[發明專利]新型雙齒面旋轉超聲電機定子及其激勵方式

有效

• 申請號: 201210210642.5
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102751905A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 胡俊輝;蘆小龍;趙淳生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術領域

本發明涉及一種定子結構，尤其是一種旋轉超聲電機的定子結構及其激勵方式。

背景技術

超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動，依靠摩擦力驅動的新型作動器。旋轉型超聲電機屬于超聲電機的一種。與傳統電磁電機相比，超聲電機具有大轉矩質量比、快速響應、精密定位和無電磁干擾等優點，在生物醫療、精密驅動、光學器件以及航空航天等領域具有廣泛的應用前景。?

檢索現有的旋轉超聲電機專利發現，申請號為200910185434公開的一種階梯軸式旋轉超聲電機，其特點是兩個轉子采用階梯軸并聯放置于兩個定子中間，采用雙定子雙轉子的結構，可有效提高輸出功率。申請號為201110329573.5公開的一種行波旋轉超聲電機采用兩個定子共同驅動一個轉子的結構，同樣起到提高輸出功率的效果。但上述發明均基于傳統的旋轉超聲電機所采用的粘接壓電陶瓷工藝，當用于極端高溫環境時，由于膠層的非線性，將導致壓電陶瓷易碎，電機失效等不利現象；另外，為了提高輸出功率，前述兩份對比文件均將原有的行波型超聲電機的兩個定子簡單疊加而成的超聲電機；簡單的疊加原理需要優選兩個定子工作特性非常接近，否則會互相干擾其工作方式，而由于加工的誤差，需要在大量的定子中反復選擇比對，增加整機的生產難度。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，目的在于提供一種旋轉超聲電機的定子結構，采用該定子結構的旋轉超聲電機能夠實現正反向旋轉運動并具有大功率輸出特性。電機本體具有性能穩定，輸出功率大，結構緊湊，對陶瓷片的要求較單一，加工和裝配要求較低，適合于高溫環境運行的特點。

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：

一種新型雙齒面旋轉超聲電機定子，包括雙齒面定子環以及彎振子；所述雙齒面定子環包括相對設置的第一定子環、第二定子環，第一定子環、第二定子環的相鄰環面通過四組驅動柱連接，且第一定子環、第二定子環的外側環面開設用于驅動電機轉子的齒形驅動面；每一根驅動柱均配置有一個彎振子，各彎振子相對于第一定子環、第二定子環的圓心連線均勻分布，且相鄰兩彎振子在長度方向上相垂直；所述彎振子為夾心式壓電結構，包括緊固螺栓以及依次安裝在緊固螺栓上的前端蓋、第一夾持板、彎振壓電陶瓷組件、第二夾持板以及尾部配重塊；所述彎振子通過第一夾持板、第二夾持板與驅動柱固定；各彎振子分別與相應的激勵電源連接，以分別在第一定子環、第二定子環的齒形驅動面產生面外行波運動。

所述彎振子在長度方向上與驅動柱相垂直，且第一夾持板、第二夾持板對稱地夾持在驅動柱的兩端；第一定子環、第二定子環相對于彎振子對稱設置。

所述彎振壓電陶瓷組件為兩分區激勵結構，包括彎振壓電陶瓷片以及電極片；所述彎振壓電陶瓷片以及電極片均為偶數片，且彎振壓電陶瓷片與電極片相間設置，各彎振壓電陶瓷片的極化邊界同位設置，同時相鄰的兩彎振壓電陶瓷片的正負極化區交替布置。

本發明的另一個技術目的是提供一種上述新型雙齒面旋轉超聲電機定子的激勵方式，相對設置的一組彎振子分別在一路時間相差為90°的正弦信號激發下，在第一定子環、第二定子環的齒形驅動面均產生A型模態；另一組相對設置的彎振子分別在另一路時間相差為90°的正弦信號激發下，在第一定子環、第二定子環的齒形驅動面均產生B型模態；A型模態、B型模態均為彎曲振動模態，具有相同的振型和相等的模態頻率，且A型模態、B型模態的空間相差為π/2；兩路時間相差為90°的正弦信號同時對四個彎振子進行激勵時，A型模態、B型模態同時被激發，促使第一定子環、第二定子環的齒形驅動面產生面外行波運動。

根據以上的技術方案，可以實現以下的有益效果：

1、采用彎振子激發雙齒面定子環的面外彎曲振動，彎振子以驅動柱為對稱面，垂直安放于驅動柱的中央，彎振子的數量為四個，繞金屬圓環的中心軸呈90度均布，這種布局結構緊湊，激發的模態振型相同，并且有助于提高輸出功率；采用彎振子的夾持板作為定子整體的夾持結構，夾持板結構設計成柔性，有利于避免對振動模態的影響和提高輸出穩定性；另外，本發明采用單個定子雙面齒輸出動力的一體化結構，解決了現有技術中采用簡單疊加的雙定子結構加工精度難以控制的問題；

2、由彎振子激發的雙齒面彎曲振動：經有限元計算，其彎振模態易于激發定子金屬圓環的面外彎曲振動，并且模態頻率較低，諧波響應計算的振幅較高，有助于提高電機的輸出轉速和扭矩。

附圖說明

圖1為彎振子的結構示意圖：其中，圖1-1為立體視圖，圖1-2為分解視圖。?