[實用新型]一種單電信號驅動旋轉超聲電機

有效

• 申請號: 201320241783.3
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN203261258U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 殷振;李華;曹自洋;李艷;任坤;陳玉榮;謝鷗;汪幫富;呂自強;劉嬌
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型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振子產生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，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

為克服現有技術中存在的不足，本實用新型的目的在于提供一種新型的單電信號驅動旋轉超聲電機。

一種單電信號驅動旋轉超聲電機，其特征在于：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、摩擦盤、軸承、彈簧和螺母；所述心軸、后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、橢圓振動模態轉換器構成所述超聲電機的定子部分，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，所述驅動齒部分在圓周方向均布設置在圓柱體部分的上端，每個驅動齒為兩側開設有三個錯位分布矩形缺口的條狀結構，所述的驅動齒數量為3-12個。驅動齒兩側設置矩形缺口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，當超聲振動能量從定子部分傳遞到橢圓振動模態轉換器驅動齒末端后，轉換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復合的縱彎復合超聲橢圓振動，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。

所述摩擦盤和軸承構成超聲電機的轉子部分；所述彈簧和螺母構成超聲電機轉子部分和定子部分的正壓預緊力調整機構。

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。

本實用新型定子采用夾心式換能器結構，通過特殊設計的橢圓振動模態轉化器，利用一組壓電陶瓷的縱向振動模式實現了定子驅動齒端面質點的橢圓軌跡運動，驅動轉子旋轉，具有結構簡單，功率容量大，制造容易，裝配難度低等優點；另外本實用新型只需要一組控制電路及其驅動電源，控制驅動系統簡單，制造容易，控制難度小，可靠性高；同時本實用新型具有體積小、重量輕、易于微型化、集成化、成本低、低速大扭矩、噪聲小、響應快、定位精度高、無電磁干擾和環境適應性強等優點，應用前景廣闊。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的零部件三維分解示意圖。

圖3是本實用新型的橢圓振動模態轉換器三維結構示意圖。