CN108011540A - 一种驻波型步进超声波电机 - Google Patents
一种驻波型步进超声波电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108011540A CN108011540A CN201711259946.XA CN201711259946A CN108011540A CN 108011540 A CN108011540 A CN 108011540A CN 201711259946 A CN201711259946 A CN 201711259946A CN 108011540 A CN108011540 A CN 108011540A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor
- shaft
- stator
- becket
- bearing
- 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 23
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 229920003266 Leaf® Polymers 0.000 abstract description 37
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002783 friction material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000028514 leaf abscission Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004643 material aging Methods 0.000 description 1
- 230000010358 mechanical oscillation Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/101—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using intermittent driving, e.g. step motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种驻波型步进超声波电机，该超声波电机包括端盖(1)、连接板(2)、底座(9)、转轴(10)、转子(7)以及定子，所述定子由压电陶瓷(5)、金属环(6)和若干弹性叶片(11)组成，并固定于连接板(2)和底座(9)之间，所述压电陶瓷(5)位于金属环(6)的内侧，所述弹性叶片(11)位于金属环(6)外侧，且金属环(6)外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角在25‑35度之间；所述转子(7)为圆筒形；所述定子设置于转子(7)内，本发明不仅具有结构简单、转矩大的特点，同时电机可实现在开环控制下无累积误差的步进运行。
Description
技术领域
本发明是一种驻波型步进超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。
背景技术
超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械振动的新型电机。超声波电机具有体积小、响应快、精度高、断电自锁和无磁场干扰等特点，在机器人、计算机、机动车、仪器仪表、航空航天等高科技领域有广泛的应用。
国内外有较多专利申请涉及步进超声波电机的领域，其中多通常采用如PI、模糊、模型参考自适应、神经网络等控制方法实现步进定位。由于超声波电机的运动特性中包含了诸多时变和非线性因素，使得电机的控制系统复杂，成本较高。同时，控制系统必须通过加入反馈环节以消除电机在定位过程中的累积误差。复杂的控制系统在一定程度上制约了步进式超声波电机在微型化、高可靠性产品中的应用。
近年来，国内外学者尝试通过特殊机械机构的设计与激励方式相配合的方式实现超声波电机的自校正式步进定位。自校正型步进超声波电机在开环控制下无步进累积误差，控制电路成本低，具有广泛的应用前景。因此，如何合理设计超声波电机的结构，使电机在兼具大转矩输出性能的同时，实现开环控制下无步进累积误差是这一领域关注的焦点。
发明内容
技术问题：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种驻波型步进超声波电机。设计中采用弹性叶片与转子槽的合理化配合，实现超声波电机在开环控制下实现无累积误差的步进运行，此外，该电机还具有大转矩、结构简单、易安装的特点。
技术方案：为实现上述目的，本发明一种驻波型步进超声波电机采用的技术方案为：该超声波电机包括包括端盖、连接板、底座、转轴、转子以及定子，所述定子由压电陶瓷、金属环和若干弹性叶片组成，并固定于连接板和底座之间，所述压电陶瓷位于金属环的内侧，所述弹性叶片位于金属环外侧，且金属环外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角在25-35度之间；所述转子为圆筒形；所述定子设置于转子内。
所述所述转子上开有若干结构合理化设计的定位槽，所述若干定位槽具有相同的形状、宽度和深度。
所述转轴通过第一轴承和第二轴承与底座转动连接，所述第一轴承设置于转轴的上端，而第二轴承设置于转轴的下端，所述转轴在位于第二轴承下端位置沿圆周方向开有卡口槽，并通过卡簧将轴承固定在底座上。
所述端盖的外侧通过螺丝与转子固定，所述端盖的内侧通过螺丝与转轴固定，从而使转子与转轴间接固定。
所述定子通过弹性垫片和支柱被固定在连接板和底座之间。
当对压电陶瓷施加单相交流电激励时，压电陶瓷产生径向振动，弹性叶片受到挤压产生弯曲变形，推动转子运转至定位槽内，利用弹性叶片与定位槽之间的摩擦实现定位，使转子停止运转，完成一次步进运动。当对压电陶瓷施加瞬时高压脉冲信号时，弹性叶片脱离定位槽并开始下一次步进运动。
有益效果：本发明提供的一种驻波型步进超声波电机，相比现有技术，具有以下有益效果：
1.通过定子弹性叶片和转子定位槽的合理化结构设计，实现超声波电机在开环控制下无累积误差的步进运行。
2.采用定子压电陶瓷的径向振动模态，保证了电机的大力矩输出。
3.压电陶瓷体积占定子体积的90％以上，大幅提高了电机的功率密度。
4.采用单相电压的驱动方式，简化驱动电路结构，降低成本，有利于电机的微小型化设计。
5.通过采用瞬时高压脉冲信号，完成电机从定位状态至运行状态的切换，避免了由于控制电路两种工作方式切换导致的失步或多步问题。
6.转轴通过上、下两个轴承的共同调节，降低电机的装配难度，增强了电机运转的平稳性，提高了电机耐振动冲击能力。
7.通过连接板和支柱的设计，使定子与底座固定在一起，通过端盖的结构设计，使转子与转轴可靠的固定在一起，转动机构的紧凑化设计，使电机结构进一步简化。
附图说明
图1是本发明的装配结构图。
图2是本发明的定子和转子部件图。
其中：1为端盖、2为连接板、3为弹性垫片、4为第一轴承、4’为第二轴承、5为压电陶瓷、6为金属环、7为转子、8为支柱、9为底座、10为转轴、11为弹性叶片、12为定位槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种驻波型步进超声波电机，如图1所示，包括端盖1、连接板2、底座9、转轴10、定子以及转子7；所述定子通过弹性垫片3和支柱8被固定于连接板2和底座9之间，所述压电陶瓷5粘接在金属环6的内侧面上，所述弹性叶片11焊接在金属环6外侧上，且金属环外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角在25-35度之间；所述转子7为圆筒形，并开有若干定位槽12；所述定子设置于转子7内。
所述端盖1的外侧通过固定螺丝与转子7连接，内侧通过固定螺丝与转轴10固定，从而使转子与转轴间接固定。
所述转轴10通过第一轴承4和第二轴承4’与底座9转动连接，所述第一轴承4设置于转轴10的上端，而第二轴承4’设置于转轴10的下端，所述转轴10在位于第二轴承4’下端位置沿圆周方向开有卡口槽，并通过卡簧将轴承固定在底座上。由第一轴承和第二轴承夹住，通过上、下两个转轴的共同调节，增强了电机运转的平稳性，提高了电机耐振动冲击能力。
所述定子通过弹性垫片3和支柱8被固定在连接板2和底座9之间，弹性垫片在绝缘的同时，减小连接板与定子的接触面积，从而减少连接板对定子振动的影响。
如图2所示，所述定子由压电陶瓷5、金属环6弹性叶片11组成，所述金属环6外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片11之间的夹角为25-35度之间，所述若干弹性叶片11沿金属环6圆周方向均布，分散了每个弹性叶片对转子的摩擦损耗，弹性叶片11与转子7采用钢性直接接触，避免了由于摩擦材料老化导致的电机寿命下降。
所述所述转子7上开有若干结构合理化设计的定位槽12，所述若干定位槽12具有相同的形状、宽度和深度，定位槽12合理化的结构设计保证了定位状态的可靠性。
本发明的工作原理如下：
当对压电陶瓷施加单向交流电压激励时，压电陶瓷产生径向振动，弹性叶片受到挤压产生形变，从而推动转子运转，直至弹性叶片位于转子定位槽内，由于定子弹性叶片与转子定位槽之间的摩擦阻力，使转子停止运转，完成第一次步进运动；将对压电陶瓷施加瞬时高压脉冲信号，压电陶瓷振幅激增，弹性叶片对转子的推动力大幅提升，脱离转子定位槽，重新推动转子运行，并开始下一次步进运动。
本实施例的电机采用定子弹性叶片与转子定位槽相配合的方式实现超声波电机在开环控制下无累积误差的步进运行。
电机由压电陶瓷、金属环、弹性叶片、转子、定位槽、转轴、端盖、连接板、轴承、弹性垫片、底座、支柱和固定螺丝组合而成。
定子由压电陶瓷、金属环、弹性叶片组成，其中弹性叶片以固定倾斜角焊接在金属环上，金属环与压电陶瓷通过胶水粘接。定子通过弹性垫片和支柱被固定在连接板和底座之间，弹性垫片在绝缘的同时，减小连接板与定子的接触面积，从而减少连接板对定子振动的影响。
转子采用周向环绕型设计，并开有若干定位槽。当施加单相交流电驱动，压电陶瓷将产生径向振动，挤压弹性叶片产生弯曲变形，从而推动转子旋转，直至弹性叶片位于转子定位槽内，转子停止运转，完成第一次步进运动；当对压电陶瓷施加瞬时高压脉冲时，弹性叶片脱离转子定位槽，重新推动转子运行，开始下一次步进运动。驱动过程只需单相电源，简化了电机的驱动方式，采用压电陶瓷的径向振动工作模态，保证了电机的大转矩输出性能。多个弹性叶片均匀分布在金属环外侧，分散了单个弹性叶片对转子的摩擦损耗，增大了定子对转子的推动力，同时周向对称结构保证了电机运行的平稳性。弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角设计为25-35度之间，可使得弹性叶片对转子的摩擦推力达到最大。定转子接触表面无需粘接摩擦材料，简化加工过程，增加电机的使用寿命。转子的若干定位槽具有相同形状、宽度和深度，简单的机械结构设计保障了超声波电机在开环控制下无累积误差的步进运行。
转轴在位于第二轴承下端位置沿圆周方向开有卡口槽，并通过卡簧将轴承固定在底座上。转轴由第一轴承和第二轴承夹住，通过上、下两个转轴的共同调节，增强了电机运转的平稳性，提高了电机耐振动冲击能力。端盖的外侧通过固定螺丝与转子连接，内侧通过固定螺丝与转轴固定，从而使转子与转轴间接固定，转动机构的紧凑结构，实现了电机的小型化设计。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种驻波型步进超声波电机，其特征在于：该超声波电机包括包括端盖(1)、连接板(2)、底座(9)、转轴(10)、转子(7)以及定子，所述定子由压电陶瓷(5)、金属环(6)和若干弹性叶片(11)组成，并固定于连接板(2)和底座(9)之间，所述压电陶瓷(5)位于金属环(6)的内侧，所述弹性叶片(11)位于金属环(6)外侧，且金属环(6)外侧上安装弹性叶片的固定点的法线与弹性叶片之间的夹角在25-35度之间；所述转子(7)为圆筒形；所述定子设置于转子(7)内。
2.根据权利要求1所述的驻波型步进超声波电，其特征在于：所述所述转子(7)上开有若干结构合理化设计的定位槽(12)，所述若干定位槽(12)具有相同的形状、宽度和深度。
3.根据权利要求2所述的驻波型步进超声波电机，其特征在于：所述转轴(10)通过第一轴承(4)和第二轴承(4’)与底座(9)转动连接，所述第一轴承(4)设置于转轴(10)的上端，而第二轴承(4’)设置于转轴(10)的下端，所述转轴(10)在位于第二轴承(4’)下端位置沿圆周方向开有卡口槽，并通过卡簧将轴承固定在底座上。
4.根据权利要求3所述的驻波型步进超声波电机，其特征在于：所述端盖(1)的外侧通过螺丝与转子(7)固定，所述端盖(1)的内侧通过螺丝与转轴(10)固定，从而使转子与转轴间接固定。
5.根据权利要求4所述的驻波型步进超声波电机，其特征在于：所述定子通过弹性垫片(3)和支柱(8)被固定在连接板(2)和底座(9)之间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711259946.XA CN108011540A (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 一种驻波型步进超声波电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711259946.XA CN108011540A (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 一种驻波型步进超声波电机 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108011540A true CN108011540A (zh) | 2018-05-08 |
Family
ID=62056413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711259946.XA Pending CN108011540A (zh) | 2017-12-04 | 2017-12-04 | 一种驻波型步进超声波电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108011540A (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108681031A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-10-19 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种应用步进超声波电机的微型相机及其控制方法 |
| CN108832837A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-16 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN108847783A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-20 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机控制方法及系统 |
| CN109004861A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-14 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN109245606A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-18 | 东南大学 | 一种驻波型步进超声波电机及其控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4453103A (en) * | 1982-04-16 | 1984-06-05 | Kievsky Politekhnichesky Institut | Piezoelectric motor |
| CN1299181A (zh) * | 2000-12-08 | 2001-06-13 | 南京航空航天大学 | 驻波型自校正超声电机 |
| CN104079205A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-10-01 | 环一军 | 多振片式驻波型超声波电机 |
| CN104734561A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 东南大学 | 一种弹性叶片式并联型超声波电机 |
| CN106685260A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-17 | 同济大学 | 一种 m 相驱动步进超声波电机 |
-
2017
- 2017-12-04 CN CN201711259946.XA patent/CN108011540A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4453103A (en) * | 1982-04-16 | 1984-06-05 | Kievsky Politekhnichesky Institut | Piezoelectric motor |
| CN1299181A (zh) * | 2000-12-08 | 2001-06-13 | 南京航空航天大学 | 驻波型自校正超声电机 |
| CN104079205A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-10-01 | 环一军 | 多振片式驻波型超声波电机 |
| CN104734561A (zh) * | 2015-04-03 | 2015-06-24 | 东南大学 | 一种弹性叶片式并联型超声波电机 |
| CN106685260A (zh) * | 2016-11-23 | 2017-05-17 | 同济大学 | 一种 m 相驱动步进超声波电机 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108681031A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-10-19 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种应用步进超声波电机的微型相机及其控制方法 |
| CN108832837A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-16 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN108847783A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-11-20 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机控制方法及系统 |
| CN109004861A (zh) * | 2018-08-06 | 2018-12-14 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN109004861B (zh) * | 2018-08-06 | 2020-03-31 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN108681031B (zh) * | 2018-08-06 | 2023-10-27 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种应用步进超声波电机的微型相机及其控制方法 |
| CN108832837B (zh) * | 2018-08-06 | 2024-03-19 | 深圳市三阶微控实业有限公司 | 一种步进超声波电机及其控制方法 |
| CN109245606A (zh) * | 2018-10-10 | 2019-01-18 | 东南大学 | 一种驻波型步进超声波电机及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108011540A (zh) | 一种驻波型步进超声波电机 | |
| US4959580A (en) | Piezoelectric motor | |
| CN201742324U (zh) | 旋转型行波超声电机 | |
| CN103414373B (zh) | 单激励旋转超声电机 | |
| CN101404442B (zh) | 集成压电超声和电磁混合驱动的电机 | |
| CN101984550B (zh) | 基于柔性铰链的直线超声电机夹持定位装置 | |
| TW201018056A (en) | Motor structure and fan | |
| CN108551278A (zh) | 一种贴片式异向旋转双转子超声电机 | |
| CN104734561B (zh) | 一种弹性叶片式并联型超声波电机 | |
| CN103208943B (zh) | 一种单激励旋转超声电机 | |
| CN103208944B (zh) | 一种单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN103414372B (zh) | 双向驱动旋转超声电机 | |
| CN203406802U (zh) | 单电信号驱动双向旋转超声电机 | |
| CN103199734B (zh) | 一种单电信号驱动双向旋转超声电机 | |
| CN103414375B (zh) | 单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN208782703U (zh) | 一种无刷电机 | |
| CN204271946U (zh) | 一种单电信号驱动旋转超声电机 | |
| CN103078554B (zh) | 压电电机定转子间压紧力的调节方法及其调节装置 | |
| CN203406799U (zh) | 双向驱动旋转超声电机 | |
| CN101984549A (zh) | 直线超声电机夹持定位装置 | |
| CN101505115B (zh) | 一种液体介质纵振非接触式超声波电机 | |
| CN203406800U (zh) | 单激励旋转超声电机 | |
| CN103414374B (zh) | 单电信号驱动双向旋转超声电机 | |
| CN201854206U (zh) | 基于柔性铰链的直线超声电机夹持定位装置 | |
| CN113472238B (zh) | 一种自调心无轴承并联式超声波电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180508 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |