壓電諧波電機的製作方法

2023-10-20 22:50:27 2

專利名稱：壓電諧波電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種壓電諧波電機，它基於諧波傳動原理，通過壓電驅動器的伸縮變形，產生低速旋轉輸出的電機。
為實現上述目的，本實用新型採取以下設計方案這種壓電諧波電機，它包括柔輪、剛輪、壓電波發生器，所述的壓電波發生器包括壓電驅動器、與壓電驅動器連接的三級放大的位移放大器，它們為鉸鏈連接，一級為三角形放大，二級為槓桿放大，三級為壓曲放大，位移放大器的個數為2kn個，n為波數，k為≥2的整數，且沿圈周方向均布，壓電波發生器與柔輪接觸，柔輪與剛輪嚙合。
本實用新型中，利用了諧波齒輪傳動的傳動原理，無論波發生器部件旋轉與否，只要使柔輪產生周期性的彈性變形，通過柔輪與剛輪的嚙合便可獲得低速輸出，因此，應用這種傳動中的柔輪的波動變形原理，賦予了諧波傳動新的性能，即基於同一的撓性構件的波動變形原理的無減速器型低速原動機(諧波電機)的出現。
圖2為具有內置壓電式波發生器的壓電諧波電機剖面圖圖3為圖2中彈性鉸鏈位移放大機構簡圖圖4為鉸鏈連接位移放大機構簡圖圖5為壓電驅動器的結構示意圖圖6為本實用新型電機的控制框圖圖7為壓電波發生器按凸輪輪廓進行變形時各組壓電驅動器變形相序圖圖8為壓電波發生器按雙滾輪或雙圓盤式波發生器形式進行變形時，各組壓電驅動器變形相序圖如圖2所示，諧波電機包括剛輪5、柔輪6及壓電波發生器，其中，壓電波發生器由四組位移發生器1、2、3、4等組成，間隔45°沿圓周方向均布。其中位移發生器由位移放大器7和壓電驅動器8組合而成。波發生器中心開有用於固定安裝的圓孔。壓電驅動器按照一定相序周期性伸縮變形，變形經位移放大器7進行位移放大後，使柔輪6產生周期性變形，通過柔輪6和固定的剛輪5的嚙合作用，使裝置產生低速旋轉輸出，如果柔輪6固定，則剛輪5輸出，如果是剛輪5固定，則為柔輪6輸出。
如圖5所示，壓電驅動器8採用壓電陶瓷片，呈層疊式結構，各層壓電陶瓷片11並聯連接，彼此之間有膠層絕緣，因為壓電陶瓷為脆性材料，所以在壓電驅動器頂部安有保護金屬片9，壓電陶瓷外圍覆有絕緣膠層10，進行絕緣。
如圖3、圖4所示，在安裝由壓電陶瓷片組成的壓電驅動器時(為了消除間隙和磨擦，保證機構的精密性和靈敏性，採用彈性鉸鏈來代替傳統的鉸鏈結構)，其上方，側面以及下方均有彈性鉸鏈，它們組成三級放大機構，即第一級為三角形放大13；第二級為槓桿放大14；第三級為壓曲構件12，可以放大機構最後一級採用了壓曲構件12進行放大，使波發生器能夠改善柔輪應力狀況及增加嚙合齒數；放大機構各尺寸能保證足夠的放大倍數外，壓電構件12還應有合適的曲率半徑R12，R12≤Rmin，Rmin是變形後柔輪內徑或抗彎環內徑的最小曲率半徑。
由於壓電陶瓷抗壓弱拉，故安裝時首先應使波發生器產生預變形，將壓電驅動器8與位移放大器7進行預緊安裝，以使壓電驅動器在變形過程中始終為受壓狀態。波發生器整體可由彈簧鋼板等材料進行調質處理(淬火、回火)後，經線切割加工完成。
壓電波發生器由多個位移發生器組成，如果做成雙波壓電發生器時，則需要位移發生器的個數滿足2nk，其中n＝2，K為2，3，4，5等整數，則位移發生器數量為8，12，16，20等；如果做成三波壓電發生器時，則n＝3，k為2，3，4，5等，位移發生器數量12，18，24，30等。在本實用新型的實施例中是採用雙波壓電波發生器，即n＝2，k選2，即共有8個位移發生器。
壓電波發生器的變形形狀(即諧波傳動的柔輪變形形狀)由輸向壓電驅動器的電壓波形來決定，因此，由控制電壓的控制器來執行。其電壓波形可以是方波，正弦波，例如，由電子開關控制電源可形成方波。
如圖6、圖7、圖8所示，首先選定柔輪的變形規律，然後根據柔輪變形方程得出所取的離散點處的柔輪變形量，進而確定壓電驅動器的變形量，由此，確定須控制的數字量，控制開始，首先由控制器18從存儲器中按一定相序取出如圖7、圖8所示相位的數字量，經接口電路15送至D/A轉換電路轉換成模擬量，然後再經功率放大電路16放大，而得到所需的驅動電壓(V1，V2，V3)或(V1、V2)來驅動諧波電機17旋轉。
本實用新型的優點是不需要安裝減速器便可直接得到低速的旋轉輸出，其結構簡單、體積小、重量輕、輸出力矩大、轉動慣量小、精度高、效率高、噪音低，並且容易控制、制動性和響應好，不產生磁場也不受磁場影響。
權利要求1.一種壓電諧波電機，它包括柔輪、剛輪、壓電波發生器，其特徵在於所述的壓電波發生器包括壓電驅動器、與壓電驅動器連接的三級放大的位移放大器，它們為鉸鏈連接，一級為三角形放大，二級為槓桿放大，三級為壓曲放大，位移放大器的個數為2kn個，n為波數，k為≥2的整數，且沿圈周方向均布，壓電波發生器與柔輪接觸，柔輪與剛輪嚙合。
2.根據權利要求1所述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的三級放大的位移放大器，其放大器中各連接關係為彈性連接結構。
3.根據權利要求1或2所述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的壓曲放大的曲率半徑≤Rmin。
4.根據權利要求2所述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的n為2，K為2，即採用沿直徑方向上的一對位移發生器為一組，共設四組。
5.根據權利要求3所述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的n為2，K為2，即採用沿直徑方向上的一對位移發生器為一組，共設四組。
6.根據權利要求4述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的壓電驅動器由層疊式壓電陶瓷片並聯而成，各層之間有膠層絕緣。
7.根據權利要求5 所述的壓電諧波電機，其特徵在於所述的壓電驅動器電層疊式壓電陶瓷電並聯而成，各層之間有膠層絕緣。
專利摘要一種壓電諧波電機，它包括柔輪、剛輪、壓電波發生器，所述的壓電波發生器包括壓電驅動器、與壓電驅動器連接的三級放大的位移放大器，它們為鉸鏈連接，一級為三角形放大，二級為槓桿放大，三級為壓曲放大，位移放大器的個數為2kn個，n為波數，k為≥2的整數，且沿圓周方向均布，壓電波發生器與柔輪接觸，柔輪與剛輪嚙合。本實用新型的優點是不需要安裝減速器便可直接得到低速的旋轉輸出，其結構簡單、體積小、重量輕、輸出力矩大、轉動慣量小、精度高、效率高、噪音低，並且容易控制、制動性和響應好，不產生磁場也不受磁場影響。
文檔編號H02N2/12GK2525728SQ0220552
公開日2002年12月11日 申請日期2002年3月4日 優先權日2002年3月4日
發明者辛洪兵, 鄭偉智 申請人:辛洪兵, 鄭偉智