雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機的製作方法
2023-05-22 23:05:01 1
專利名稱:雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機的製作方法
技術領域：
本發明是一種柱體彎曲振動型超聲波電機，尤其是一種雙轉子結構的柱體彎曲振動型超聲波電機，屬於超聲波電機製造的技術領域：
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背景技術：
目前，環形行波型超聲波電機已有較成熟的設計方法，但該型電機在小直徑條件下，輸出性能逐漸失去低速大扭矩的特點，而且由於其結構的限制，效率也很難提高。而柱體彎曲振動型超聲波電機採用蘭傑文振子結構，機械效率高。該電機是靠圓柱定子端部的搖頭振動並通過摩擦來驅動轉子，所以定子的直徑越小，搖頭振動的幅值越大，小型化更能顯示出這種電機的優越性。因此，這種電機特別適合對電機的重量、體積、性能等方面有特殊要求的應用場合，如精密光學儀器、飛彈導引頭的跟隨控制裝置、照相機調焦等。另外，由於柱體彎曲振動型超聲波電機採用蘭傑文振子，結構簡單，壓電陶瓷不需粘接，其裝配工藝容易實現自動化，因而製造成本低，便於推廣應用。
柱體彎曲振動型超聲波電機的研究較晚，日本的Minoru Kurosawa於1989年首先介紹了具有一個轉子的此類電機；Takeshi Morita等於1995年採用水熱沉積法(hydrothermal Method)在金屬管上沉積壓電陶瓷薄膜做成棒狀定子，對其原理做了定性分析；Takeshi Morita和Pin Lu等分別報導了棒狀定子電機的結構、原理和性能等；褚祥誠等研究一種直徑為1.8mm的棒狀壓電陶瓷微馬達，闡述了壓電微馬達的驅動機理、部分製作工藝及工作特性；Shuxiang Dong等研製了直徑15mm、單轉子、基於圓盤彎曲振動模態的柱體超聲波電機，該電機最大轉矩0.055Nm、最低轉速70r/min。
三、技術內容1、技術問題本發明的目的在於提供一種雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機，該電機具有柱體型超聲波電機的全部優點，此外，該電機還具有輸出力矩大的優點。
2、技術方案一種雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機，由定子和轉子組合而成，該電機的定子由左匹配塊、壓電環、電極片、軸套、右匹配塊組成，在軸套外周的中段設有兩組片壓電環，在每兩片壓電環之間設有電極片，在兩組片壓電環的兩端的軸套上設有左匹配塊和右匹配塊，轉軸穿過軸套，左匹配塊通過左軸承與轉軸相接，右匹配塊通過右軸承與轉軸相接；左轉子的端面壓在左匹配塊的端面上，右轉子的端面壓在右匹配塊的端面上，左轉子和右轉子的中心分別固定在轉軸的兩頭，每片壓電環的電極分割為兩個部分，並且相互反相極化，四片壓電環按極性相反兩兩疊合成兩組，兩組壓電環在空間互差90度，左匹配塊和右匹配塊的內壁分別通過螺紋結構連接在軸套兩端的外壁上，兩組壓電陶瓷分別激勵兩個方向的彎曲振動，並傳遞給定子彈性體，並在定子彈性體表面產生彎曲行波，進而通過摩擦，驅動壓緊在定子表面的轉子旋轉，從而通過軸輸出轉矩。
3、技術效果本發明在於提供一種雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機，它具備柱體型超聲波電機的全部優點，並採用兩個轉子，充分利用柱體的彎曲振動，使電機輸出轉矩更大。製作的直徑為20mm的雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機，其最大輸出轉矩達0.18Nm、最高轉速為250r/min。由上可見，本發明的雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機是以壓電體、振動體和移動體組成的柱體狀超聲波電機，它與傳統電磁電機相比，具有結構簡單、轉矩密度大、重量輕、運行無噪聲等突出特點；與環形超聲波電機相比，它採用蘭傑文振子結構、變截面形式，機械效率高，而且小直徑時優點更突出；與其它柱體超聲波電機相比，它採用了雙轉子，因而能量利用率高，輸出轉矩更大。
四、
圖1是本發明的總體結構示意圖。其中有左轉子1、左軸承2、左匹配塊3、壓電環4、電極片5、軸套6、右匹配塊7、右軸承8、轉軸9、右轉子10。
圖2是本發明中壓電環4的電極化結構示意圖。其中的「+」為正向極化，「-」為反向極化。
五、具體實施方案左匹配塊3及右匹配塊7、壓電環4(兩組四片)、電極片5(三組)通過軸套6栓接而成定子。軸套6套在軸9上。定子的兩個端面分別與左轉子1和右轉子10的環形端面接觸。轉子通過與軸的螺紋配合，壓緊在定子表面。四片壓電陶瓷環按極性相反兩兩疊合成兩組，兩組壓電陶瓷環的極性在同軸心的平面上互差90°安裝。左匹配塊3和右匹配塊7的內壁分別通過螺紋結構連接在軸套6兩端的外壁上。超聲頻率的兩相交流電通過電極片5引入壓電陶瓷環，兩相交流電在時間上互差90°，用來激勵兩個正交的彎曲振動模態。
權利要求
1.一種雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機，由定子和轉子組合而成，其特徵在於該電機的定子由左匹配塊(3)、壓電環(4)、電極片(5)、軸套(6)、右匹配塊(7)組成，在軸套(6)外周的中段設有兩組4片壓電環(4)，在每兩片壓電環(4)之間設有電極片(5)，在兩組4片壓電環(4)的兩端的軸套(6)上設有左匹配塊(3)和右匹配塊(7)，轉軸(9)穿過軸套(6)，左匹配塊(3)通過左軸承(2)與轉軸(9)相接，右匹配塊(7)通過右軸承(8)與轉軸(9)相接；左轉子(1)的端面壓在左匹配塊(3)的端面上，右轉子(10)的端面壓在右匹配塊(7)的端面上，左轉子(1)和右轉子(10)的中心分別固定在轉軸(9)的兩頭；每片壓電環(4)的電極分割為兩個部分，並且相互反相極化，四片壓電環按極性相反兩兩疊合成兩組，兩組壓電環的極性在同軸心平面上互差90度，左匹配塊(3)和右匹配塊(7)的內壁分別通過螺紋結構連接在軸套(6)兩端的外壁上，左轉子(1)和右轉子(10)通過與轉軸(9)的螺紋配合，直接壓緊在定子表面。
專利摘要
雙轉子柱體彎曲振動型超聲波電機是一種柱體彎曲振動型的超聲波電機，該電機的定子由左匹配塊3、壓電環4、電極片5、軸套6、右匹配塊7組成，在軸套6外周的中段設有兩組4片壓電環4，在每片壓電環4之間設有電極片5，在兩組4片壓電環4的兩端的軸套6上設有左匹配塊3和右匹配塊7，轉軸9穿過軸套6，左匹配塊3通過左軸承2與轉軸9相接，右匹配塊7通過右軸承8與轉軸9相接；左轉子1的端面壓在左匹配塊3的端面上，右轉子10的端面壓在右匹配塊7的端面上，左轉子1和右轉子10的中心分別固定在轉軸9的兩頭。該電機具有柱體型超聲波電機的全部優點，此外，該電機還具有輸出力矩大、轉速高的優點。
文檔編號H02N2/10GKCN1277348SQ03112642
公開日2006年9月27日 申請日期2003年1月10日
發明者胡敏強, 金龍, 莫嶽平, 徐志科, 秦申蓓, 顧菊平, 王心堅, 何小虎 申請人:東南大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan