CN100438307C - 螺纹驱动多面体超声电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及螺纹驱动多面体超声电机，属于超声应用领域。它由定子、转子以及与定子或转子粘接成一体的多个压电陶瓷片构成；其特征在于，所说的定子与转子相接触的表面带有螺纹，所说的转子也带有与定子相配合的螺纹。本发明结构简单，可省去其他传动机构，能更好地适合微型化，在微机械、光学调焦等领域具有应用前景。

Description

螺纹驱动多面体超声电机
技术领域
本发明属于超声应用领域，特别涉及一种多面体管式超声电机螺纹驱动系统的结构设计。
背景技术
压电超声电机是利用压电材料的逆压电效应，采取特定的结构制成的驱动机构，它一般由压电陶瓷、定子、转子以及预压力机构，传动机构等功能部件构成。它利用压电陶瓷的逆压电效应，在定子表面产生超声振动，并由定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动。超声电机具有以下优于普通电磁电机的特点：
1、低转速、大转矩，不需要减速机构可直接驱动负载。
2、体积小、结构灵活，功率体积比是电磁电机的3-10倍。
3、起动停止响应快，响应时间小于1毫秒。
4、不产生电磁干扰，也不受电磁干扰。
5、有自保持力矩，无齿轮间隙，可精密定位。
6、运行安静无噪声。
已经有的压电超声电机如图1和图2所示。
图1是多面体管式超声电机的结构图。其中图1(1)为核心部件的结构，包括由定子13和在其外表面粘贴的电致伸缩元件(压电陶瓷片)11，12构成振动体。他们可以是压电管分割成多电极；也可以是多个压电陶瓷片粘结到压电陶瓷片外表面(该多面体管为金属材料制成或在与压电陶瓷片接触的表面为金属导电层)成型。该振动体的内表面是光滑环面。转子采用由带切口14的圆环体15的圆管。它安装在振动体内表面，利用行波超声电机的驱动原理，给压电陶瓷片加上相应的驱动电压，在振动体内表面形成的行波就可以与圆环体相对转动。在园环体15上切口是为了给定、转子的接触表面增加预压力。
该电机希望用于镜头调焦系统，这种应用的一个螺纹传动系统结构如图1(2)所示。图中，镜筒15(相当于上述的转子结构)，其前端部刻有螺纹。在该装置里它不运动。113是多面体管式环，外表面粘结压电陶瓷片11、12(相当于上述的振动体结构)。前支架16粘结到多面体管113的前端，与压电陶瓷片11、13形成一体。前支架16的前端部刻有螺纹，咬合在镜筒15前端的螺纹上。用固定环把调焦透镜群安装固定在前支架上，在前支架的尾端形成螺纹，该螺纹咬合在镜筒左端的螺纹上。振动体粘结在前支架的端部，振动体的内表面和镜筒的外表面接触。当压电陶瓷受到电信号激励时，压电陶瓷片11 12，多面体13相对于镜筒15被驱动旋转，并带动前支架16旋转。与镜筒外表面形成环面驱动。镜筒的左端刻有螺纹，前支架与镜筒前端的螺纹相对传动的结果，可使得前支架沿轴向运动。变成直线运动，达到调焦目的。这称之为螺纹传动系统。在该系统中，压电激励信号需通过接触开关引入。
图2(1)(2)是多面体管式锥形轴输出的超声电机的结构示意图，其中定子21，的内表面为锥形齿22，其外表面粘有压电陶瓷23组成振动体，其内为与锥形齿22相接触的锥形轴体作为转子24。图2(3)是该结构用于机器人关节的组装图。图中，在振动体外面套有电机外罩27，其两端的通过胶垫29加有前端盖25和后端盖26，前后端盖通过紧固螺钉28与电机外罩27固定成体。这种结构直接把振动体的旋转运动传给转子。
以上结构的不足在于在实际应用中需要通过其他传动机构(螺纹传动或螺杆传动)才能把旋转运动转变为直线运动。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种多面体管式超声电机螺纹驱动系统，使其结构简单，定子和转子之间直接通过螺纹接触产生相对运动，并可将旋转运动转变为直线运动。可省去其他传动机构，使其应用结构更加简单紧凑，能更好地适合微型化，在微机械、光学调焦等领域有广阔的应用前景。
本发明提出的螺纹驱动多面体超声电机，它由定子、转子以及与定子或转子粘接成一体的多个压电陶瓷片构成；其特征在于，所说的定子与转子相接触的表面带有螺纹，所说的转子也带有与定子相配合的螺纹。
所述定子可以两端夹持；也可以一端夹持。定子和相应的转子的外螺纹或内螺纹可以是管体的全部，也可以是部分(可以是上部，也可以是中部或者下部)。
所述压电陶瓷片可以与定子粘接成振动体或与转子粘接成振动体，定子或转子与压电陶瓷的粘接表面为多面体。
所述定子可套于转子外面，也可套于转子内。
所述的压电陶瓷片的数目为3或4的倍数。
本发明结构简单，定子和转子之间直接通过螺纹接触，定子通过螺纹驱动转子，可省去其他传动机构，能更好地适合微型化，在微机械、光学调焦等领域具有应用前景。
附图说明
图1为已有的一种多面体管式超声电机的结构示意图，其中，图1(1)为核心部件的结构，图1(2)为应用该结构的一个螺纹传动系统简图。
图2为已有的一种多面体管式锥形轴输出的超声电机的结构示意图，其中，图2(1)、(2)为核心部件的结构，图2(3)为该结构用于机器人关节的组装图。
图3为本发明的多面体管式超声电机螺纹驱动系统实施例1结构示意图。
图4为本发明的四面体管式内定子螺纹驱动系统实施例2结构示意图。
图5为本发明的八面体管式外定子螺纹驱动系统实施例3结构示意图。
具体实施方式
实施例1：为螺纹驱动12面体管式超声电机，其结构如图3所示，包括共有12片压电陶瓷片31，分别粘贴在12面体管32的外表面构成振动体，压电陶瓷片311、312、313、314、315、316、317、318、319、3110、3111、3112依次顺序排列。12面体管32的内表面带有螺纹，其内套有圆管33，圆管的外表面带有与12面体管32相配合的内螺纹。圆管33一端被固定支撑作为定子，振动体作为转子。若压电陶瓷片311、312、315、316、319、3110正向极化，而313、314、317、318、3111、3112反向极化，则当311、313、315、317、319、3111加sinωt，312、314、316、318、3110、3112加cosωt信号激励时，转子32中可以产生弯曲行波，并相对于定子33运动。如果，全部压电陶瓷片正向极化，则需依次加信号sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt。
实施例2：为螺纹驱动四面体管式超声电机，其结构如图4所示，包括上部有凸台的内管式定子41，凸台部分的外表面带有外螺纹，定子的下部的外表面为四面体，压电陶瓷片42(共有四片：421、422、423、424)分别粘贴在四面体上构成振动体，具有内螺纹的外管式转子43套在定子41的外面，与定子的外螺纹相配合；定子内插有一固定的管件44，管件44的底端与定子的底端被固定支撑在一起。
当粘结到定子上的压电陶瓷片均正向极化时，421、422、423、424分别依次加sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt，信号激励时，定子41中可以产生弯曲行波，驱动转子43旋转和轴向运动。管件44内可以安放镜头组或其它器件。
当421、422正向极化，而423、424反向极化时，则421、423加sinωt，422、424加cosωt两路信号即可驱动。
实施例3：为螺纹驱动八面体管式超声电机，其结构如图5所示，包括外管式定子51，定子的内表面上部有凸台，凸台部分的内表面带有内螺纹，定子的底端被固定支撑；定子的外表面为八面体，压电陶瓷片52(521、522、523、524、525、526、527、528共8片)分别粘贴在八面体上构成振动体，具有外螺纹的内管式转子53套在定子41的里面，与定子的内螺纹相配合。
当粘结到定子上的压电陶瓷片均正向极化时，压电陶瓷片521、522、523、524、525、526、527、528分别依次加sin ωt，cos ωt，-sin ωt，-cos ωt，sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt信号激励时，定子51的上端部产生弯曲行波，驱动转子53旋转和轴向运动。
当粘结到定子上的压电陶瓷片均极化方向521、522、525、526正向极化，而523、524、527、528反响极化时，则在521、523、525、527加sinωt，522、524、526、528加cosωt两路信号即可驱动转子53旋转和轴向运动。

Claims (4)

1、一种螺纹驱动多面体超声电机，它由定子、转子以及与定子或转子粘接成一体的多个压电陶瓷片构成；其特征在于，所说的定子与转子相接触的表面带有螺纹，所说的转子也带有与定子相配合的螺纹；
其中，所述转子为多面管体，所述压电陶瓷片分别粘贴在该多面体上构成振动体，该转子的内表面带有内螺纹，所述定子为套于转子内的管体，该定子的外表面带有与转子相配合的外螺纹，该定子一端被固定支撑。
2、一种螺纹驱动多面体超声电机，它由定子、转子以及与定子或转子粘接成一体的多个压电陶瓷片构成；其特征在于，所说的定子与转子相接触的表面带有螺纹，所说的转子也带有与定子相配合的螺纹；
其中，所述定子为上部有凸台的管体，该凸台的外表面带有外螺纹，该定子的下部的外表面为多面体，所述压电陶瓷片分别粘贴在该多面体上构成振动体，所述的转子为具有内螺纹的管体，套在所述定子的外面，与定子的外螺纹相配合；定子内插有一个内管，该内管的底端与定子的底端被固定支撑在一起。
3、一种螺纹驱动多面体超声电机，它由定子、转子以及与定子或转子粘接成一体的多个压电陶瓷片构成；其特征在于，所说的定子与转子相接触的表面带有螺纹，所说的转子也带有与定子相配合的螺纹；
其中，所述定子为内表面上部有凸台的管体，该凸台的内表面带有内螺纹，该定子的底端被固定支撑；该定子的外表面为多面体，所述压电陶瓷片分别粘贴在多面体上构成振动体，所述转子为具有外螺纹的管体，该转子套在定子的里面，与定子的内螺纹相配合。
4、如权利要求1、2或3所述的微电机，其特征在于，所述的压电陶瓷片的数目为3或4的倍数。
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