CN110829887A - 可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机 - Google Patents

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Abstract

可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，涉及压电驱动技术领域。它解决了现有压电驱动器由于材料磨损引起的寿命短、转速低等问题。本发明包括永磁体转子、压电陶瓷片、磁块和环形金属体；压电陶瓷片和磁块按一定位置粘贴在环形金属体的上下两面；在交流电压激励下，由压电陶瓷片和环形金属体组成的定子弹性复合体会激励出驻波，由此会不断改变粘贴在定子上的磁块与永磁体转子的相对角度，最终通过磁体间的同极斥力的侧向分力实现驱动。本发明可应用于非接触驱动领域。

Description

可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机
技术领域
本发明涉及到一种可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
压电超声电机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，在弹性体表面特定点或特定区域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，具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。
由于现有的压电驱动器采用摩擦耦合驱动，导致存在寿命短、转速低、机械输出能力弱等问题，使得应用范围受到严重制约。
发明内容
为了解决压电驱动器由于定子和转子之间摩擦耦合造成的驱动器寿命短、转速低、机械输出能力弱的问题，提供了一种可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机包括永磁体转子（1）、压电陶瓷片（2）、磁块（3）和环形金属体（4）；其特征在于磁块（3）按一定位置沿周向分布在环形金属体上下两面，压电陶瓷片（2）均沿厚度方向极化，并沿周向阵列粘贴在环形金属体上下两面，在环形金属体同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相反，不同侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相同。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的永磁体转子（1）共有两组，且在竖直方向上的自由度被限制，定子上下两侧面的磁块（3）统一位于压电陶瓷片右（或左）侧，且同一侧面两个磁块（3）之间粘贴有两片压电陶瓷片（2），且同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的中心线间距为一个驻波波长的二分之一，其中，每片压电陶瓷片（2）应小于等于一个驻波波长的四分之一；磁块（3）左（或右）边线与相邻左侧（或右侧）压电陶瓷片（2）中心线间距为一个驻波波长的八分之一，其中每个磁块（3）应小于等于一个驻波波长的八分之一；两侧面的相邻两个磁块（3）的左（或右）边线的间距为一个驻波波长的二分之一。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机通过对所有压电陶瓷片（2）施加单相脉动直流电压，金属体为公共接地极，利用压电陶瓷的d31工作模式实现定子的弯振驻波激励。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机对压电陶瓷片（2）所施加的单向脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电；在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机定子的驻波波形使得上下两面的磁块（3）产生同向的水平磁斥力分量。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机通过改变对压电陶瓷片（2）施加的脉动直流电压方向，可实现永磁体转子（1）的反向旋转。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的环形金属基体（4）和永磁体转子（1）的轴线重合。
本发明的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机具有结构简单、设计灵活、性能稳定，易于控制、可系列化生产的优点。
本发明适用于压电超声电机领域。
附图说明
图1是本发明的三维结构图。
图2是本发明的压电陶瓷极化方向及电极连接示意图。
图3是本发明的环形定子的轴向弯曲振型图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，包括永磁体转子（1）、压电陶瓷片（2）、磁块（3）和环形金属体（4）；其特征在于磁块（3）按一定位置沿周向分布在环形金属体上下两面，压电陶瓷片（2）均沿厚度方向极化，并沿周向阵列粘贴在环形金属体上下两面，在环形金属体同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相反，不同侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相同。
具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，所述永磁体转子（1）共有两组，且在竖直方向上的自由度被限制，定子上下两侧面的磁块（3）统一位于压电陶瓷片右（或左）侧，且同一侧面两个磁块（3）之间粘贴有两片压电陶瓷片（2），且同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的中心线间距为一个驻波波长的二分之一，其中，每片压电陶瓷片（2）应小于等于一个驻波波长的四分之一；磁块（3）左（或右）边线与相邻左侧（或右侧）压电陶瓷片（2）中心线间距为一个驻波波长的八分之一，其中每个磁块（3）应小于等于一个驻波波长的八分之一；两侧面的相邻两个磁块（3）的左（或右）边线的间距为一个驻波波长的二分之一。
具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，通过对所有压电陶瓷片（2）施加单相脉动直流电压，金属体为公共接地极，利用压电陶瓷的d31工作模式实现定子的弯振驻波激励。
具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，对压电陶瓷片（2）所施加的单向脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电；在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。
具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，定子的驻波波形使得上下两面的磁块（3）产生同向的水平磁斥力分量。
具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，通过改变对压电陶瓷片（2）施加的脉动直流电压方向，可实现永磁体转子（1）的反向旋转。
具体实施方式七:本具体实施方式与具体实施方式一所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机的区别在于，环形金属基体（4）和永磁体转子（1）的轴线重合。

Claims (7)

1.可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，包括永磁体转子（1）、压电陶瓷片（2）、磁块（3）和环形金属体（4）；其特征在于磁块（3）按一定位置沿周向分布在环形金属体上下两面，压电陶瓷片（2）均沿厚度方向极化，并沿周向阵列粘贴在环形金属体上下两面，在环形金属体同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相反，不同侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的极化方向相同。
2.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于永磁体转子（1）共有两组，且在竖直方向上的自由度被限制，定子上下两侧面的磁块（3）统一位于压电陶瓷片右（或左）侧，且同一侧面两个磁块（3）之间粘贴有两片压电陶瓷片（2），且同一侧面的相邻两片压电陶瓷片（2）的中心线间距为一个驻波波长的二分之一，其中，每片压电陶瓷片（2）应小于等于一个驻波波长的四分之一；磁块（3）左（或右）边线与相邻左侧（或右侧）压电陶瓷片（2）中心线间距为一个驻波波长的八分之一，其中每个磁块（3）应小于等于一个驻波波长的八分之一；两侧面的相邻两个磁块（3）的左（或右）边线的间距为一个驻波波长的二分之一。
3.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于通过对所有压电陶瓷片（2）施加单相脉动直流电压，金属体为公共接地极，利用压电陶瓷的d31工作模式实现定子的弯振驻波激励。
4.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于对压电陶瓷片（2）所施加的单向脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电；在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。
5.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于定子的驻波波形使得上下两面的磁块（3）产生同向的水平磁斥力分量。
6.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于通过改变对压电陶瓷片（2）施加的脉动直流电压方向，可实现永磁体转子（1）的反向旋转。
7.根据权利要求1所述的可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机，其特征在于环形金属基体（4）和永磁体转子（1）的轴线重合。
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