[實用新型]一種單電信號驅(qū)動雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320241796.0
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN203261259U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 殷振;李華;曹自洋;李艷;劉義生;吳永芝;任坤;陳玉榮;呂自強;劉嬌
• 申請（專利權(quán)）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(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的超聲電機領(lǐng)域，尤其是涉及一種單電信號驅(qū)動雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機。

背景技術(shù)

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

單電信號驅(qū)動模態(tài)轉(zhuǎn)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(qū)動，通過特殊結(jié)構(gòu)的模態(tài)轉(zhuǎn)換器使定子產(chǎn)生具有兩種振動模態(tài)分量的復(fù)雜振動。如果這兩個振動模態(tài)之間存在一定的相位差且頻率相近，定子和轉(zhuǎn)子接觸界面上定子的端面質(zhì)點就會產(chǎn)生橢圓軌跡振動，從而通過定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦獲得轉(zhuǎn)子的運動和扭矩。

在公開號為CN101860259A，發(fā)明名稱為《單電信號激勵旋轉(zhuǎn)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(tài)轉(zhuǎn)換器將夾心式壓電振子產(chǎn)生的縱向振動轉(zhuǎn)換為驅(qū)動齒質(zhì)點橢圓振動，進而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的超聲電機，該發(fā)明控制驅(qū)動系統(tǒng)簡單，裝配容易，但是其窗形錯位模態(tài)轉(zhuǎn)換器制造難度較大，生產(chǎn)成本較高，且其只能進行單向旋轉(zhuǎn)，這些問題制約了其在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用。

在公開號為CN101030740A，發(fā)明名稱為《單相驅(qū)動的彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機》的專利文獻中，公開了一種機體的結(jié)構(gòu)呈錐狀的單相驅(qū)動駐波旋轉(zhuǎn)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(fā)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(yōu)點，但其結(jié)構(gòu)復(fù)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(zhuǎn)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(shù)要求；此外，該電機定子與轉(zhuǎn)子之間不帶任何定位裝置，這使得定子與轉(zhuǎn)子兩者之間的接觸位置精度受到影響，進而影響電機轉(zhuǎn)矩和速度的穩(wěn)定性；此類旋轉(zhuǎn)超聲電動機存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝較困難，成本較高、電機轉(zhuǎn)矩和速度的穩(wěn)定性差等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有超聲電機技術(shù)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(qū)動雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機。

一種單電信號驅(qū)動雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機，包括兩個相同的定子、一個轉(zhuǎn)子和一套正壓預(yù)緊力調(diào)整機構(gòu)，其特征在于：定子包括心軸和依次套設(shè)在心軸上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器，心軸和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過螺紋聯(lián)接后將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器壓緊固定。同時定子部分也是超聲電機的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉(zhuǎn)換為定子部分的超聲振動能量。

所述的橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器為一體化結(jié)構(gòu)，包括下端的圓柱體部分和上端的驅(qū)動齒部分，所述驅(qū)動齒部分在圓周方向均布設(shè)置在圓柱體部分的上端，每個驅(qū)動齒為兩側(cè)開設(shè)有三個錯位分布矩形缺口的條狀結(jié)構(gòu)，所述的驅(qū)動齒數(shù)量為3-12個。驅(qū)動齒兩側(cè)設(shè)置矩形缺口的目的是為了改變橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的振動模態(tài)，使其縱向振動模態(tài)頻率和彎曲振動模態(tài)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(tài)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動齒末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動齒末端沿超聲電機圓周切向的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動。

轉(zhuǎn)子包括摩擦盤和軸承，軸承設(shè)置在摩擦盤內(nèi)部；正壓預(yù)緊力調(diào)整機構(gòu)包括彈簧和支撐結(jié)構(gòu)，彈簧一段和一定子的法蘭盤固定，另一端與支撐結(jié)構(gòu)固定。

兩個定子同軸設(shè)置，驅(qū)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(jié)構(gòu)聯(lián)接在彈簧另一端，在兩個定子和轉(zhuǎn)子之間形成正壓預(yù)緊力。

更進一步，所述橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動齒末端粘接有A摩擦材料。

更進一步，所述摩擦盤上與驅(qū)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(jié)構(gòu)或一體化結(jié)構(gòu)。

更進一步，本實用新型只需要一路超聲電源輸出信號和控制電路，當需要轉(zhuǎn)子向一個方向轉(zhuǎn)動時，將超聲電源輸出的電信號接入到相應(yīng)定子的電極片即可，如果需要轉(zhuǎn)子向另一個方向轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)將該超聲電源輸出的電信號接入到另外一個定子的電極片即可。