CN101051799A - 位移叠加式压电啮合马达及其激励方法 - Google Patents

Abstract

位移叠加式压电啮合马达及其激励方法，它涉及的是压电啮合式马达的技术领域。它是为了解决现有压电谐波马达非有效形变大、功率损失大、马达结构复杂、磨损大、传动效率低的问题。内齿弹性轮(2)的外圆面上均匀开有多个矩形通槽(2－2)，每个矩形通槽(2－2)中都镶嵌有一个压电陶瓷体(3)，压电陶瓷体(3)加电伸长的方向与内齿弹性轮(2)的外圆面切线相平行，内齿弹性轮(2)的外圆面上的多个凸橛(2－1)都通过弹性材料体(1－3)与外壳(1)的内圆面上多个相对应的凹槽(1－1)相连接，内齿弹性轮(2)的内齿(2－3)与外齿刚性轮(4)的外齿(4－1)部分啮合连接。本发明能够实现低速大扭矩的输出，并具有结构简单、能量转换效率高、使用寿命长、可靠性高、动态响应快、转动精度高、无电磁干扰的优点。

Description

位移叠加式压电啮合马达及其激励方法

技术领域

本发明涉及的是压电啮合式马达的技术领域

背景技术

传统的超声马达是利用压电陶瓷的逆压电效应，使定子表面质点产生椭圆形超声波振动，转子通过与定子的接触摩擦而获得驱动力，因此这种马达也称为压电摩擦马达。由于这种马达的定子与转子之间存在滑动摩擦，所以其传动效率较低，有磨损问题，不适合连续工作。

近年来发展起来的压电谐波马达是一种基于谐波传动理论啮合传动马达。它采用压电陶瓷作为驱动器，代替谐波传动装置的波发生器，通过控制各组压电驱动器的伸缩变形，利用位移放大机构将变形放大，使柔轮产生周期性的变形；又通过柔轮和刚轮间的啮合作用，从而输出转速和转矩。通常的压电谐波马达的刚轮为内齿轮柔轮为外齿轮，产生伸缩作用的换能器置于柔轮内部，沿柔轮的半径方向产生伸缩变形。一般情况下，起位移放大作用的换能器工作在超声频域，非有效形变大，功率损失大马达结构复杂等问题，因此未能得到广泛使用。

发明内容

本发明是为了解决现有压电谐波马达非有效形变大、功率损失大、马达结构复杂、磨损大、传动效率低的问题，进而提出一种位移叠加式压电啮合马达及其激励方法。

本发明的马达由外壳1、内齿弹性轮2、多个压电陶瓷体3、外齿刚性轮4组成；

内齿弹性轮2的外圆面上均匀开有多个矩形通槽2-2，每个矩形通槽2-2中都镶嵌有一个压电陶瓷体3，压电陶瓷体3加电伸长的方向与内齿弹性轮2的外圆面切线相平行，内齿弹性轮2的外圆面上的多个凸橛2-1都通过弹性材料体1-3与外壳1的内圆面上多个与其相对应的凹槽1-1相连接，内齿弹性轮2的内齿2-3与外齿刚性轮4的外齿4-1部分啮合连接，内齿弹性轮2的内齿2-3的齿数大于外齿刚性轮4的外齿4-1的齿数，内齿弹性轮2的内齿2-3的齿数与外齿刚性轮4的外齿4-1的齿数互质，外齿刚性轮4的内圆面上开有用于传动的花键键槽4-2。

本发明的激励方法步骤为：

一、将内齿弹性轮2上的相对并相邻的四个压电陶瓷体3通电；使内齿弹性轮2产生椭圆变形，进而内齿弹性轮2的短轴上的部分内齿2-3与外齿刚性轮4的外齿4-1啮合连接；

二、以重叠方式对内齿弹性轮2上的下一组相对并相邻的四个压电陶瓷体3通电；使内齿弹性轮2产生连续旋转性的椭圆变形，使外齿刚性轮4同步与加电顺序方向旋转。

本发明具有以下优点：

一、能够实现低速大扭矩的输出。

二、本发明省去了现有压电谐波马达所用的位移放大机构，因而结构简单、加工简便，且换能器弹性材料能够以较小的形变产生更大的位移，能量转换效率高、使用寿命长。

三、由于本发明的压电陶瓷体均匀嵌于内齿弹性轮的外圈中，因此在工作环境温度变化较大时外圈伸缩均匀，不会影响正常工作，保证了运转的可靠性。

四、本发明的内齿弹性齿轮、外齿刚性齿轮可做成壁厚与高度都很小的圆环，而能实现体积小、节省工作空间的特点。

五、本发明具有动态响应快、转动精度高、转速容易调节、无电磁干扰的优点。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖视图，图3是具体实施方式二的结构示意图，图4是图3的左视图，图5是本发明的另一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，它的马达由外壳1、内齿弹性轮2、多个压电陶瓷体3、外齿刚性轮4组成；

内齿弹性轮2的外圆面上均匀开有多个矩形通槽2-2，每个矩形通槽2-2内齿弹性轮2的外圆面上均匀开有多个矩形通槽2-2，每个矩形通槽2-2中都镶嵌有一个压电陶瓷体3，压电陶瓷体3加电伸长的方向与内齿弹性轮2的外圆面切线相平行，内齿弹性轮2的外圆面上的多个凸橛2-1都通过弹性材料体1-3与外壳1的内圆面上多个与其相对应的凹槽1-1相连接，内齿弹性轮2的内齿2-3与外齿刚性轮4的外齿4-1部分啮合连接，内齿弹性轮2的内齿2-3的齿数大于外齿刚性轮4的外齿4-1的齿数，内齿弹性轮2的内齿2-3的齿数与外齿刚性轮4的外齿4-1的齿数互质，外齿刚性轮4的内圆面上开有用于传动的花键键槽4-2。

马达的激励方法步骤为：

一、将内齿弹性轮2上的相对并相邻的四个压电陶瓷体3通电；使内齿弹性轮2产生椭圆变形，进而内齿弹性轮2的短轴上的部分内齿2-3与外齿刚性轮4的外齿4-1啮合连接；

二、以重叠方式对内齿弹性轮2上的下一组相对并相邻的四个压电陶瓷体3通电；使内齿弹性轮2产生连续旋转性的椭圆变形，使外齿刚性轮4同步与加电顺序方向旋转。

所述内齿弹性轮2的材质为弹性金属合金材料，具体可选用弹性模量为160GPa～240GPa的弹簧钢。

具体实施方式二：结合图3、图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于外齿刚性轮4的内圆孔4-3中镶嵌有输出转轴4-4。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本发明的另一种实施方式(如图4)：

本方式由外齿弹性轮8-1、多个压电陶瓷体8-2、内齿刚性轮8-3组成；外齿弹性轮8-1的内圆面上开有多个矩形通槽8-1-1，每个矩形通槽8-1-1中都镶嵌有一个压电陶瓷体8-2，压电陶瓷体8-2加电伸长的方向与外齿弹性轮8-1的内圆面切线相平行，外齿弹性轮8-1的外齿8-1-2与内齿刚性轮8-3的内齿8-3-1啮合连接，外齿弹性轮8-1的外齿8-1-2的齿数小于内齿刚性轮8-3的内齿8-3-1的齿数。

Claims (7)

1、位移叠加式压电啮合马达，其特征在于它由外壳(1)、内齿弹性轮(2)、多个压电陶瓷体(3)、外齿刚性轮(4)组成；

内齿弹性轮(2)的外圆面上均匀开有多个矩形通槽(2-2)，每个矩形通槽(2-2)中都镶嵌有一个压电陶瓷体(3)，压电陶瓷体(3)加电伸长的方向与内齿弹性轮(2)的外圆面切线相平行，内齿弹性轮(2)的外圆面上的多个凸橛(2-1)都通过弹性材料体(1-3)与外壳(1)的内圆面上多个与其相对应的凹槽(1-1)相连接，内齿弹性轮(2)的内齿(2-3)与外齿刚性轮(4)的外齿(4-1)部分啮合连接，内齿弹性轮(2)的内齿(2-3)的齿数大于外齿刚性轮(4)的外齿(4-1)的齿数。

2、根据权利要求1所述的位移叠加式压电啮合马达，其特征在于内齿弹性轮(2)的内齿(2-3)的齿数与外齿刚性轮(4)的外齿(4-1)的齿数互质。

3、根据权利要求1所述的位移叠加式压电啮合马达，其特征在于外齿刚性轮(4)的内圆面上开有用于传动的花键键槽(4-2)。

4、根据权利要求1所述的位移叠加式压电啮合马达，其特征在于内齿弹性轮(2)的材质为弹性金属合金材料。

5、根据权利要求4所述的位移叠加式压电啮合马达，其特征在于弹性金属合金材料具体可选用弹簧钢。

6、根据权利要求1所述的位移叠加式压电啮合马达，其特征在于外齿刚性轮(4)的内圆孔(4-3)中镶嵌有输出转轴(4-4)。

7、位移叠加式压电啮合马达的激励方法，其特征在于它的激励方法步骤为：

一、将内齿弹性轮(2)上的相对并相邻的四个压电陶瓷体(3)通电；使内齿弹性轮(2)产生椭圆变形，进而内齿弹性轮(2)的短轴上的部分内齿(2-3)与外齿刚性轮(4)的外齿(4-1)啮合连接；

二、以重叠方式对内齿弹性轮(2)上的下一组相对并相邻的四个压电陶瓷体(3)通电；使内齿弹性轮(2)产生连续旋转性的椭圆变形，使外齿刚性轮(4)同步与加电顺序方向旋转。

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