面內模態周向行波旋轉式超聲電機的製作方法
2023-07-22 15:05:36
專利名稱：面內模態周向行波旋轉式超聲電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及超聲電機技術領域，尤其涉及一種面內模態周向行波旋轉式超 聲電機。
背景技術：
超聲電機是一種新型的電機，它利用壓電材料的逆壓電效應，使定子表面 質點產生一定軌跡的微米量級的振動，進而通過摩擦耦合將振動動能轉換成轉 子的轉動動能。超聲電機與電磁電機相比存在一些明顯的優點，如低速大轉矩、 不需減速機構可直接驅動、無齒輪間隙，定位精度高、大力矩密度時效率高、 且具有自保持力矩，慣性小、響應快、運行無噪音、不產生磁幹擾且抗磁幹擾 能力強、結構簡單、加工容易、易小型化等。
目前已有的旋轉型超聲電機中，主要採用面外的彎曲振動模態複合成端面 行波，並驅動轉子轉動，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，即使採用了面內振動模態，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。
發明內容
針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種輸出力矩大、軸向體積小、 工作可靠的面內模態周向行波旋轉式超聲電機。
為實現上述目的，本發明的技術方案為 一種面內模態周向行波旋轉式超 聲電機，包括振子及設于振子內側面的轉子，振子與轉子之間設置有能調節預 緊力的預緊機構，所述振子包括壓電陶瓷環及設於壓電陶瓷環內側的金屬彈性 體，所述振子的金屬彈性體呈薄圓臺形狀，其與轉子的接觸區呈圓臺形。所述轉子呈環狀結構；所述壓電陶乾環為圓環結構，其外環側面分區沿徑
向才及化。
壓電陶瓷環的下端面通過粘接劑與金屬彈性體的底面粘接在一起。 所述預緊機構包括插裝于振子與轉子轉軸位置的緊固螺栓、設於緊固螺栓 上的碟型彈簣、及安裝於緊固螺栓上的緊固螺母。
與現有技術相比，本發明的工作原理簡單、軸向體積小、易於實現，由於 轉子通過振子的圓臺形內側面與轉子外側面接觸，將薄圓臺金屬彈性體沿圓周 方向的行波振動轉化為轉子的轉動，可以獲得較大的驅動力矩和斷電自鎖力， 另一方面沿軸向施加的預緊力通過振子與轉子之間的圓臺面接觸實現圓盤徑向 預緊力的施加，電機結構簡單、工作可靠。
圖1為本發明的雙轉子輸出的面內模態周向行波旋轉式超聲電機結構示意
圖2為雙內圓臺面的金屬彈性體振子結構示意圖； 圖3為本發明的沿徑向極化的壓電陶瓷圓環； 圖4為環形輪輻狀轉子結構示意圖； 圖5為帶有鍵槽的雙頭螺栓；
圖6為本發明的單轉子輸出的面內模態周向行波旋轉式超聲電機結構示意
圖7為本發明的雙轉子輸出的無軸承面內模態周向行波旋轉式超聲電機結 構示意圖8為與圖7電機對應的雙內圓臺面的金屬彈性體振子結構示意圖； 圖9為與圖7電機對應的環形輪輻狀轉子結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1至圖5所示， 一種面內模態周向行波旋轉式超聲電機，包括振子及 設于振子內側面的轉子5,振子與轉子5之間設置有能調節預緊力的預緊機構，所述振子包括壓電陶瓷環7及設於壓電陶瓷環7內側的金屬彈性體6,所述振子的金屬彈性體呈薄圓臺形狀，其與轉子5的接觸區呈圓臺形。壓電陶瓷環7的內環面通過粘接劑與金屬彈性體6的外環面粘接在一起。所述預緊機構包括插裝于振子與轉子5轉軸位置的緊固螺栓1、設於緊固螺栓1上的碟型彈簧3、及安裝於緊固螺栓1上的緊固螺母2。該粘接劑可為環氧樹脂。
本發明加以交流電後，振子的金屬彈性體6的內圓臺面的微觀質點處形成橢圓運動的軌跡，通過預緊機構的軸向預緊力，使得振子、轉子5圓臺形接觸區將沿軸向的預緊力轉化為沿徑向的預緊力，進而使轉子5在徑向預緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉子5並產生旋轉運動。
上述技術方案中，所述轉子5呈環狀結構，所述壓電陶瓷環7為圓環結構，壓電陶乾環7外環側面分區沿徑向極化，壓電陶瓷環7通過外側面分區極化，內側面不分區，在實際使用過程中，以內側面作為施加直流電壓的地端，外側面的分區皆可作為直流電壓的正極。
振子是超聲電機的核心部件。為了實現本發明的最佳效果，本發明提出複合振子可採用一種薄圓臺金屬彈性體6與壓電陶瓷環7的複合體，在相位差為90度的交變電流作用下分別激勵出複合振子同頻、同型、相位差為90度面內振動的駐波，二個面內駐波合成形成圓臺面內的周向行波，亦即在複合振子圓臺面的微觀質點處形成橢圓運動的軌跡，通過調整緊固螺栓l和緊固螺母2、碟型彈簧3來調整振子、轉子5的軸向預緊力，振子、轉子5圓臺形接觸區則將沿軸向的預緊力轉化為沿圓盤徑向的預緊力，進而使轉子5在預緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉子5並產生所需的旋轉運動。
本發明的壓電陶瓷環7可按偶數分區，實現正、反向連續運動，正反向運動切換靈活，性能一致。
權利要求
1、一種面內模態周向行波旋轉式超聲電機，包括振子及設于振子內側面的轉子，振子與轉子之間設置有能調節預緊力的預緊機構，所述振子包括壓電陶瓷環及設於壓電陶瓷環內側的金屬彈性體，其特徵在於所述振子的金屬彈性體呈薄圓臺形狀，其與轉子的接觸區呈圓臺形。
2、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 可採用雙轉子或單轉子結構，所述振子呈環形輪輻狀結構，所述轉子呈環狀結 構。
3、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 所述壓電陶資環為圓環結構，其外環側面分區沿徑向極化。
4、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 壓電陶資環的內圓周面通過粘接劑與金屬彈性體的外圓周面粘接在一起構成復 合振子，該複合振子的內環面依據雙轉子或單轉子結構可為雙內圓臺面或單內 圓臺面。
5、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 轉子與預緊螺栓軸之間通過軸承連接。
6、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 轉子與預緊螺栓軸之間通過鍵槽聯接。
7、 根據權利要求1所述的面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其特徵在於 所述預緊機構包括插裝于振子與轉子轉軸位置的緊固螺栓、設於緊固螺栓上的 碟型彈簧、及安裝於緊固螺栓上的緊固螺母。
全文摘要
本發明屬於超聲電機技術領域，公開了一種面內模態周向行波旋轉式超聲電機，其包括振子及設于振子內側面的轉子，振子與轉子之間設置有能調節預緊力的預緊機構，所述振子包括壓電陶瓷環及設於壓電陶瓷環內側的金屬彈性體，所述振子的金屬彈性體呈薄圓臺形狀，其與轉子的接觸區呈圓臺形。本發明輸出力矩大、軸向體積小且工作可靠。
文檔編號H02N2/10GK101656491SQ200910192149
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月8日 優先權日2009年9月8日
發明者張鐵民, 莉 梁 申請人:華南農業大學