CN101170290A - 磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机 - Google Patents

Abstract

磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机，它涉及超声波电机领域。本发明解决了现有超声电机径向大、轴向厚、预压力装置复杂的缺点。本发明的磁力加压的预压力装置(1)采用圆形薄片的磁钢，它固定于定子的底部；定子金属基体(3)为中心有圆柱形空腔的八棱管，金属基体(3)采用不导磁金属材料，金属基体(3)每相隔的一个棱边固定有一片压电元件(4)，转子(2)的剖面为“T”型的圆台结构，转子(2)的上台体的侧壁设置有齿轮(2－1)，转子(2)采用导磁材料，转子(2)的下台体置于定子金属基体(3)的空心圆柱形腔内。本发明的超声电机有轴向短、径向小，预压力装置简单，便于安装固定等显著优点，同时还具有加工制作简单、制造成本低等特点。

Description

磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机

技术领域

本发明涉及一种超声波电机领域。

背景技术

超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动，通过定转子间的摩擦驱动，实现将电能转化为机械能输出的新型直接驱动电机。其中弯曲旋转超声电机属于行波型超声电机的一种，按照定子及压电元件形状可分为压电管和金属管式、压电柱和金属柱式，以及压电片夹心式。尽管弯曲旋转超声电机可有多种结构，但其驱动原理基本相同。它是通过激励定子上的压电陶瓷元件，使定子产生两路沿轴向弯曲的正交驻波振动，利用正交振动合成原理在定子端面形成一个沿定子周向分布的行波振动，转子在预压力的作用下与定子接触，通过两者间的摩擦力驱动转子转动。其中由压电陶瓷片与金属管粘接组成定子的金属管式弯曲旋转超声电机具有制作工艺简单、工作性能可靠等优点。分析现有技术的金属管式弯曲旋转超声电机，电机输出形式多采用双转子输出、定转子间的预压力均由预压力弹簧所提供。由此导致电机外形结构通常表现为细长型、结构不紧凑，电机进一步微型化困难以及不易实现电机的安装与固定等问题。如专利申请号为200410065700.5的《双转子柱体行波型单相驱动超声电机》以及专利申请号为200510063340.X的《开槽金属方柱压电片复合超声微电机》等均无法避免上述问题。

发明内容

本发明解决了现有超声电机存在径向尺寸大、轴向尺寸厚、预压力装置结构复杂的缺点，而提出的一种磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机。

本发明的磁力加压的预压力装置1采用磁钢，磁钢为圆形薄片。使用该装置的微型弯曲超声电机包括转子2和定子；它还包括磁力加压的预压力装置1；所述的磁力加压的预压力装置1固定于定子的底部；所述的定子由金属基体3和四片相同尺寸的压电元件4组成，金属基体3为中心有圆柱形空腔的八棱管，金属基体3采用不导磁金属材料，金属基体3每相隔的一个棱边固定有一片压电元件4，压电元件4分别依次施加正弦波(sin(ωt))、余弦波(cos(ωt))、负正弦波(-sin(ωt))、负余弦波(-cos(ωt))的行波激励信号；所述的转子2的剖面为“T”型的圆台结构，转子2的上台体的侧壁设置有齿轮2-1，转子2采用导磁材料，转子2的下台体置于定子金属基体3的空心圆柱形腔内。

本发明的微型弯曲超声电机具有轴向尺寸短、径向尺寸小，易于实现微型化与其它同类弯曲旋转超声电机相比外形尺寸可减小30％～50％，便于安装固定等显著优点；同时还具有加工制作简单、制造成本低等特点。因此该超声电机在微电子机械系统(MEMS)、精密光学仪器、医疗设备等领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1是具体实施方式四的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是具体实施方式五的结构示意图；图4是图3的B-B剖视图；图5是本发明的微型弯曲超声电机定子通电原理图。

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，本实施方式的磁力加压的预压力装置1采用磁钢，磁钢为圆形薄片。所述磁钢为N35或N42等永磁性材料。

具体实施方式二：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于圆片形磁钢的厚度为0.1mm～1mm、外径为1mm～4mm。

具体实施方式三：结合图1、图2、图5说明本实施方式，本实施方式的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机由转子2、定子和磁力加压的预压力装置1组成；所述的磁力加压的预压力装置1固定于定子的底部；所述的定子由金属基体3和四片相同尺寸的压电元件4组成，金属基体3为中心有圆柱形空腔的八棱管，金属基体3外表面的八个棱面起到降低定子刚度的作用；金属基体3采用不导磁金属材料，金属基体3每相隔的一个棱边固定有一片压电元件4，压电元件4分别依次施加正弦波(sin(ωt))、余弦波(cos(ωt))、负正弦波(-sin(ωt))、负余弦波(-cos(ωt))的行波激励信号；所述的转子2的剖面为“T”型的圆台结构，转子2的上台体的侧壁设置有齿轮2-1，实现电机转速、转矩的输出，转子2采用导磁材料，转子2的下台体置于定子金属基体3的空心圆柱形腔内，所述磁力加压的预压力装置1与转子2之间的磁力吸引提供定子与转子间所需的预压力，使转子2上台体的下底面压紧在定子金属基体3的上表面。本实施方式所述压电元件4为PZT-4、PZT-5或PZT-8；定子金属基体3为硬铝、黄铜、锡青铜、锰青铜、硅青铜或铍青铜材料；转子2为45号钢。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于金属基体3的圆柱形空腔为内台肩孔，金属基体3的圆柱形空腔的底部设置有通孔3-1，内台肩孔与通孔3-1连通，转子2的下台体的下端与定子金属基体3的通孔3-1间隙配合，通过该间隙来调节预压力大小，通孔3-1作为实现转子2运动的导向孔。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于增加了定位环5，定位环5固定在磁力加压的预压力装置1的上表面的中心位置，磁力加压的预压力装置1的上表面的边缘与金属基体3的底面固定连接，定位环5置于金属基体3的圆柱形空腔内，定位环5的外壁与金属基体3的内壁之间存在有间隙，通过该间隙来调节预压力大小。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四或具体实施方式五的不同点在于使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机的高h为0.5mm～2mm、外径φ为1mm～5mm。其它组成和连接方式与具体实施方式三或具体实施方式四相同。

具体实施方式七：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或具体实施方式六不同点在于定子与磁力加压的预压力装置1之间的固定连接、金属基体3与压电元件4之间的固定连接、定位环5与磁力加压的预压力装置1之间的固定连接为粘接，所用粘接剂为爱牢达(Araldite)类环氧树脂胶。其它组成和连接方式与具体实施方式一或具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于定子金属基体3的壁厚为0.08mm～0.2mm。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。

Claims (8)

1.磁力加压的预压力装置，其特征在于它采用磁钢，磁钢为圆形薄片。

2.根据权利要求1所述的磁力加压的预压力装置，其特征在于圆片形磁钢的厚度为0.1mm～1mm、外径为1mm～4mm。

3.使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，它包括转子(2)和定子，其特征在于它还包括磁力加压的预压力装置(1)；所述的磁力加压的预压力装置(1)固定于定子的底部；所述的定子由金属基体(3)和四片相同尺寸的压电元件(4)组成，金属基体(3)为中心有圆柱形空腔的八棱管，金属基体(3)采用不导磁金属材料，金属基体(3)每相隔的一个棱边固定有一片压电元件(4)，压电元件(4)分别依次施加正弦波(sin(ωt))、余弦波(cos(ωt))、负正弦波(-sin(ωt))、负余弦波(-cos(ωt))的行波激励信号；所述的转子(2)的剖面为“T”型的圆台结构，转子(2)的上台体的侧壁设置有齿轮(2-1)，转子(2)采用导磁材料，转子(2)的下台体置于定子金属基体(3)的空心圆柱形腔内。

4.根据权利要求3所述的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，其特征在于金属基体(3)的圆柱形空腔为内台肩孔，金属基体(3)的圆柱形空腔的底部设置有通孔(3-1)，内台肩孔与通孔(3-1)连通，转子(2)的下台体的下端与定子金属基体(3)的通孔(3-1)间隙配合。

5.根据权利要求3所述的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，其特征在于他还包括定位环(5)，定位环(5)固定在磁力加压的预压力装置(1)的上表面的中心位置，磁力加压的预压力装置(1)的上表面的边缘与金属基体(3)的底面固定连接，定位环(5)置于金属基体(3)的圆柱形空腔内，定位环(5)的外壁与金属基体(3)的内壁之间存在有间隙。

6.根据权利要求4或5所述的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，其特征在于使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机的高(h)为0.5mm～2mm、外径(φ)为1mm～5mm。

7.根据权利要求6所述的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，其特征在于组件之间的固定连接为粘接。

8.根据权利要求2所述的使用磁力加压的预压力装置的微型弯曲超声电机，其特征在于定子金属基体(3)的壁厚为0.08mm～0.2mm。

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