彈簧座螺紋聯(lián)接，彈簧壓套在彈簧座內(nèi)與彈簧座間隙配合，螺旋板簧與彈簧壓套相連，行波定子與螺旋板簧相連，球轉(zhuǎn)子由三個行波定子夾持。控制三個壓電振子，使球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動具有二自由度；與傳統(tǒng)的二自由度行波型超聲波電機(jī)相比，本實用新型更具有結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，制造成本低等特點(diǎn)。
文檔編號H02N2/00GK201435691SQ20092012247
公開日2010年3月31日 申請日期2009年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月22日
發(fā)明者胡錫幸, 郭吉豐, 黃長江 申請人:浙江大學(xué)