[發明專利]類齒輪傳動行波超聲電機及其控制方法

有效

• 申請號: 201210103261.7
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN102647108A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 楊明;徐亮;莊曉奇;葉林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/16
• 分類號: H02N2/16;H02N2/14
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

1.一種類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，包括第一電刷、第一銅環、電機輸出軸、外殼、轉子、定子、基座、第二電刷、第二銅環、基座軸承、壓力傳感器、彈性墊圈、預緊螺母和外殼軸承，其中，所述定子包括金屬彈性體、環形壓電陶瓷和兩個半環形鍍銀電極，所述定子的環形壓電陶瓷粘貼在所述定子的金屬彈性體的下表面，所述定子的環形壓電陶瓷均勻分區并單向極化，且相鄰兩個分區極化方向相反，所述定子的兩個半環形鍍銀電極分別覆蓋所述定子的環形壓電陶瓷下表面的左右兩側，所述定子固定在所述基座上；所述轉子同樣包括金屬彈性體、環形壓電陶瓷和兩個半環形鍍銀電極，所述轉子的環形壓電陶瓷粘貼在所述轉子的金屬彈性體的上表面，所述轉子的環形壓電陶瓷均勻分區并單向極化，且相鄰兩個分區極化方向相反，所述轉子的兩個半環形鍍銀電極分別覆蓋所述轉子的環形壓電陶瓷上表面的左右兩側；所述轉子的下表面與所述定子的上表面相接觸，所述轉子與所述電機輸出軸同軸，并與電機輸出軸的軸肩連接；所述電機輸出軸上靠近所述外殼的部位處固定有所述第一銅環和所述第二銅環，所述兩個銅環通過導線分別連接在所述轉子的兩個半環形鍍銀電極上，所述第一電刷和第二電刷嵌在所述外殼上靠近所述電機輸出軸的部位處并分別搭接在所述第一銅環和第二銅環上，所述電機輸出軸底部有外螺紋，所述基座軸承放置在所述基座底部凹槽內，所述壓力傳感器及所述彈性墊圈依次放置在所述基座軸承的底部內圈，所述預緊螺母通過所述外螺紋將壓力傳感器和彈性墊圈壓緊在所述基座軸承的內圈，設置在所述外殼內的外殼軸承與所述基座處的基座軸承構成軸承對，以支撐所述電機輸出軸，所述外殼與所述基座通過螺栓連接。

2.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述定子通過螺栓固定在所述基座上。

3.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述轉子通過螺栓與所述電機輸出軸連接。

4.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述壓力傳感器與顯示器相連接。

5.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述定子和轉子上的環形壓電陶瓷外觀尺寸相同。

6.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述定子和轉子中，所述環形壓電陶瓷的周長長度為所述金屬彈性體中所激發的行波波長的整數倍。

7.如權利要求1所述的類齒輪傳動行波超聲電機，其特征在于，所述預緊螺母還用于調節所述超聲電機的預緊力，所述預緊力利用所述壓力傳感器測試。

8.如權利要求1-7之一所述的類齒輪傳動行波超聲電機的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

給所述定子底部的環形壓電陶瓷一路半環形鍍銀電極施加驅動電信號Esin(ωt)，從而在所述定子的金屬彈性體內形成一列駐波W_a(x，t)＝Wsin(kx)sin(ωt)；同時給所述定子的另一路半環形銀電極施加驅動電信號Ecos(ωt)，從而在定子的金屬彈性體中形成另一列駐波W_b(x，t)＝Wcos(kx)cos(ωt)，上述兩路信號的激勵電壓幅值與頻率均相等，從而在所述定子的金屬彈性體內合成機械行波W₁(x，t)＝W₁cos(kx-ωt)，并在所述定子的金屬彈性體內傳播；

通過所述第一電刷給所述第一銅環加驅動電信號Esin(ωt)，從而在所述轉子的金屬彈性體中形成一列駐波W_c(x，t)＝Wsin(kx)sin(ωt)；同時通過所述第二電刷給所述第二銅環施加驅動電信號Ecos(ωt)，從而在所述轉子的金屬彈性體中形成另一列駐波W_d(x，t)＝Wcos(kx)cos(ωt)，上述兩列駐波在所述轉子的金屬彈性體內合成機械行波W₂(x，t)＝W₂cos(kx-ωt)，并在所述轉子的金屬彈性體內傳播；

調節所述定子和轉子的激勵信號以調節所述定子和轉子中的兩列行波的相位差和工作頻率使所述兩列行波的波峰波谷相互嚙合，形成類齒輪傳動。