CN102843065B - 具有转轴位置清零功能的超声电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有转轴位置清零功能的超声电机，包括定子组件、转子组件，定子组件包括配重和压电振子，转子组件包括转子以及转轴，转轴通过轴承支撑在定子组件内腔，且转子可旋转地安装在转轴的一端，且转子和定子组件之间通过弹性组件提供预压力，所述转轴配置有位置清零装置，该位置清零装置包括开关簧片以及开关底座，所述开关底座固定安装在配重上，而开关簧片则与转轴联动连接，所述开关簧片随着转轴的转动，与开关底座接通和解离。因此，本发明能够对转轴的转动位置进行准确判断，从而实现转轴的位置清零功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声电机，尤其是一种具有转轴位置清零功能的超声电机。
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。而常用的超声电机，一般都不会配备指示转轴位置的设备，因此，在通信设备行业使用中，由于空间尺寸的限制，无法安装位置传感器等检测装置，导致电机无法使用。
另外，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
本发明针对现有技术的不足，提供一种具有转轴位置清零功能的超声电机，其首要技术目的是在转轴上配置位置清零装置，以对转轴的转动位置进行准确判断，从而实现转轴的位置清零功能。本发明的次要技术目的是提供一种纵扭模态转化器，以克服现有技术中常用纵扭复合型超声电机具有的不足，致使本发明所述超声电机结构简单、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在扭转振动模态。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：
一种具有转轴位置清零功能的超声电机，包括定子组件、转子组件，定子组件包括配重和压电振子，转子组件包括转子以及转轴，转轴通过轴承支撑在定子组件内腔，且转子可旋转地安装在转轴的一端，且转子和定子组件之间通过弹性组件提供预压力，所述转轴配置有位置清零装置，该位置清零装置包括开关簧片以及开关底座，所述开关底座固定安装在配重上，而开关簧片则与转轴联动连接，所述开关簧片随着转轴的转动，与开关底座接通和解离。
所述位置清零装置还包括开关启合部件，该开关启合部件与转轴联动连接；所述开关簧片一端与配重固定，另一端则活动设置，且开关簧片的活动端与开关启合部件联动连接；开关启合部件随着转轴的旋转，实现开关簧片和开关底座之间的接通和解离。
所述开关启合部件为设置于转轴端部的横截面呈弓形设置的弓形轴体；开关底座固定安装在配重端面，而弓形轴体则没出配重端面设置，开关簧片的一端与配重端面固定，另一端则跨过弓形轴体后活动设置；所述弓形轴体随着转轴的旋转而转动，当弓形轴体的弧面与开关簧片相触时，开关簧片的活动端和开关底座处于解离状态；当弓形轴体的弦面与开关簧片相对时，开关簧片的活动端和开关底座处于接通状态。
所述开关簧片的活动端与开关底座之间具有相配合的搭接结构，该搭接结构包括搭钩以及凹槽，所述凹槽开设在开关底座，而搭钩则设置于开关簧片的活动端。
所述压电振子包括纵振压电陶瓷片组件以及能够将纵振压电陶瓷片组件受激励电源激发的1阶纵振模态转换为2阶扭振模态的纵扭模态转换器；纵振压电陶瓷片组件以及纵扭模态转换器依次设置于配重和转子之间，且纵扭模态转换器与转子之间设置有摩擦层。
所述纵扭模态转换器包括横截面呈圆环状的柱体以及开设在该圆环状柱体外壁面的复数条螺旋切槽；各螺旋切槽均布在圆环状柱体的外壁面，且各螺旋切槽的宽度、深度、长度一致。
所述螺旋切槽的截面呈矩形、三角形或梯形，从波动角度考虑，矩形截面更利于纵扭波的折射和反射，从而具有更好的纵扭模态转换效果；且螺旋切槽的螺旋半径为其所在圆柱体的半径，螺距范围为其所在圆柱体长度的1/2到4/5。
所述配重包括端部配重块以及与端部配重块连接成一体的配重螺柱，所述配重螺柱与模态转换器内螺纹连接，而纵振压电陶瓷片组件压紧在纵扭模态转换器和端部配重块之间。
所述弹性组件包括卡簧和硅胶弹性垫片，所述卡簧卡接在转轴的轴体上，而硅胶弹性垫片则压设在卡簧和转子之间。
根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：
1、本发明在转轴上配置位置清零装置，该位置清零装置包括开关簧片、开关底座以及开关启合部件，开关启合部件与转轴联动连接，且开关启合部件伴随着转轴的旋转运动，可以实现开关簧片、开关底座之间的接通或者断开，因此，本发明所述位置清零装置可以用于判断转轴的转动位置，实现转轴位置清零功能；
2、本发明所述纵扭模态转换器，通过在圆柱体的外壁均匀开设螺旋切槽，以实现1阶纵振模态到2阶扭振模态的转换，故而无需采用扭振陶瓷片，即可激发出扭振模态，克服现有技术因采用扭振陶瓷片制造的纵扭复合型超声电机所具备缺陷；另外，本发明所述纵扭模态转换器也可以在圆柱体外壁均匀开设斜槽或者在圆柱体壁面周向均布呈螺旋线形排列的排孔，但是，相对于这两种方式，本发明所述纵扭模态转换器更具有以下优势：圆柱体外壁开设斜槽导致槽的深度不一致，且在平面展开后反而不是直槽，从而降低纵扭模态转换的效率，而螺旋切槽深度一致，且在平面展开后为一直槽，更利于纵扭模态之间的转换；排孔需要多次进行圆柱面钻孔操作，而螺旋切槽可利用电火花一次加工成型，加工工艺复杂性大大降低。
附图说明
图1是本发明所述超声电机的结构示意图；
图2是本发明所述超声电机转轴所配置的位置清零装置的结构示意图；
图3是本发明所述超声电机中纵扭模态转换器的结构示意图；
图4是本发明所述超声电机中纵振压电陶瓷组件的结构示意图；
其中：1 配重；2 电极片；3 纵振压电陶瓷元件；4 纵扭模态转换器；5 轴承；6 摩擦片； 7 转子；8 弹簧；9 卡簧；10 转轴；11 开关簧片；12 开关底座；13 开关启合部件；41 沿着圆柱体表面的螺旋切槽，42 纵扭模态转换器端面上的齿；
A是施加的正弦激励信号，B是压电陶瓷极化布置方式。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
如图1至4所示，本发明所述具有转轴位置清零功能的超声电机，包括定子组件、转子组件以及位置清零装置；其中：
所述定子组件，如图1所示，包括配重1、纵振压电陶瓷片组件（由交替排布的电极片2、压电陶瓷元件3构成）、纵扭模态转换器4，该纵扭模态转换器4能够将纵振压电陶瓷片组件受激励电源激发的1阶纵振模态转换为2阶扭振模态；所述配重1，包括端部配重块以及与端部配重块连接成一体的配重螺柱，附图中，端部配重块、配重螺柱一体设置，所述配重螺柱与纵扭模态转换器内螺纹连接，而纵振压电陶瓷片组件压紧在模态转换器和端部配重块之间；所述纵振压电陶瓷片组件，如图4所示，根据电机工作需要，包括2n片电极片和2n片压电陶瓷元件（n为正整数），每两片压电陶瓷元件3之间插入一片电极片2，压电陶瓷极化布置方式按B排列，只需施加一个正弦信号A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；所述，纵扭模态转换器4，如图3所示，包括横截面呈圆环状的柱体，该圆环状柱体的外壁均匀地开设n条螺旋切槽41，各条螺旋切槽41的宽度、深度和长度均相等。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42，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。另外，为更好地实现纵扭模态转换效果，本发明所述螺旋切槽41满足如下参数设置：螺旋切槽的截面呈矩形、三角形或梯形；且螺旋切槽的螺旋半径为其所在圆柱体的半径，螺距范围为其所在圆柱体长度的1/2到4/5。
所述转子组件，包括转子、转轴以及弹性组件；转轴一端通过轴承定位支撑在定子组件内腔，另一端则穿过转子放置，且转子和定子组件之间通过弹性组件提供预压力；轴承为两组，其中一组安装在端部配重块的内腔，另一组则安装在纵扭模态转换器的内腔。弹性组件包括卡簧和硅胶弹性垫片，所述卡簧卡接在转轴的轴体上，而硅胶弹性垫片则压设在卡簧和转子之间；当然，弹性组件也可以采用其他形式，比如将螺旋弹簧通过弹簧盖、锁紧螺母等配件安装到转轴上。
所述位置清零装置，如图2所示，包括开关簧片、开关底座以及开关启合部件；所述开关簧片和开关底座分别安装在配重上，而开关启合部件则与转轴联动连接，且开关启合部件随着转轴的旋转，实现开关簧片和开关底座之间的接通和解离，且开关启合部件与开关簧片之间不存在干涉时，即开关簧片处于自由状态时，开关簧片和开关底座之间处于接通状态，反之，开关簧片和开关底座之间处于解离状态。附图中，所述开关启合部件为设置于转轴端部的横截面呈弓形设置的弓形轴体；开关底座固定安装在端部配重块的端面，而弓形轴体则没出端部配重块的端面设置，开关簧片的一端与端部配重块端面固定，另一端则跨过弓形轴体后活动设置；所述弓形轴体随着转轴的旋转而转动，当弓形轴体的弧面与开关簧片相触时，开关簧片的活动端和开关底座处于解离状态；当弓形轴体的弦面与开关簧片相对时，开关簧片的活动端和开关底座处于接通状态。所述开关簧片的活动端与开关底座之间具有相配合的搭接结构，该搭接结构包括搭钩以及凹槽，所述凹槽开设在开关底座，而搭钩则设置于开关簧片的活动端。另外本申请所述的开关启合部件也可以不必设置成弓形轴体，只需要保证该开关启合部件的外缘面与开关簧片之间的间距不一致，同时，开关启合部件的外缘面按照一定规律或者需求设置，能够使得其外缘面按照该规律与开关簧片相抵触或者保持一定距离，从而实现开关簧片与开关底座之间的接通或者解离。
Claims (8)
1.一种具有转轴位置清零功能的超声电机，包括定子组件、转子组件，定子组件包括配重和压电振子，转子组件包括转子以及转轴，转轴通过轴承支撑在定子组件内腔，且转子可旋转地安装在转轴的一端，且转子和定子组件之间通过弹性组件提供预压力，其特征在于：所述转轴配置有位置清零装置，该位置清零装置包括开关簧片以及开关底座，所述开关底座固定安装在配重上，而开关簧片则与转轴联动连接，所述开关簧片随着转轴的转动，与开关底座接通和解离；所述位置清零装置还包括开关启合部件，该开关启合部件与转轴联动连接；所述开关簧片一端与配重固定，另一端则活动设置，且开关簧片的活动端与开关启合部件联动连接；开关启合部件随着转轴的旋转，实现开关簧片和开关底座之间的接通和解离。
2.根据权利要求1所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述开关启合部件为设置于转轴端部的横截面呈弓形设置的弓形轴体；开关底座固定安装在配重端面，而弓形轴体则没出配重端面设置，开关簧片的一端与配重端面固定，另一端则跨过弓形轴体后活动设置；所述弓形轴体随着转轴的旋转而转动，当弓形轴体的弧面与开关簧片相触时，开关簧片的活动端和开关底座处于解离状态；当弓形轴体的弦面与开关簧片相对时，开关簧片的活动端和开关底座处于接通状态。
3.根据权利要求2所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述开关簧片的活动端与开关底座之间具有相配合的搭接结构，该搭接结构包括搭钩以及凹槽，所述凹槽开设在开关底座，而搭钩则设置于开关簧片的活动端。
4.根据权利要求3所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述压电振子包括纵振压电陶瓷片组件以及能够将纵振压电陶瓷片组件受激励电源激发的1阶纵振模态转换为2阶扭振模态的纵扭模态转换器；纵振压电陶瓷片组件以及纵扭模态转换器依次设置于配重和转子之间，且纵扭模态转换器与转子之间设置有摩擦层。
5.根据权利要求4所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述纵扭模态转换器包括横截面呈圆环状的柱体以及开设在该圆环状柱体外壁面的复数条螺旋切槽；各螺旋切槽均布在圆环状柱体的外壁面，且各螺旋切槽的宽度、深度、长度一致。
6.根据权利要求5所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述螺旋切槽的截面呈矩形、三角形或梯形；且螺旋切槽的螺距范围为其所在圆柱体长度的1/2到4/5。
7.根据权利要求5或6所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述配重包括端部配重块以及与端部配重块连接成一体的配重螺柱，所述配重螺柱与纵扭模态转换器内螺纹连接，而纵振压电陶瓷片组件压紧在纵扭模态转换器和端部配重块之间。
8.根据权利要求1所述具有转轴位置清零功能的超声电机，其特征在于：所述弹性组件包括卡簧和硅胶弹性垫片，所述卡簧卡接在转轴的轴体上，而硅胶弹性垫片则压设在卡簧和转子之间。
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