CN101789713A - 孔式模态转换型超声电机 - Google Patents
孔式模态转换型超声电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101789713A CN101789713A CN201010017668A CN201010017668A CN101789713A CN 101789713 A CN101789713 A CN 101789713A CN 201010017668 A CN201010017668 A CN 201010017668A CN 201010017668 A CN201010017668 A CN 201010017668A CN 101789713 A CN101789713 A CN 101789713A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- longitudinal
- rotor
- torsional vibration
- rotary motor
- holes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 16
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000002783 friction material Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 101100327917 Caenorhabditis elegans chup-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公布了一种孔式模态转换型超声电机，属超声电机。本发明包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于：所述定子组件由配重、紧固螺栓、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器组成；所述转子组件由转子、扭矩输出连接头和径向轴承组成；所述预压力装置由第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母组成。本发明结构简单，成本低廉，输出力矩大。
Description
技术领域
本发明属于超声电机技术领域，具体涉及一种孔式模态转换型超声电机。
背景技术
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩、响应快(毫秒级)、断电自锁、位置和速度控制性好、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机的一大分类，对它的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已不下于几十种。纵扭复合型超声电机通常含有两个振子—纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个相互垂直的振动。但是其中的扭转振动模态需要扭振陶瓷片来激励，而扭振陶瓷片加工工艺复杂，成本高，从而造成电机成本居高不下，不利于电机的产业化。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种结构简单、成本低廉、转动平稳、输出力矩大并且无需扭振陶瓷片即可工作的孔式模态转换型超声电机。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明孔式模态转换型超声电机，包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于：所述定子组件由配重、紧固螺栓、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器组成；所述转子组件由转子、扭矩输出连接头和径向轴承组成；所述预压力装置由第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母组成；其中，紧固螺栓依次穿过并紧固配重、纵振压电陶瓷片组和孔式模态转换器形成定子组件；紧固螺栓依次穿过转子和径向轴承，转子通过径向轴承的外圈套在紧固螺栓的前端杆上，转子的左端与孔式模态转换器接触，扭矩输出连接头与转子的右端固定形成转子组件；紧固螺栓(的前端杆依次穿过第一弹簧盖、弹簧、第二弹簧盖和锁紧螺母，第一弹簧盖的底部与径向轴承的内圈连接，第二弹簧盖和锁紧螺母固定在紧固螺栓的前端杆上。
本发明提出的孔式模态转换型超声电机与背景技术相比具有的有益效果是：
(1)结构简单，仅需一组纵振压电陶瓷片即可正常工作；
(2)成本低廉，不需昂贵的扭振压电陶瓷片，利于电机的产业化。
(3)输出转速高，力矩大，Φ15mm的样机转速高于1300rpm，堵转力矩大于0.3N·m。
附图说明
图1是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的结构半剖图，图中各标号名称分别为：1-配重；2-紧固螺栓；3-纵振压电陶瓷片组；41-孔式模态转换器；42-孔；5-定子接触面；61-转子；62-连接螺纹孔；71-扭矩输出连接头；72-连接锥形孔；73-径向轴承；74-弹簧盖1；75-弹簧；76-弹簧盖2；77-锁紧螺母；77-输出头。
图2是本发明提出的孔式模态转换型超声电机中的部件孔式模态转换器的细节图。图中1是定子端面上的齿，2是沿着圆柱体表面法向钻的一系列小孔，3是圆柱体表面的螺旋线。
图3是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的压电陶瓷极化布置方式及电激励方式。图中1是纵振压电陶瓷片，2是电极片，3是施加的正弦激励信号，4是压电陶瓷极化布置方式。
图4是本发明提出的孔式模态转换型超声电机的工作模态，图4(a)所示为电机正转模态，图4(b)所示为电机反转模态。图中1为电机变形前的状态，2为电机变形后的状态，3为电机端面质点变形前的位置，4为电机质点变形后的位置。
具体实施方式
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
本发明孔式模态转换型超声电机如图1所示，它包括定子组件和转子组件。其特征在于：所述定子组件由配重1、紧固螺栓2、纵振压电陶瓷片组3、孔式模态转换器组成41；所述转子组件由转子51、扭矩输出连接头61、径向轴承63、第一弹簧盖64、弹簧65、第二弹簧盖66、锁紧螺母67组成。其中，配重1、纵振压电陶瓷片组3和孔式模态转换器41依序排列成一杆式夹心结构，并利用紧固螺栓2压紧并固定，形成定子体。压电陶瓷31之间间隔有电极片32，用于施加电激励信号33。转子51通过轴承63套在紧固螺栓2前端杆上，并利用弹簧65压紧在定子端面43上，扭矩输出连接头61利用螺钉与转子51固定，形成转子体。转子上与定子接触的面上可粘贴摩擦材料，以延长电机的使用寿命。
上述孔式模态转换型超声电机中的孔式模态转换器41，如图2所示，其特征在于：在孔式模态转换器41外表面按一定规律钻有n列小孔42，每列包含m个小孔，每列小孔均沿转换器外表面螺旋线45排列，小孔列间距相等，行间距相等。定子接触面有两种形式：一是只做表面光滑处理，即接触面为一环形面；二是在定子接触面上开齿44，其作用在于能及时排除定、转子工作期间产生的细小粉末，使电机能稳定工作。
上述孔式模态转换型超声电机的压电陶瓷极化布置方式及激励方式，如图3所示，其特征在于：每两片压电陶瓷31之间插入一片电极片32，压电陶瓷极化布置方式按34排列，只需施加一个正弦信号33即可以驱动电机转动，通过改变激励信号的频率即可获得正、反转模态，从而可实现电机的正、反转。
上述孔式模态转换型超声电机预压力施加及扭矩输出，如图1所示，电机本身没有输出轴，转矩需要通过扭矩输出连接头61来输出。首先，锁紧螺母压缩挤压第二弹簧盖66，使弹簧65压缩变形，产生弹簧力，第一弹簧盖64的底部与轴承63内圈接触，而轴承63外圈则与转子51接触，从而传递弹簧力到转子51上，并将转子51压紧在定子驱动端面43上，扭矩输出连接头61通过螺钉与转子51固定。电机工作时，转子51转动，并带动扭矩输出连接头61转动，并通过输出头68输出转矩。
上述孔式模态转换型超声电机工作模态，如图4所示，图4(a)所示为电机正转模态，图4(b)所示为电机反转模态。在正转模态下，当电机端面轴向伸长时，端面质点从位置3向上振动到位置4，驱动转子向正方向转动；在反转模态下，当电机端面轴向伸长时，端面质点从位置3向下振动到位置4，驱动转子向反方向转动。
Claims (6)
1.一种孔式模态转换型超声电机，包括定子组件、转子组件和预压力装置，其特征在于：所述定子组件由配重(1)、紧固螺栓(2)、纵振压电陶瓷片组(3)和孔式模态转换器(41)组成；所述转子组件由转子(51)、扭矩输出连接头(61)和径向轴承(63)组成；所述预压力装置由第一弹簧盖(64)、弹簧(65)、第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)组成；其中，紧固螺栓(2)依次穿过并紧固配重(1)、纵振压电陶瓷片组(3)和孔式模态转换器(41)形成定子组件；紧固螺栓(2)依次穿过转子(51)和径向轴承(63)，转子(51)通过径向轴承(63)的外圈套在紧固螺栓(2)的前端杆上，转子(51)的左端与孔式模态转换器(41)接触，扭矩输出连接头(61)与转子(51)的右端固定形成转子组件；紧固螺栓(2)的前端杆依次穿过第一弹簧盖(64)、弹簧(65)、第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)，第一弹簧盖(64)的底部与径向轴承(63)的内圈连接，第二弹簧盖(66)和锁紧螺母(67)固定在紧固螺栓(2)的前端杆上。
2.根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述转子(51)的左端与孔式模态转换器(41)接触的面上粘贴摩擦材料，所述摩擦材料为：陶瓷或金属片或热固性树脂基。
3.根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述转子(51)上设置连接螺纹孔(52)，所述扭矩输出连接头(61)上设置连接锥形孔(62)，采用螺钉通过对应设置的连接螺纹孔(52)和连接锥形孔(62)将转子(51)与扭矩输出连接头(61)固定。
4.根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述孔式模态转换器(41)的外表面均布n列小孔，每列包含m个小孔，每列小孔均沿孔式模态转换器(41)外表面螺旋线排列，其中n、m都为自然数。
5.根据权利要求1或4所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述孔式模态转换器(41)与转子(51)的左端接触的面上均布齿形凸块。
6.根据权利要求1所述的孔式模态转换型超声电机，其特征在于所述纵振压电陶瓷片组(3)由压电陶瓷(31)构成，所述压电陶瓷(31)之间间隔有电极片(32)，电极片(32)间隔接地和接激励信号(33)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010017668A CN101789713A (zh) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | 孔式模态转换型超声电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201010017668A CN101789713A (zh) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | 孔式模态转换型超声电机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101789713A true CN101789713A (zh) | 2010-07-28 |
Family
ID=42532803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201010017668A Pending CN101789713A (zh) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | 孔式模态转换型超声电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101789713A (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102185519A (zh) * | 2011-05-11 | 2011-09-14 | 南京航空航天大学 | 模态转换型压电螺纹传动直线超声电机 |
| WO2013107532A1 (de) * | 2012-01-18 | 2013-07-25 | Söring GmbH | Sonotrode |
| CN108748366A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 河南理工大学 | 模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN108970955A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-11 | 河南理工大学 | 孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN110753522A (zh) * | 2017-01-17 | 2020-02-04 | 雷德利科学有限公司 | 用于整形外科手术的扭转超声波发生器 |
| CN111908896A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-10 | 华南理工大学 | 一种场诱应变微位移致动器及其制备方法与应用 |
| GB2601592A (en) * | 2020-07-27 | 2022-06-08 | Radley Scient Limited | Orthopaedic cement removal tools |
-
2010
- 2010-01-12 CN CN201010017668A patent/CN101789713A/zh active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102185519A (zh) * | 2011-05-11 | 2011-09-14 | 南京航空航天大学 | 模态转换型压电螺纹传动直线超声电机 |
| WO2013107532A1 (de) * | 2012-01-18 | 2013-07-25 | Söring GmbH | Sonotrode |
| CN104066391A (zh) * | 2012-01-18 | 2014-09-24 | 索林股份有限公司 | 超声波探头 |
| CN104066391B (zh) * | 2012-01-18 | 2016-09-14 | 索林股份有限公司 | 超声波探头 |
| EA025953B1 (ru) * | 2012-01-18 | 2017-02-28 | Зёринг Гмбх | Зонотрод |
| CN110753522B (zh) * | 2017-01-17 | 2023-10-20 | 雷德利科学有限公司 | 用于整形外科手术的扭转超声波发生器 |
| CN110753522A (zh) * | 2017-01-17 | 2020-02-04 | 雷德利科学有限公司 | 用于整形外科手术的扭转超声波发生器 |
| CN108748366A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-11-06 | 河南理工大学 | 模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN108748366B (zh) * | 2018-05-31 | 2023-12-29 | 河南理工大学 | 模态叠加式纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN108970955A (zh) * | 2018-08-22 | 2018-12-11 | 河南理工大学 | 孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN108970955B (zh) * | 2018-08-22 | 2023-09-08 | 河南理工大学 | 孔式模态叠加纵-扭复合超声振动加工方法及装置 |
| CN111908896A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-10 | 华南理工大学 | 一种场诱应变微位移致动器及其制备方法与应用 |
| GB2601592A (en) * | 2020-07-27 | 2022-06-08 | Radley Scient Limited | Orthopaedic cement removal tools |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101789713A (zh) | 孔式模态转换型超声电机 | |
| CN101719735B (zh) | 大力矩双转子应力型纵扭复合超声电机及电激励方法 | |
| CN2454985Y (zh) | 纵扭复合型超声电机 | |
| CN108551278B (zh) | 一种贴片式异向旋转双转子超声电机 | |
| JP3823340B2 (ja) | 振動モータ | |
| CN101707444A (zh) | 一种面内行波型旋转超声电机及控制方法 | |
| CN101777853A (zh) | 基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机 | |
| CN201656811U (zh) | 一种面内行波型旋转超声电机 | |
| CN103078554B (zh) | 压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置 | |
| CN105305875B (zh) | 一种肋板位移型纵扭复合超声电机 | |
| CN103208944B (zh) | 一种单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN205356186U (zh) | 一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机 | |
| CN106953541B (zh) | 一种压电驱动飞行器旋翼系统及其工作方式 | |
| CN101630925A (zh) | 方形旋转超声电机振子 | |
| CN105305874B (zh) | 一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机 | |
| CN203261258U (zh) | 一种单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN103414375B (zh) | 单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN102355161B (zh) | 使用复合弯振双足直线超声振子的旋转电机 | |
| CN110380642B (zh) | 一种并联复合型双输出轴旋转超声波电机 | |
| CN203406801U (zh) | 单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN100461609C (zh) | 空心金属方柱压电片复合超声微电机 | |
| CN205212730U (zh) | 一种肋板位移型纵扭复合超声电机 | |
| CN103490665B (zh) | 一种惯性冲击式低频压电马达 | |
| CN205212729U (zh) | 一种肋板应力型纵扭复合超声电机 | |
| CN102751900A (zh) | 两自由度超声波电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100728 |