[發明專利]單電信號驅動雙向旋轉超聲電機

有效

• 申請號: 201310373898.2
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103414374A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 殷振;李華;曹自洋;李艷;謝鷗;汪幫富;劉義生;吳永芝;呂自強;劉嬌
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應的超聲電機領域，尤其是涉及一種單電信號驅動雙向旋轉超聲電機。

背景技術

旋轉超聲電機是20世紀80年代迅速發展和應用的一種新型微電機，是利用壓電材料的逆壓電效應實現電能-機械能轉換的機電耦合裝置，通過定子和轉子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動轉換成轉子的宏觀旋轉運動，直接驅動負載。目前已有的旋轉型超聲電機中，普遍存在驅動力矩小，軸向體積大、定轉子的內外徑接觸區磨損差別大、工作可靠性低等問題。

單電信號驅動模態轉換型超聲電機也是超聲電機的一種，它是利用一組壓電陶瓷元件的驅動，通過特殊結構的模態轉換器使定子產生具有兩種振動模態分量的復雜振動。如果這兩個振動模態之間存在一定的相位差且頻率相近，定子和轉子接觸界面上定子的端面質點就會產生橢圓軌跡振動，從而通過定子和轉子之間的摩擦獲得轉子的運動和扭矩。

在公開號為CN101860259A，發明名稱為《單電信號激勵旋轉超聲電機》的專利文獻中，公開了一種利用利用窗形錯位模態轉換器將夾心式壓電振子產生的縱向振動轉換為驅動齒質點橢圓振動，進而驅動轉子轉動的超聲電機，該發明控制驅動系統簡單，裝配容易，但是其窗形錯位模態轉換器制造難度較大，生產成本較高，且其只能進行單向旋轉，這些問題制約了其在工業生產中的推廣和應用。

在公開號為CN101030740A，發明名稱為《單相驅動的彎曲旋轉超聲電機》的專利文獻中，公開了一種機體的結構呈錐狀的單相驅動駐波旋轉超聲電機，該電機依靠六片沿軸向疊合在一起的壓電陶瓷片激發定子的振動，六片壓電陶瓷片依靠壓緊螺母及壓軸套固定在中軸上。該電機雖然具有輸出力矩較大等優點，但其結構復雜，且在壓電陶瓷片的壓緊過程中因壓緊螺母的螺旋運動(旋轉力)極易造成壓電陶瓷片之間錯位，難以保證相鄰壓電陶瓷片之間錯位60度的技術要求；此外，該電機定子與轉子之間不帶任何定位裝置，這使得定子與轉子兩者之間的接觸位置精度受到影響，進而影響電機轉矩和速度的穩定性；此類旋轉超聲電動機存在結構復雜，制造安裝較困難，成本較高、電機轉矩和速度的穩定性差等問題。

發明內容

為克服現有超聲電機技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種新型的單電信號驅動雙向旋轉超聲電機。

單電信號驅動雙向旋轉超聲電機，包括兩個相同的定子、一個轉子和一套正壓預緊力調整機構，定子包括心軸和依次套設在心軸上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、橢圓振動模態轉換器，心軸和橢圓振動模態轉換器通過螺紋聯接后將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和橢圓振動模態轉換器壓緊固定。同時定子部分也是超聲電機的能量轉換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉換為定子部分的超聲振動能量。

所述的橢圓振動模態轉換器為一體化結構，包括下端的圓柱體部分和上端的驅動齒部分，下端的圓柱體部分上設置有可以與外部結構聯接用的法蘭盤，上端的驅動齒部分在圓周方向均布設置在圓柱體部分的上端，每個驅動齒沿徑向方向為斜楔形結構，該斜楔形原整體結構沿徑向方向的投影為長方形，沿超聲電機軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，即形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面沿徑向的投影平行于超聲電機軸線，被切割過的另一側面沿徑向的投影與超聲電機軸線成3-40度夾角；所述的驅動齒數量為3-12個。

使驅動齒形成斜楔形結構的目的是為了改變橢圓振動模態轉換器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等，由于斜楔形結構的存在，超聲電機的能量轉換部分產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形驅動齒末端后，在斜楔形結構驅動齒末端分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，且兩振動分量具有一定的相位差，進而在斜楔形結構驅動齒的末端復合形成橢圓振動軌跡，即轉換為橢圓振動模態轉換器驅動齒末端沿超聲電機圓周切向的縱彎復合超聲橢圓振動。

轉子包括摩擦盤和軸承，軸承設置在摩擦盤內部；正壓預緊力調整機構包括彈簧和支撐結構，彈簧一端與一定子的法蘭盤固定，另一端與支撐結構固定。

所述的兩個定子同軸設置，且定子上橢圓振動模態轉換器的驅動齒端均朝向摩擦盤并和摩擦盤接觸，其中一個定子通過法蘭盤進行固定，另一個定子通過法蘭盤和彈簧一端連接，支撐結構聯接在彈簧另一端，通過調節支撐結構的位置，在兩個定子和轉子之間形成正壓預緊力。

更進一步，所述橢圓振動模態轉換器驅動齒末端粘接有A摩擦材料。

更進一步，所述摩擦盤上與驅動齒相接觸的兩個端面粘接有B摩擦材料。

更進一步，所述后蓋板和所述心軸制作成分體式結構或一體化結構。