可雙向旋轉的駐波超聲馬達的製作方法

2023-04-29 05:11:06 1

專利名稱：可雙向旋轉的駐波超聲馬達的製作方法
技術領域：
一種可雙向旋轉的駐波超聲馬達屬於壓電驅動器領域。
本發明的特徵在於，它含有由下端面上每分割區的極化方向一致，間距相等且分割數是波長數的四倍，而上端面為統一電極的壓電陶瓷環片以及和它相連且驅動齒在圓周方向等間距排列而齒的中心位於極化區中央齒數為波長數二倍的金屬環組成的定子，由和上述驅動齒緊密接觸的摩擦環片以及和它相連的金屬環片組成的轉子，中心軸，由中心軸調節螺釘、彈性調整件組成的預緊調整機構，內壁有中心軸定位用環形軸套和標準球軸承且在中心處與定子固定的底座以及與它相連的殼體；其中，在每分割區均處於通電工作狀態的同時，在依次由相鄰兩對分割區組成且彼此緊鄰的二個分割區片段中，兩對分割區各自接用於控制馬達正反轉的不同極性的單路高頻交流信號。壓電陶瓷環片上每相鄰兩個極化區分別外接用於控制馬達正、反轉的單路高頻交流信號。分割區的分割數是波長數的4倍。
使用證明它可實現預期目的。
圖2

圖1中驅動壓電陶瓷片的電極分割區俯視圖。
圖3本發明提出的可雙向旋轉的駐波超聲馬達的剖視圖。
圖4本發明提出的可雙向旋轉的駐波超聲馬達的原理示意圖。
圖5本發明提出的可雙向旋轉的駐波超聲馬達中壓電陶瓷環片下端面上分割區a、b、c、d的分布及其與單路高頻交流信號的連接示意圖。
圖6圖5中的壓電陶瓷環片的上端面示意圖。
在圖3-圖4中，定子21由上端面是統一電極，下端各極化區電疇方向一致、間距相等、採用電極分隔且分割數是波長數4倍的壓電陶瓷環片212以及與其相粘接的金屬環211組成。電疇方向一致使陶瓷極化工藝簡化且極化區間不會產生內應力。金屬環211上有8個驅動齒2110，每個齒的空間間距相差半個波長。各齒2110的外齒側與內齒側採用斜角設計，內齒側的齒槽比外齒側的齒槽深，其目的是使當驅動齒2110變形時可基本相當於直梁的變形，比較接近於理想的彈性變形，也有利於馬達的大力矩輸出。轉子20由與驅動齒2110緊密接觸的摩擦環片202和與其粘接的金屬環片201組成。其驅動原理請見圖4。圖中的符號、代表所加電壓的極性，當按圖5所示使所有分割區都處於通電工作狀態，而且在駐波A和B相差1/4波長的條件下，使如圖5所示，分割區a即a1～a4和分割區b即b1～b4處於正極性，而分割區c即c1～c4和d即d1～d4處於負極性，即可得圖4(b)所示振動模式，若使分割區b、c處於負極性a，d處於正極性，則如圖4(a)所示，馬達旋轉方向相反。如圖4(b)所示，定子21始終在實線與虛線的範圍內往復振動，P點是超聲振動的波腹點，N點是振幅始終為零的波節處，由於此時的驅動齒2110在P點的左1/4波長的範圍內，造成齒2110擺動的曲線斜向左，則轉子20的移動方向向左，圖中的箭頭表示各驅動齒2110頂端的移動方向和距離的示意圖。預緊即預應力調整機構23由中心軸22靠近轉子20一端的螺釘230、墊片231、蝶形彈簧232、橡膠環片233以及靠近中心軸22另一側的定位用預應力調整墊片234、標準軸用卡環235組成。螺釘230的作用在於當馬達使用時通過螺釘230對中心軸22的位置進行調整，從而為馬達在使用中對中心軸22與外接件的位置對正帶來方便。底座24的內壁有中心軸22定位用的環形軸套241和標準球軸承242，定子21在中心處與馬達的底座24用螺釘固定，因本發明採用環形結構，振動集中在定子21的外邊緣，故不會影響定子21的振動；而且定子上不存在節圓，振動基本集中在驅動齒2110處，也有利於馬達大力矩輸出。
此外，轉子20的金屬環片202和定子21的金屬環211用的材料分別是鋁和青銅。
由此可見，本發明具有陶瓷極化工藝簡便，驅動方式簡單，轉子轉動平穩，輸出力矩大、調整安裝方便等一系列優點。
權利要求
1.一種可雙向旋轉的駐波超聲馬達，含有定子、轉子和預緊調整機構，其特徵在於，它含有由下端面上每分割區的極化方向一致，間距相等且分割數是波長數四倍，而上端面為統一電極的壓電陶瓷環片以及和它相連且驅動齒在圓周方向等間距排列而齒的中心位於極化區中央齒數為波長數二倍的金屬環組成的定子，由和上述驅動齒緊密接觸的摩擦環片以及和它相連的金屬環片組成的轉子，中心軸，由中心軸調節螺釘、彈性調整件組成的預緊調整機構，內壁有中心軸定位用環形軸套和標準球軸承且在中心處與定子固定的底座以及與它相連的殼體；其中，在每分割區均處於通電工作狀態的同時，在依次由相鄰兩對分割區組成且彼此緊鄰的二個分割區片段中，兩對分割區各自接用於控制馬達正反轉的不同極性的單路高頻交流信號。壓電陶瓷環片上每相鄰兩個極化區分別外接用於控制馬達正、反轉的單路高頻交流信號。
2.據權利要求1的可雙向旋轉的駐波超聲馬達，其特徵在於，各驅動齒的空間間距相差半個波長。
3.根據權利要求1的可雙向旋轉的駐波超聲馬達，其特徵在於所述的分割區的分割數是波長數的4倍。
4.根據權利要求1的可雙向旋轉的駐波超聲馬達，其特徵在於所述的壓電陶瓷環片的一側採用統一的電極，而另一側是採用電極等間隔式分割的，極化方向沿陶瓷厚度方向。
全文摘要
可雙向旋轉的駐波超聲馬達屬於壓電驅動器技術領域,其特徵在於,它含有:由下端面上各區極化方向一致、間距相等、分割數是波長數4倍而上端面為統一電極的壓電陶瓷環片以及和它相連且有驅動齒在周向等間距排列其中心位於極化區中央齒數為波長數二倍的金屬環組成的定子,由和上述驅動齒緊密接觸的摩擦環片以及和它相連的金屬環組成的轉子,中心軸,由中心軸調整螺釘、彈性調整件組成的預緊調整機構,內壁有中心軸定位用的環形軸套和球軸承的底座以及殼體,其中,定子在中心處與底座固定,壓電陶瓷環片整片通電且在彼此緊鄰的兩個分割區片段中,每兩對分割區各外接不同極性的電源。它具有陶瓷極化工藝簡便,驅動方式簡單,安裝調整方便,轉動平穩,輸出力矩大等優點。
文檔編號H02N2/12GK1360394SQ0113813
公開日2002年7月24日 申請日期2001年12月31日 優先權日2001年12月31日
發明者嚴仁博, 褚祥誠, 李龍土, 桂治輪 申請人:清華大學