[發明專利]一種頻率控制型單驅雙向桿式壓電電機

有效

• 申請號: 201310073490.3
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103178745A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 邢增平;何彬;徐凱
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

技術領域

本發明屬于微型電機領域，特別涉及一種頻率控制型單驅雙向桿式壓電電機。

背景技術

壓電電機是一種新型的微特電機，其利用壓電材料的逆壓電效應，激發定子的超聲頻段的微幅振動，并通過定子和轉子之間的摩擦將振動轉化為轉子（動子）的旋轉（直線）運動。其具有結構緊湊、低轉速大力矩、響應快、斷電自鎖、結構簡單和效率對尺寸的不敏感等特性，這些特性使得其比傳統的電磁電機更適合作為毫米量級和亞毫米量級的制動器。目前，壓電電機的常用微型化結構為桿式和碟式，其中桿式壓電電機的機械輸出性能比碟式更強。

大部分桿式壓電電機為了實現雙向旋轉特性，需要兩組（片）壓電陶瓷和兩路相互正交的驅動信號。如果只用一片壓電陶瓷片和一路驅動信號就可以實現雙向旋轉特性，那結構和電路可以同時實現微型化，簡單化，整個壓電電機系統都大大減小。

公告號為CN102005967A的中國專利中公開了一種頻率控制轉向的單驅動微型壓電馬達，包括定子以及可相對定子旋轉的轉子；所述的定子包括帶中心孔的驅動體以及分別粘接在驅動體兩個相鄰的側平面的壓電片和匹配片，所述的壓電片和匹配片的形狀、材料至少有一種不同；所述的轉子包括貫穿驅動體的中心孔的旋轉體以及與旋轉體一端固定連接的帽體；所述的帽體與所述的驅動體接觸，所述的旋轉體與所述的驅動體的中心孔孔壁之間有空隙。該壓電馬達體積小且易于控制正反轉，對于壓電馬達系統的微型化起到重要的作用，使得雙向旋轉型壓電電機的結構和電路得到簡化，更適合微型化。但其至少需要加工出兩個面用于粘貼壓電片和匹配塊，這使得加工工藝要求比較高，零配件比較多，如果不需要匹配塊或者只需加工一個側平面，則頻率控制轉向的單驅動微型壓電電機更適合微型化。

公告號為US6940209的美國專利公開了一種桿狀型直線壓電電機，其利用兩對壓電元件在兩個端部產生“呼啦圈”（wobbling）運動，通過螺紋驅動原理推動一個插入其內的螺桿產生直線運動，其可以做成小直徑的桿狀結構，實現直線壓電電機的微型化，但其需要兩對壓電元件以及兩組正交驅動信號同時驅動，使得結構進一步的微型化比較困難，其需要兩相電路，使得驅動電路比較復雜，不適合進一步的微型化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種頻率控制型單驅雙向桿式壓電電機，以解決上述現有技術中至少需要加工出兩個相鄰的側平面并需要一塊匹配塊而增加微型化難度的問題，以及現有桿狀直線壓電電機需要兩路驅動電路驅動而不適合微型化的問題。

作為旋轉電機的一種應用形式，本發明一種頻率控制型單驅雙向桿式壓電電機，包括定子以及可相對定子旋轉的轉子，所述的轉子包括旋轉體以及與旋轉體一端固定連接的帽體，所述的定子包括帶中心孔的圓管狀振動體以及粘貼在振動體外側面上的一個壓電片，且粘貼有壓電片的圓管狀振動體的徑向截面為不對稱圖形；

所述的旋轉體貫穿振動體的中心孔；

所述的帽體與振動體接觸，所述的旋轉體與振動體的中心孔孔壁之間有間隙；

壓電電機的轉向受控于驅動信號的頻率。

作為優選，所述的旋轉體和帽體的連接處設有過渡斜面桿體結構，所述圓管狀振動體上端設有一內凹圓環形斜面，與旋轉體和帽體連接處的過渡斜面桿體結構相配合。內凹圓環形斜面與過渡斜面桿體結構相配合，以更好地使轉子的帽體與定子的振動體緊密接觸。

作為優選，所述的旋轉體的另一端（遠離帽體的一端）設有用于使轉子的帽體與定子的振動體緊密接觸的彈性機構。

所述彈性機構可進行限位，為定子與轉子上端面接觸提供預壓力。

作為優選，所述的彈性機構為彈性卡片或為由彈簧與螺母和螺釘組成的復合彈性機構。

本發明電機中由于定子采用不對稱結構，只需在壓電片上通入不同頻率的驅動信號就可以實現雙向旋轉，對于電機整體而言，轉子的旋轉既可以直接作為旋轉電機應用也均可以通過螺紋配合的方式使轉子同時軸向運動，即做為直線電機使用。

作為直線電機的一種應用形式，本發明一種頻率控制型單驅雙向桿式壓電電機，包括定子以及可相對定子運動的動子，所述的定子包括帶中心孔的圓管狀振動體以及粘貼在振動體外側面上的一個壓電片，且粘貼有壓電片的圓管狀振動體的徑向截面為不對稱圖形；

所述管狀振動體上端部設有內螺紋，所述動子為一根螺桿且貫穿振動體的中心孔，所述螺桿的螺紋與管狀振動體的內螺紋相吻合；

所述動子的運動方向受控于驅動信號的頻率。