CN1479444A - 杆式行波型超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明的杆式行波型超声电机，是属微电机领域，具有行波型超声电机的优点外，还具有结构简单、成本低、效率高、不涉及陶瓷片的胶粘问题等优点。其构成是：电机定子组件由下配重块(4)和上配重块(9)将压电陶瓷片组(8)、电极片组(6)和接地片组(7)通过下配重块的螺杆旋紧而构成。电机转子组件由弹簧套(11)、弹簧(12)、销(14)、轴(1)和转子(13)等构成。电机定、转子预压力通过轴(1)压紧弹簧来获得和调节。当电机通入超声域内一定的交电压时，电机定子组件上配重块(9)与转子(13)接触的表面的质点做椭圆运动，由于定、转子之间存在预压力，定、转子间即产生摩擦力，正是这摩擦力推动转子沿定子表面转动。转子又带动转子组件转动，动力由轴(1)输出。

Description

杆式行波型超声电机

技术领域：

本发明的杆式行波型超声电机属微电机领域中的超声电机。

背景技术：

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微电机。其中杆式行波型超声电机属于行波型超声电机的一种。该种电机，除具有行波型超声电机所具有的结构紧凑、安静运行、具有较大的扭矩体积比、易于定位及调速控制等优点外，还具有结构简单、成本低、效率高、不涉及陶瓷片的胶粘问题的优点，易于实现超声电机小型化、微型化及产业化。如日本生产的这种杆式行波型超声电机基本上具有上述优点，但这种电机采用齿轮传输方式，结构较复杂，扭矩较小，应用范围受到一些限制。

发明内容：

本发明的目的在于研制一种结构更简单、体积小、扭矩大、效率高、响应速度快、分辩率高，应用范围更广的杆式行波型超声电机。

为实现上述目的，本杆式行波型超声电机，采用输出轴的传输方式。主要由定子组件，转子组件及输出轴所组成，其特点是定子组件的构成是将压电陶瓷片组、电极片组和接地片组安装在上配重块与下配重块之间，并通过装于上配重块上的滑动轴承和装于下配重块上的滚动轴承安装在输出轴上，与定子组件相接触的转子组件的转子采用带内凹槽柔性转子，置于转子内的弹簧通过弹簧套与转子相连，弹簧套通过销固定于输出轴上。

本发明与现有技术相比，具有更大的扭矩体积比，具有结构简单，紧凑，体积小，效率高，分辩率高等特点，应用范围更广，特别适合于小型、精密机械的驱动装置。

附图说明：

图1是杆式行波型超声电机结构示意图。

图1中的标号名称：1、输出轴，2、档圈，3、滚动轴承，4、下配重块，5、绝缘片，6、电极片组，7、接地片组，8、压电陶瓷片组，9、上配重块，10、滑动轴承，11、弹簧套，12、弹簧，13、转子，14、销。

图2是压电陶瓷片分区极化形式及布局示意图

图2中标号名称：15、接电片，16、接地片，17、A相sin(ωt)，18、B相cos(ωt)，19、反馈相。

图3是电机定子有限元模型及工作示意图。

具体实施方式：

本发明是基于利用压电陶瓷片激出兰杰文振子的一阶弯曲振动而研制成的新型超声电机。它主要由定子组件、转子组件以及输出轴组成。图1是本发明的具体结构示意图，由图可知，电机的定子由下配重块4和上配重块9将压电陶瓷片组8(共5片)、电极片组7(共3片)和2片接地片组6(共2片)，通过下配重块4上的螺杆压紧形成兰杰文振子。定子的下配重块4有一外圆环凸台，凸台上有六个螺纹孔，用以固定防护罩(结构图中未画出)和安装电机。下配重块4中有一个轴承孔，镶入的滚动轴承3对输出轴起径向支撑和轴向限位作用。螺纹孔的位置通过设计和计算，使它们接近一阶弯曲的节点A(如附图3)，以消除或减少它们对定子弯曲共振频率及其振型的影响。定子的上配重块9设计成带外圆环凹槽。该凹槽尺寸和位置经有限元优化计算确定，以获得最佳共振频率及其在定子上端面的振幅。上配重块9上端部设有喇叭口，目的是减小空间尺寸，加大振幅和减少电机本身重量。上配重块中也有一个轴承孔，镶入的滑动轴承10对转子起径向支撑和定位作用。

每片压电陶瓷片表面镀银，下面不分区，上面二分区，其中一分区进行正向极化(附图2中阴影部分)，另一分区进行反向极化。极化后的压电陶瓷片受电场作用，会产生变形。当极化方向与电场方向相同的分区，产生伸长变形，极化方向与电场方向相反的分区产生压缩变形，如附图2(b)所示。于是，一片压电陶瓷片在交变电场作用下，就可使定子产生横向弯曲振动。取4片压电陶瓷片，将其分成二组，分别称为A相和B相，如附图2(a)所示。当A相通以sinωt(其频率等于定子一阶弯曲共振频率)交变电压时，定子将产生左右弯曲共振，有如附图3的模态1；当B相通以和A相同频、同幅的cosωt交变电压时，定子产生前后弯曲共振，有如附图3模态2。如果将这两个电压同时分别加到A相和B相，那么，这两个相互垂直的弯曲振动的合成，定子就呈现一阶旋转弯曲模态，定子上端面形成B₀₁行波，从而，使定子上端面上任一质点产生椭圆运动。正是这个椭圆运动，加上定、转子间的预压力，使定、转子间产生摩擦力，推动转子沿定子表面行波方向相反的方向转动，如附图3、附图2a中反馈相是利用压电陶瓷片的正压电效应，产生交变电压，用以作为反馈电压对电机进行自动频率跟踪，从而使电机转速稳定。

本发明的转子采用带内凹槽柔性转子，如附图1中件13所示。经过优化设计的转子尺寸，保证了定、转子良好的接触，大大减少了定、转子间的相对滑动，从而减少了能量损失，提高了电机的效率。为了保证位置精度和扭矩的传递，电机中弹簧套11与转子13采用过盈配合。弹簧套11与输出轴1之间靠销14连接，销14中弹簧套11的滑槽内可以上下滑动，这样可以通过调节销在滑槽的位置，对弹簧进行压缩，从而调节定、转子之间的预压力。

Claims (3)

1、一种杆式行波型超声电机，由定子组件，转子组件及输出轴所构成，其特征在于所述定子组件的组成是将压电陶瓷片组(8)，电极片组(6)和接地片组(7)置于上配重块(9)与下配重块(4)之间，并通过装于上配重块(9)上的滑动轴承(10)和装于下配重块(4)上的滚动轴承(3)安装在输出轴(1)上；所述转子组件的转子(13)采用带内凹槽柔性转子，置于转子(13)内的弹簧(12)通过弹簧套(11)与转子(13)相连，弹簧套(11)通过销(14)固定在输出轴(1)。

2、根据权利要求1所述的杆式行波型超声电机，其特征在于，下配重块(4)有一具有螺纹孔的外圆环形凸台，下配重块下端部内有一轴承孔。

3、根据权利要求1或2所述的杆式行波型超声电机，其特征在于，上配重块(9)有一外圆环凹槽，凹槽下端的上配重块内有一轴承孔，上配重块上端部呈喇叭口。

Images