CN107968598A - 短柱型双转子弯曲振动压电电机 - Google Patents
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Abstract
短柱型双转子弯曲振动压电电机，属于电机制造技术领域，由转子、定子和轴系构成，转子由上转子和下转子组成，定子由上定子、下定子、压电陶瓷片和电极片组成，轴系由轴、上轴承和下轴承组成；上定子和下定子通过内外螺纹连接设置在轴上，压电陶瓷片和电极片套置在上定子与下定子之间，上转子设置在上定子的上方，下转子设置在下定子的下方。本发明结构新颖，工作原理清晰，每片压电陶瓷片的电极被对称分割成两部分，激励出两个简并的、在空间上互差90度的振动模态，与传统的压电电机相比，本发明结构更为简单，制作和装配更为容易，双转子结构也进一步增大了扭矩，可适用于空间受限制的场合。
Description
技术领域
本发明属于电机制造技术领域，涉及一种压电电机，具体的说是涉及一种短柱型双转子弯曲振动压电电机。
背景技术
压电电机是利用压电体在电压作用下发生振动，驱动运动件旋转或作直线运动。压电电机由运动件及振动件两部分组成，无绕组、磁体及绝缘结构。一般分为交流与直流两类压电电动机，压电电机包括压电元件，使用高频电压作为驱动电压，并且具有由定子和转子之间的摩擦产生的驱动力，在操作压电电机的原则中，高频电压被施加到压电元件，以使压电元件振动。压电电机由于压电元件的振动而在一个方向获得驱动力，以获得转子的转动。
压电电机功率密度比普通电动机高得多，但输出功率则受到限制。由于一般压电体的能量转换效率较低，且振动或伸缩的幅值很小，因而只能制成特殊要求的专用电动机，获得微小变位的蠕动。常见的压电电机中，环形行波型电机已较为成熟。但当其直径很小时，激励频率很高，效率大大降低，输出转矩也大大下降。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提出一种短柱型双转子弯曲振动压电电机，结构简单，易制作，易装配，可实现大转矩输出，其轴向长度小于直径，可满足空间受限制场合的使用。
本发明的技术方案是：短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述压电电机由转子和定子构成，所述转子由上转子和下转子组成，所述定子由上定子、下定子、压电陶瓷片、电极片和轴系组成，所述轴系由轴、上轴承和下轴承组成；所述轴上设有外螺纹，所述上定子和下定子内部设有内螺纹，所述上定子和下定子通过内外螺纹连接设置在轴上，所述压电陶瓷片和电极片套置在上定子与下定子之间，所述上转子设置在所述上定子的上方，上转子的下端面与上定子的上端面相接触，所述上轴承的外圈与上转子固定，上轴承的内圈与轴连接固定；所述下转子设置在所述下定子的下方，下转子的上端面与下定子的下端面相接触，所述下轴承的外圆与下转子连接固定，下轴承的内圈与轴连接固定。
所述压电陶瓷片的数量为2片，每片压电陶瓷片被极化分割成上下左右对称的四部分，上下对称叠放。
所述电极片设置在两片压电陶瓷片之间及上下表面，通过电极片给压电陶瓷片提供相位角为90度、频率为超声频率的交流电，以此激励出两相正交的振动。
所述压电电机轴向长度的最小值为压电电机直径的60%～70%，即轴向长度小于直径，适用于空间受限制但又要发挥柱体电机优势的场合。
所述上轴承的外圈与上转子之间、上轴承的内圈与轴之间，下轴承的外圈与下转子之间、下轴承的内圈与轴之间均为过盈配合，上、下轴承能承受一定的径向力，从而使两个转子压紧在定子两端且绕轴转动。
本发明的有益效果为：本发明提供的短柱型双转子弯曲振动压电电机，结构新颖，工作原理清晰，在压电陶瓷片之间设置电极片，每片压电陶瓷片的电极被对称分割成两部分，上下对称叠放，激励出两个简并的、在空间上互差90度的振动模态，传递给定子后，定子表面会产生弯曲行波，压电陶瓷的逆压电效应使定子的外部两端摇头振动，再通过定子和两端转子之间的摩擦力驱动转子转动，在转子上输出转矩，定子直径比例越小，振动幅值越大，扭矩越大。与传统的压电电机相比，本发明结构更为简单，制作和装配更为容易，双转子结构也进一步增大了扭矩，压电电机的轴向长度可为其直径的60%～70%，因此可适用于空间受限制的场合。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明中经电极化后的压电陶瓷片结构示意图。
图中：轴1、上轴承2、上转子3、上定子4、压电陶瓷片5、电极片6、下定子7、下转子8、下轴承9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，短柱型双转子弯曲振动压电电机，压电电机由转子、定子和轴系构成，转子由上转子3和下转子8组成，定子由上定子4、下定子7、压电陶瓷片5、电极片6和轴系组成，轴系由轴1、上轴承2和下轴承9组成；轴1上设有外螺纹，上定子4和下定子7内部设有内螺纹，上定子4和下定子7通过内外螺纹连接设置在轴1上，压电陶瓷片5和电极片6套置在上定子4与下定子7之间，上转子3设置在上定子4的上方，上转子3的下端面与上定子4的上端面相接触，上轴承2的外圈与上转子3固定，上轴承2的内圈与轴1连接固定；下转子8设置在下定子7的下方，下转子8的上端面与下定子7的下端面相接触，下轴承9的外圆与下转子8连接固定，下轴承9的内圈与轴1连接固定。
如图1-2所示，短柱型双转子弯曲振动压电电机，压电陶瓷片5的数量为2片，每片压电陶瓷片5被极化分割成上下左右对称的四部分，上下对称叠放；电极片6设置在每两片压电陶瓷片5之间及上下表面，通过电极片6给压电陶瓷片5提供相位角为90度、频率为超声频率的交流电，以此激励出两相正交的振动；压电电机轴向长度的最小值为压电电机直径的60%～70%，适用于空间受限制但又要发挥柱体电机优势的场合；上轴承2的外圈与上转子3之间、上轴承2的内圈与轴1之间，下轴承9的外圈与下转子8之间、下轴承9的内圈与轴1之间均为过盈配合，上、下轴承能承受一定的径向力，从而使两个转子压紧在定子两端且绕轴转动。
如图1-2所示，短柱型双转子弯曲振动压电电机的工作原理如下：在两片陶瓷片之间设有电极片，陶瓷片位于轴的正中间位置，每片压电陶瓷片的电极被对称分割成上下左右四部分，上下对称叠放，激励出两个简并的、在空间上互差90度的振动模态。传递给定子后，定子表面会产生弯曲行波，进而通过定子和转子间的摩擦力，带动转子旋转，在转子上输出转矩。
本发明结构新颖，工作原理清晰，与传统的压电电机相比，本发明结构更为简单，制作和装配更为容易，双转子结构也进一步增大了扭矩，压电电机的轴向长度可为其直径的60%～70%，因此可适用于空间受限制的场合。
Claims (5)
1.短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述压电电机由转子和定子构成，所述转子由上转子(3)和下转子(8)组成，所述定子由上定子(4)、下定子(7)、压电陶瓷片(5)、电极片(6)和轴系组成，所述轴系由轴(1)、上轴承(2)和下轴承(9)组成；所述轴(1)上设有外螺纹，所述上定子(4)和下定子(7)内部设有内螺纹，所述上定子(4)和下定子(7)通过内外螺纹连接设置在轴(1)上，所述压电陶瓷片(5)和电极片(6)套置在上定子(4)与下定子(7)之间，所述上转子(3)设置在所述上定子(4)的上方，上转子(3)的下端面与上定子(4)的上端面相接触，所述上轴承(2)的外圈与上转子(3)固定，上轴承(2)的内圈与轴(1)连接固定；所述下转子(8)设置在所述下定子(7)的下方，下转子(8)的上端面与下定子(7)的下端面相接触，所述下轴承(9)的外圆与下转子(8)连接固定，下轴承(9)的内圈与轴(1)连接固定。
2.根据权利要求1所述的短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述压电陶瓷片(5)的数量为2片，每片压电陶瓷片(5)被极化分割成上下左右对称的四部分，这种分区方式减少了陶瓷片数量，在一定程度上减小了轴向长度，上下对称叠放。
3.根据权利要求1所述的短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述电极片(6)设置在两片压电陶瓷片(5)之间及上下表面，通过电极片(6)给压电陶瓷片(5)提供相位角为90度、频率为超声频率的交流电，以此激励出两相正交的振动。
4.根据权利要求1所述的短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述压电电机轴向长度的最小值为压电电机直径的60%～70%，适用于空间受限制但又要发挥柱体电机优势的场合。
5.根据权利要求1所述的短柱型双转子弯曲振动压电电机，其特征在于：所述上轴承(2)的外圈与上转子(3)之间、上轴承(2)的内圈与轴(1)之间，下轴承(9)的外圈与下转子(8)之间、下轴承(9)的内圈与轴(1)之间均为过盈配合，上、下轴承能承受一定的径向力，从而使两个转子压紧在定子两端且绕轴转动。
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