[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

技術領域

本發明涉及一種超聲電機及其控制方法，特別地，涉及一種類齒輪傳動行波超聲電機及其控制方法。

背景技術

超聲電機是20世紀80年代發展起來的一種全新概念的微特電機，其利用壓電材料的逆壓電效應，通過激勵信號激發定子壓電陶瓷在超聲頻段產生振動，并通過定子表面質點的橢圓運動與轉子摩擦，從而將定子表面質點的微觀振動轉換為轉子的宏觀轉動。由于超聲電機具有轉矩大、無噪聲、響應速度快、不受電磁干擾等顯著優點而廣泛應用于精密儀器、微型機器人、航空航天等領域中。

超聲電機本身是包含機械、電氣、振動、計算機、自動控制等多領域的機電產品。眾所周知，定轉子接觸界面的動力特性傳遞是影響超聲電機摩擦、噪聲與壽命的決定因素。現有的行波超聲電機利用圓環的彎曲振動，在圓環上由兩列駐波合成一列行波。利用行波波峰處質點的橢圓運動與轉子接觸產生的摩擦力驅動轉子。但由于現有超聲電機定子在超聲頻段下僅做微米級振動，這種驅動方式僅利用了行波在波峰處的摩擦驅動力，因而導致其機械效率低，摩擦損耗大。同時，伴隨摩擦產生的熱量使得超聲電機的諧振頻率都會產生漂移，不利于超聲電機輸出的穩定性及長期性。

因此，設計一種新型的能夠充分利用行波在波峰與波谷之間的驅動力的行波超聲電機，對提高機械傳動效率、減少摩擦損耗、延長超聲電機壽命等諸多方面具有重大意義。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種類齒輪傳動行波超聲電機及其控制方法，該超聲電機扭矩大、轉速快、效率高，具有廣泛的應用范圍。

為實現上述目的，本發明提供了一種類齒輪傳動行波超聲電機，其包括第一電刷、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。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，所述定子通過螺栓固定在所述基座上。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，所述轉子通過螺栓與所述電機輸出軸相連接。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，所述壓力傳感器與顯示器相連接。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，所述定子和轉子上的環形壓電陶瓷外觀尺寸相同。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，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。

如上述的類齒輪傳動行波超聲電機，其中，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。

同時，本發明還提供了一種上述類齒輪傳動行波超聲電機的控制方法，其包括以下步驟：