採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機的製作方法

2023-11-30 14:22:11

專利名稱：採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機的製作方法
技術領域：
本發明的採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機屬壓電電機領域。
背景技術：
壓電電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應和微幅振動的新型電機。旋轉型超聲電機定、轉子間靠摩擦傳動。這種摩擦傳動限制了電機的性能，如摩擦造成的能量損失降低了電機的效率；最大力矩和壽命受到摩擦的限制。本發明的採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機，定子、轉軸間採用離合器耦合傳動，除了可具有縱扭型超聲電機低速、大扭矩的優點外，還有結構簡單、長時間工作穩定、壽命長、轉角可精確控制的優點。

發明內容
本發明的目的在於研製一種定子、轉軸之間採用離合器來傳動的壓電電機。它可提供較大的扭矩，較高的效率，較長的壽命，具有廣闊的應用前景。
實現上述目的採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機由定子、轉軸和離合器三部分組成。定子採用扭轉型壓電陶瓷驅動的蘭傑文振子形式，具體構成是，中間夾有安裝盤及銅電極的壓電陶瓷片置於螺紋壓緊筒與壓緊筒之間，利用與螺紋壓緊筒相連的具有通孔的緊固螺栓將壓電陶瓷片、安裝盤、螺紋壓緊筒及壓緊筒連接緊固成一體，構成定子。左邊離合器外轂固定在螺紋壓緊筒左端部內與左傳動套之間，右離合器置於壓緊筒右端部內與右傳動套之間，左右兩個傳動套分別安裝在穿過緊固螺栓通孔的輸出轉軸左右兩端，構成轉子。
本發明與現有的超聲電機技術相比，結構簡單，易於控制，不但適合低速、大扭矩的應用場合，而且工作穩定、壽命長，運轉精確。


圖1是採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機結構示意圖。
圖1中的序號名稱為1輸出轉軸；2螺紋壓緊筒；3壓電陶瓷片；4安裝盤；5銅電極；6緊固螺栓；7右離合器；8壓緊筒；9右傳動套；10軸端擋圈；11左傳動套；12左傳動套；13外轂；14彈簧；15內轂；16轉子17滾柱。
圖2是電機定子的一階扭轉振型示意圖。
圖3是離合器耦合傳動機理示意圖。
圖4(a)是壓電陶瓷片的極化及拼裝形式示意圖。
圖4(b)是壓電陶瓷片的安裝方式示意圖。
具體實施例方式
由圖1可知，本發明由定子、轉軸和離合器三部分組成。定子的構成是，中間夾有安裝盤4的壓電陶瓷片3置於螺紋壓緊筒2與壓緊筒8之間，通過與螺紋壓緊筒2相連的具有通孔的緊固螺栓(6)將壓電陶瓷片3、安裝盤4、螺紋壓緊筒2及壓緊筒8連接緊固成一體。左離合器11固定在螺紋壓緊筒2左端部內與左傳動套12之間，右離合器7置於壓緊筒8端部內與右傳動套9之間，轉子由左右兩個傳動套12和9分別安裝在穿過緊固螺栓6中心通孔的輸出轉軸1左右兩端所構成。
電機工作在一階扭轉共振頻率時，電機定子的一階扭轉振型如圖2所示。給壓電陶瓷3施加一個正弦驅動電壓，定子將沿周向做扭轉振動。在一個扭轉振動周期裡，前半個周期，左離合器11鎖緊轉子，使轉軸1跟隨螺紋壓緊筒2一起轉動，右離合器7與轉子脫開；後半個驅動周期，定子往相反方向做扭轉振動，左離合器11與轉軸1脫開，右離合器7鎖緊轉軸，繼續驅動轉子跟隨右離合器7往同一方向轉動。每一個周期裡電機在左右兩段各有一次驅動。離合器鎖緊轉軸傳動，避免了摩擦造成的能量損失，提高電機的效率。
本發明利用了扭轉型壓電陶瓷片激出蘭傑文振子的一階扭轉振動，利用兩個離合器將定子的扭轉振動轉化為轉軸的旋轉運動。圖3圖示了離合器的結構和離合器耦合傳動的機理。離合器採用現有成熟技術，使用了商品型滾柱離合器。離合器外轂固定在做周向扭轉振動的定子上，跟隨定子一起做周向扭轉振動。當外轂扭轉振動的位移為逆時針方向時，通過離合器的楔形角鎖緊內轂，驅動轉軸做逆時針旋轉。當外轂的扭轉位移為順時針方向時，楔形角與滾子脫開，允許外轂相對內軸做順時針旋轉。這樣，外轂的周向扭轉振動就轉化為內軸的逆時針旋轉。由上所述可知，離合器耦合傳動機構的作用類似於電學中的整流電路，整流電路利用二極體的單向導電性將交流電變換成直流電；離合器的作用是將定子的微米級的扭轉振動，轉化為轉軸的單向的旋轉運動。
圖4(a)給出了壓電陶瓷片的極化和拼裝形式的示意圖。從圖中可以看出，壓電陶瓷圓由8個扇形小塊粘貼形成。圖中給出了每一小塊的極化情況。符號a、b、c代表三個平移自由度，d、e、f代表三個旋轉自由度。沿c方向極化後，在a方向施加交變電場，就會得到沿e方向的扭轉振動。將各個壓電陶瓷小扇形塊按相同的極化方向沿圓周方向粘成一個壓電陶瓷環，然後將上下表面磨平，保證平行度，再在上下表面鍍銀，形成電極。圖4(b)給出了壓電陶瓷環的安裝方式。由於壓電陶瓷環的逆壓電效應產生的變形帶有方向性，因此對壓電陶瓷環的安裝方式提出了要求。施加電場以後，4片壓電陶瓷環產生的扭轉變形方向要相同，即要麼同時產生順時針方向的扭轉變形，要麼同時產生逆時針方向的扭轉變形。圖4(b)提出的方案滿足了這種要求。在圖中每個壓電陶瓷環的旁邊都用「+」號標出了其正面，用「-」號標出了反面。與作為正電極的銅片相接觸的表面都應為壓電陶瓷的正面，與地相接的都應為壓電陶瓷的反面。電機定子接地。
權利要求
1.一種採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電機，包括定子，轉子和離合器。其特徵在於，所述定子由中間夾有安裝盤(4)的壓電陶瓷片(3)置於螺紋壓緊筒(2)與壓緊筒(8)之間，通過與螺紋壓緊筒(2)相連的具有通孔的緊固螺栓(6)將壓電陶瓷片(3)、安裝盤(4)、螺紋壓緊筒(2)及壓緊筒(8)連接緊固成一體。左離合器(11)固定在螺紋壓緊筒(2)左端部內與左傳動套(12)之間，右離合器(7)置於壓緊筒(8)端部內與右傳動套(9)之間，所述轉子由左右兩個傳動套(12)和(9)分別安裝在穿過緊固螺栓(6)中心通孔的輸出轉軸(1)左右兩端構成。
全文摘要
本發明的採用離合器耦合傳動的旋轉型壓電電機屬於壓電電機領域。其結構分為三部分定子、轉子和離合器。由緊固螺栓(6)、四片壓電陶瓷片(3)、壓緊筒(8)、螺紋壓緊筒(2)以及安裝盤(4)聯接成一體，構成定子。轉子由輸出軸(1)和左右傳動套(12)與(9)所組成，左離合器11固定在螺紋壓緊筒(2)左端部內與左傳動套(12)之間，右離合器(7)固定在壓緊筒(8)端部內與右傳動套(9)之間。該電機克服了靠摩擦傳動的旋轉型超聲電機的摩擦能量損耗以及最大力矩和壽命受摩擦的限制的缺點。它既有縱扭複合型超聲電機低速、大扭矩的優點，又有結構簡單、長時間工作穩定、壽命長、轉角可精確控制的優點。
文檔編號H02N2/10GK1556583SQ20041001382
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月6日 優先權日2004年1月6日
發明者趙淳生, 鹿存躍 申請人:南京航空航天大學