CN108900112A - 内圆台定子的超声电机 - Google Patents

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王炅
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/16Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves

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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明提出了一种基于内圆台定子的超声电机,包括定子,转子及支架,定子包括金属基体及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷,金属基体为空心圆柱形,其底面设置多个固定孔与基座固定;金属基体的中心孔为转子轴孔,转子为T型圆平台,其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承安装在基座上;通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置,使得定转子直接紧密接触。该电机具有结构简单,成本低,可在振动冲击环境中进行应用等优点。

Description

内圆台定子的超声电机
技术领域
本发明涉及到一种基于内圆台定子的超声电机,属于压电超声电机技术领域。
背景技术
超声电机(Ultrasonic Motor,USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应,在弹性体中激励出超声频段内的振动,在弹性体表面形成具有特定轨迹的质点运动,进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动。超声电机突破了传统电机的概念,它没有磁钢和绕组,不依靠电磁感应传递能量,具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。
公开号为“CN 1610239A”,发明名称为“圆筒型非接触超声电机”中提出在圆筒四周均布压电陶瓷片构成了定子,并以此为基础开发了一种超声电机。但该电机定转子之间不接触,无法断电自锁;且圆筒内部是通孔,为了不影响定子工作模态的激发,定子安装在垫圈上,安装不便的同时增加了装配的复杂程度;且该电机不适合振动冲击等复杂环境。
发明内容
1、本发明的目的
为了解决“圆筒型非接触超声电机”中存在装配不变,无法断电自锁等问题,提出了一种基于内圆台定子的超声电机。
2、本发明的技术方案
本发明提出了一种基于内圆台定子的超声电机,包括定子,转子及支架,定子包括金属基体及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷,金属基体为空心圆柱形,其底面设置多个固定孔与基座固定;金属基体的中心孔为转子轴孔,转子为T型圆平台,其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承安装在基座上;通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置,使得定转子直接紧密接触。
更进一步,所述的多片压电陶瓷为四片,均匀的分布在圆筒的四周,压电陶瓷其中一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Psinωt,另一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Pcosωt,每组相对的压电陶瓷正负极相反;同时接入A相与B相电压,定子的内表面将产生行波,并在摩擦力的作用下驱动转子运动,产生输出。
更进一步,定子的底面下表面加工有一个凸台,凸台的直径小于定子底面直径。
更进一步,定子的内表面为一个倒圆台。
更进一步,定子下表面有螺纹孔,通过螺钉与基座紧密配合。
3、本发明的有益效果
(1)本发明中的定子在高频电压信号的激励下,产生时间与空间相位差均为90°的两相驻波在在定子内表面合成一个行波,最终在摩擦力的作用下驱动转子运动,产生输出。
(2)本发明加工装配简单,易于实现微型化,结构紧凑。
附图说明
图1为内圆台圆筒型超声电机的结构示意图。
图2为定子的结构示意图。
图3与图4分别为定子的俯视图与剖视图
图5为转子的结构示意图。
图6为定子的A相振动模态。
图7为定子的B相振动模态。
图中标号所代表的含义为:1为压电陶瓷片,2转子,3金属基体,3a中心轴孔,3b固定孔,4螺钉,5轴承,6基座,7弹簧,8螺母。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
如图1所示,本发明基于内圆台定子的超声电机,包括定子,转子及支架,其特征在于:定子包括金属基体3及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷1,金属基体3为空心圆柱形,其底面设置多个固定孔3b与基座6固定;
金属基体的中心孔3a为转子轴孔,转子为T型圆平台,其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承5安装在基座6上;通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置,使得定转子直接紧密接触。
基于压电陶瓷激发定子的B(0,3)模态制成的新型的超声电机。它主要是由定子组件,转子以及基座组成。其中定子由金属基体3与四片压电陶瓷1粘贴而成。转子2通过轴承5安装在基座6上,并通过弹簧7与螺母8的作用,使得定转子直接紧密接触。
压电陶瓷的粘贴方式如图2所示,四面压电陶瓷均匀的分布在圆筒的四周。压电陶瓷的极化方式与交变电压接入的方式如图3所示。其中,A相表示接入的交变电压为Psinωt,B相表示接入的交变电压为Pcosωt。当单独接入A相电压时,定子将产生如图6所示的B(0,3)振动模态,当单独接入B相电压时,定子将产生如图7所示的B(0,3)的振动模态,图6与图7在空间上相差90°。当同时接入A相与B相电压,定子的内表面将产生行波,并在摩擦力的作用下驱动转子运动,产生输出。
其中,定子的内表面为一个圆台,如图4所示,为了使得定转子之间紧密接触,转子的也是一个圆台,如图5所示。定子的下表面与基座与紧密固定,为了不影响定工作模态的激发,定子的下表面加工有一个凸台,如图4中的虚线框所示,其中凸台的直径小于内部圆台的下端直径。
本发明针对圆筒型超声电机,提出了一种内圆台圆筒超声电机,该电机装配简单,可实现小型化,并简化了圆筒型超声电机装配过程,可在振动、冲击等复杂环境中应用。
工作原理:
本发明中的超声电机主要由定子、转子以及基座等组件构成。定子组件是在金属基体的四周均匀粘贴压电陶瓷片,定子下表面与基座之间通过螺钉紧固连接,为了不影响定子工作模态的正确激发,在定子的下表面加工成一个圆台,且圆台的直径小于定子内部直径;所述定子的内部为一个内圆台,与同样是圆台形的转子接触;圆台形转子通过轴承安装在基座上,且转子的输出轴上有螺纹,并通过弹簧与螺母的作用,使得定转子紧密接触,实现断电自锁。
本发明中的定子在高频电压信号的激励下,产生时间与空间相位差均为90°的两相驻波在在定子内表面合成一个行波,最终在摩擦力的作用下驱动转子运动,产生输出。本发明加工装配简单,易于实现微型化,结构紧凑。

Claims (5)

1.一种基于内圆台定子的超声电机,包括定子,转子及支架,其特征在于:定子包括金属基体(3)及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷(1),金属基体(3)为空心圆柱形,其底面设置多个固定孔(3b)与基座(6)固定;金属基体的中心孔(3a)为转子轴孔,转子为T型圆平台,其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承(5)安装在基座(6)上;通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置,使得定转子直接紧密接触。
2.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机,其特征在于:所述的多片压电陶瓷(1)为四片,均匀的分布在圆筒的四周,压电陶瓷其中一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Psinωt,另一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Pcosωt,每组相对的压电陶瓷(1)正负极相反;同时接入A相与B相电压,定子的内表面将产生行波,并在摩擦力的作用下驱动转子运动,产生输出。
3.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机,其特征在于:定子(3)的底面下表面加工有一个凸台,凸台的直径小于定子底面直径。
4.根据权利要求3所述的基于内圆台定子的超声电机,其特征在于:定子(3)的内表面为一个倒圆台。
5.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机,其特征在于:定子(3)下表面有螺纹孔,通过螺钉与基座紧密配合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170290A (zh) * 2007-09-26 2008-04-30 哈尔滨工业大学 磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机
CN103001532A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 上海交通大学 贴片式纵扭模态复合型超声电机

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170290A (zh) * 2007-09-26 2008-04-30 哈尔滨工业大学 磁力加压的预压力装置及使用该装置的微型弯曲超声电机
CN103001532A (zh) * 2012-11-28 2013-03-27 上海交通大学 贴片式纵扭模态复合型超声电机

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