[實用新型]雙向驅動旋轉超聲電機

有效

• 申請號: 201320520850.5
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN203406799U
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 殷振;李華;李艷;曹自洋;謝鷗;汪幫富;陳玉榮;任坤;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，尤其是涉及一種雙向驅動旋轉超聲電機。

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。因其具有體積小、重量輕、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，在醫療、航空航天、機器人、MEMS?等技術領域得到了日益廣泛的應用。

目前已有的旋轉型超聲電機中，主要采用面外的彎曲振動模態復合成端面行波，并驅動轉子轉動，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等問題；另外，即使采用了面內振動模態，為了能夠施加面內的徑向預緊力，振子或轉子的圓盤或圓環做成兩個半圓盤或半圓環，中間通過彈簧聯接成圓盤或圓環以施加面內的徑向預緊力，目前也很難實現大轉矩，且工作可靠性低。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，但電動機的六片壓電陶瓷片按極化分區要相互錯開60安裝，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；因而，此類旋轉超聲電動機存在結構復雜，對定子與轉子之間的接觸位置精度要求高，制造安裝較困難，電機轉矩和速度的穩定性差等缺陷。

發明內容

本實用新型提供了一種新型的雙向驅動旋轉超聲電機，目的是為了克服上述旋轉超聲電機中存在的不足。

雙向驅動旋轉超聲電機，包括轉子和定子，轉子包括轉盤和設置在轉盤表面的摩擦層；所述的定子包括支架、通過支架固定的兩個相同的超聲振動換能器、兩個相同的橢圓振動模態轉換器和兩個相同的摩擦驅動塊；所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有可與支架聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了雙向驅動旋轉超聲電機的能量轉換部分，將A超聲電源和B超聲電源輸出的超聲電能轉換為兩個超聲振動換能器的超聲振動能量。

所述的橢圓振動模態轉換器和前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者利用附加的一個聯接螺柱將橢圓振動模態轉換器聯接在前蓋板的前端，橢圓振動模態轉換器為斜楔形結構，斜楔形結構橢圓振動模態轉換器原整體為長方體，沿超聲振動換能器軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面平行于超聲振動換能器軸線，被切割過的另一側面與超聲振動換能器軸線成3-30度夾角。

使橢圓振動模態轉換器形成斜楔形結構的目的是為了改變超聲振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等，由于斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結構橢圓振動模態轉換器后，在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的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，進而在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端復合形成橢圓軌跡振動。

所述的摩擦驅動塊通過焊接、粘接或螺釘聯接方式設置在橢圓振動模態轉換器的前端，摩擦驅動塊與轉盤上的摩擦層相接觸。兩個超聲振動換能器通過支架和超聲振動換能器的法蘭盤聯接在一起，且支架用來固定定子和安裝預壓力裝置，將定子和轉子連接成一整體構成雙向驅動旋轉超聲電機，經法蘭盤固定后的兩個超聲振動換能器軸線之間夾角為20度~160度。

在未加超聲電壓信號驅動前，兩個橢圓振動模態轉換器前端的摩擦驅動塊同時與轉子接觸。