CN103078554B - 压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压电电机定转子间压紧力的调节方法，在压电电机的定子和转子之间施加预紧力之后，通过电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向的逆压电效应伸缩变形，调整定子和转子之间的压紧力。本发明还公开了能实现上述调节方法的多种调节装置。本发明通过对电致伸缩材料施加不同波形或大小的电压信号，可在电机工作过程中对定子和转子间的压紧力大小进行实时调节，并可用于电机的速度及力矩控制中。

Description

压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置
技术领域
本发明涉及压电电机技术领域，具体涉及一种压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置。
背景技术
压电电机是一种新型原理的驱动电机，不同于传统的电磁电机，它是利用电致伸缩材料(如压电陶瓷PZT等)的逆压电效应，将电能转换为机械能的一种机电能量转换装置。压电电机有多种形式，包括利用外加电场产生刚性位移的方式和利用交变电场导致机械谐振产生位移的方式(压电超声电机)。压电超声电机是利用压电材料的逆压电效应将电能转换为弹性体(定子)的超声频微观振动，并通过摩擦将振动转换成运动体(转子或动子)的宏观运动(转动或移动)。目前，压电超声电机已有成熟的产品和成功的应用。
在各种压电电机，特别是压电超声电机中，定子和转子(或动子)之间的预紧力对超声电机定子振动特性及电机整体性能都有重要影响。预紧力大小不但对超声电机定子的共振频率、振子边缘的振幅及振动速度有较大的影响，而且对电机的输出转矩、效率、噪声及速度等有重要影响。但目前超声电机预压力的调整一般是采用人工手动调整的方法进行，无法保证预紧力的准确大小，往往不能满足装配精度高的地方。特别地，超声电机装配完成后在工作过程中定子和转子之间的压紧力是无法进行自动调节的，如果要再次调整压紧力大小，多数需要打开电机的外壳用人工方法手动调整。由于超声电机在运行过程中，随着使用时间的增加以及摩擦磨损、负载等的变化，电机的定子和转子之间的压紧力大小也会发生变化，从而影响到电机的性能稳定。而为了使电机输出性能最优，应将电机定子和转子间的压紧力实施实时控制。另外，有些时候在对压电超声电机进行速度及力矩等控制时，也需要对定子和转子之间的压紧力进行实时控制。
发明内容
本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种压电电机定转子间压紧力的调节方法，通过对电致伸缩材料施加不同波形或大小的电压信号，可在电机工作过程中对定子和转子间的压紧力大小进行实时调节，并可用于电机的速度及力矩控制中。
本发明的另一目的在于提供能实现上述调节方法的多种调节装置。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本压电电机定转子间压紧力的调节方法，在压电电机的定子和转子之间施加预紧力之后，通过电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上的逆压电效应伸缩变形，调整定子和转子之间的压紧力。
作为一种优选，所述电致伸缩材料为压电陶瓷叠堆，压电陶瓷叠堆的结构为圆环结构。
调节方法可以有多种实现过程：
1、电致伸缩材料直接与定子接触，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后直接作用于定子，定子作用于转子。
2、电致伸缩材料与定子之间设置弹簧，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后作用于弹簧，弹簧作用于定子，定子作用于转子。
3、电致伸缩材料直接与转子接触，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后直接作用于转子，转子作用于定子。
4、电致伸缩材料与转子之间设置弹簧，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后作用于弹簧，弹簧作用于转子，转子作用于定子。
调节方法的调节装置可以有多种实现结构：
1、定子和转子套在转轴上，定子和转子接触，定子与基座固定连接，转子与转轴固定连接，电致伸缩材料通过蝶形弹簧顶着定子。
2、定子与基座固定连接，转轴上依次固定套有导电滑环、电致伸缩材料、蝶形弹簧、转子、套筒、轴承和轴承挡圈，定子和转子接触。
3、定子与基座固定连接，外壳内部装有电致伸缩材料和推力轴承，推力轴承顶着转轴，蝶形弹簧和转子固定安装在转轴上，定子和转子接触。
4、外壳上装有预紧螺母，预紧螺母顶着弹簧，弹簧顶着电致伸缩材料，电致伸缩材料通过轴承顶着转轴，转子固定安装在转轴上，定子与基座固定连接，定子和转子接触。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
本压电电机定转子间压紧力的调节方法，通过对电致伸缩材料施加不同波形或大小的电压信号，电致伸缩材料在定子和转子的轴方向上产生伸缩变形，所加电压不同，变形量也不同，电致伸缩材料的变形直接或者间接作用于定子或者转子，使定子与转子产生挤压，这样就可以在不拆开机壳的情况下调节两者的压紧力，甚至在电机运转过程中，同样可以对定子和转子间的压紧力大小进行实时调节，并可用于电机的速度及力矩控制中。
此调节方法实际上是对定子和转子之间压紧力的二次调节，因为在电机装配过程中，技术工人已经通过调节螺母等对定子和转子施加了初步预紧力。
本压电电机定转子间压紧力的调节方法适用于一般的压电电机、压电超声电机和直线型的压电电机。
附图说明
图1是本发明调节方法的第1种实施案例示意图；
图2是本发明调节方法的第2种实施案例示意图；
图3是本发明调节方法的第3种实施案例示意图；
图4是本发明调节方法的第4种实施案例示意图；
图5是本发明调节方法的第5种实施案例示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1所示的压电电机定转子间压紧力的调节装置。图中各标号名称：11-预紧螺钉；12-弹性垫片；13-弹性垫；14-转轴；15-螺钉；16-碟形弹簧；17-转子；18-外壳；19-定子；111-基座；113-压电陶瓷叠堆；114-轴承；115-轴承挡圈；116-套筒。转子17通过螺钉15与转轴14相连，定子19安装在基座111上，通过预紧螺钉11、弹性垫13、及碟形弹簧16可人工对电机的定子19和转子17施加初步的预紧力。装配完成后则可依靠压电陶瓷叠堆113，并通过碟形弹簧16改变电机定子19和转子17间的压紧力大小。图1中压电陶瓷叠堆113安装在定子19一侧。压电陶瓷叠堆113的结构为圆环结构。
调节方法是：对压电陶瓷叠堆113施加电压，压电陶瓷叠堆113在定子19和转子17的轴方向上产生伸缩变形，压电陶瓷叠堆113变形后作用于碟形弹簧16，碟形弹簧16挤压定子19，定子19作用于转子17。
实施例2：
如图2所示的调节装置，图中各标号名称：21-轴承；22-转轴；23-螺钉；24-外壳；25-转子；26-定子；28-弹性垫；29-碟形弹簧；210-压电陶瓷叠堆；213-轴承挡圈；214-套筒；215-基座。转子25通过螺钉23固定在转轴22上，定子26安装在基座215上。通过螺钉27、弹性垫28，轴承21可人工对电机的定子26和转子25施加初步的预紧力，即通过拧紧螺钉27来调节预紧力大小。装配完成后可依靠压电叠堆210，并通过碟形弹簧29改变电机定子26和转子25间的压紧力大小。图2中压电陶瓷叠堆210安装在定子26一侧。
调节方法为：对压电陶瓷叠堆210施加电压，压电陶瓷叠堆210在定子26和转子25的轴方向上产生伸缩变形，压电陶瓷叠堆210变形后作用于碟形弹簧29，碟形弹簧29挤压定子26，定子26作用于转子25。
实施例3：
如图3所示的调节装置，图中各标号名称：31-电机外壳；32-压电陶瓷叠堆；33-导电滑环；34-转轴；35-碟形弹簧；36-螺钉；37-转子；39-定子；311-轴承；312-轴承挡圈；313-套筒；314-基座。转子37由螺钉36固定于转轴34上，定子39由螺钉36固定于基座314上。导电滑环33的内环与压电陶瓷叠堆32相连，压电陶瓷叠堆32与转轴34一起转动；导电滑环33的外环与电机外壳31相连。通过调整导电滑环33的外环在电机外壳31上的安装位置对转子37进行初步的预紧。装配完成后可依靠压电陶瓷叠堆32，通过碟形弹簧35来改变电机定子39和转子37之间的压紧力大小。图3中压电陶瓷叠堆32安装在转子37一侧。
调节方法为：对压电陶瓷叠堆32施加电压，压电陶瓷叠堆32在定子39和转子37的轴方向上产生伸缩变形，压电陶瓷叠堆32变形后作用于碟形弹簧35，碟形弹簧35挤压转子37，转子37作用于定子39。
实施例4：
如图4所示的调节装置，图中各标号名称：41-外壳；42-推力轴承；43-压电陶瓷叠堆；44-转轴；45-螺钉；46-碟形弹簧；47-转子；48-定子；410-弹性橡胶垫；411-基座；412-轴承；413-轴承档圈。转子47通过螺钉45固定在转轴44上，定子48由螺钉414安装在基座411上。通过螺钉45、弹性橡胶垫410、推力轴承42可人工对电机的定子48和转子47施加初步的预紧力，即通过拧紧螺钉45来调节预紧力大小。装配完成后则可依靠压电叠堆43，并通过推力轴承42、碟形弹簧46改变电机定子48和转子47间的压紧力大小。图4中压电陶瓷叠堆43安装在转子47一侧。
调节方法为：对压电陶瓷叠堆43施加电压，压电陶瓷叠堆43在定子48和转子47的轴方向上产生伸缩变形，压电陶瓷叠堆43变形后作用于推力轴承42、碟形弹簧46，碟形弹簧46挤压转子47，转子47作用于定子48。
实施例5：
如图5所示的调节装置，图中各标号名称：51-预紧螺母；52-转轴；53-弹簧；54-压电陶瓷叠堆；55-轴承；56-外壳；57-转子；58-螺钉；59-定子；512-轴承挡圈；513-套筒；514-基座。转子57安装在转轴52上，定子59由螺钉58固定在基座514上。通过拧紧预紧螺母51可对电机的定子59和转子57施加初步的预紧力。装配完成后可依靠压电陶瓷叠堆54，并通过弹簧53、轴承55来改变电机定子59和转子57间的压紧力大小。图5中压电陶瓷叠堆54安装在转子57一侧。
调节方法为：对压电陶瓷叠堆54施加电压，压电陶瓷叠堆54在定子59和转子57的轴方向上产生伸缩变形，压电陶瓷叠堆54变形后作用于轴承55，轴承55挤压转子57，转子57作用于定子59。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：在压电电机的定子和转子之间施加预紧力之后，通过电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向的逆压电效应伸缩变形，调整定子和转子之间的压紧力。
2.根据权利要求1所述的压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：所述电致伸缩材料为压电陶瓷叠堆，压电陶瓷叠堆的结构为圆环结构。
3.根据权利要求1所述的压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：所述电致伸缩材料直接与定子接触，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后直接作用于定子，定子作用于转子。
4.根据权利要求1所述的压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：所述电致伸缩材料与定子之间设置弹簧，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后作用于弹簧，弹簧作用于定子，定子作用于转子。
5.根据权利要求1所述的压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：所述电致伸缩材料直接与转子接触，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后直接作用于转子，转子作用于定子。
6.根据权利要求1所述的压电电机定转子间压紧力的调节方法，其特征在于：所述电致伸缩材料与转子之间设置弹簧，对电致伸缩材料施加电压，电致伸缩材料在定子和转子的轴向方向上产生伸缩变形，电致伸缩材料变形后作用于弹簧，弹簧作用于转子，转子作用于定子。
7.压电电机定转子间压紧力的调节装置，其特征在于：定子和转子套在转轴上，定子和转子接触，定子与基座固定连接，转子与转轴固定连接，电致伸缩材料通过蝶形弹簧顶着定子。
8.压电电机定转子间压紧力的调节装置，其特征在于：定子与基座固定连接，转轴上依次固定套有导电滑环、电致伸缩材料、蝶形弹簧、转子、套筒、轴承和轴承挡圈，定子和转子接触。
9.压电电机定转子间压紧力的调节装置，其特征在于：定子与基座固定连接，外壳内部装有电致伸缩材料和推力轴承，推力轴承顶着转轴，蝶形弹簧和转子固定安装在转轴上，定子和转子接触。
10.压电电机定转子间压紧力的调节装置，其特征在于：外壳上装有预紧螺母，预紧螺母顶着弹簧，弹簧顶着电致伸缩材料，电致伸缩材料通过轴承顶着转轴，转子固定安装在转轴上，定子与基座固定连接，定子和转子接触。
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