CN1909355B - 一种旋转式超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种旋转式超声电机，包括振子和转子，所述振子由压电陶瓷以及金属弹性体粘接组成，所述转子为环状且套于振子外面，振子与转子的预紧力通过可调节的预紧机构调节，所述振子的金属弹性体与转子的接触区呈圆台形，相应地，所述转子的内环面至少有一区域呈与金属弹性体的接触区吻合的圆台形。本发明通过振子的圆台面与转子内环的圆台面接触，将薄圆台式金属弹性体沿圆周方向的行波振动转化为转子的转动，易于实现、轴向体积小，可以获得较大的转矩和断电自锁力；另一方面沿轴向施加的预紧力通过圆台面接触实现圆盘径向预紧力的施加、结构简单、工作可靠。

Description

一种旋转式超声电机

技术领域

本发明涉及超声电机技术领域，特别是涉及一种旋转式超声电机。

技术背景

超声电机是一种新型的电机，它利用压电材料的逆压电效应，使定子表面质点产生一定轨迹的微米量级的振动，进而通过摩擦耦合将振动动能转换成转子的转动动能。超声电机与电磁电机相比存在一些明显的优点，如低速大转矩、不需减速机构可直接驱动、无齿轮间隙，定位精度高、大力矩密度时效率高、且具有自保持力矩，惯性小、响应快、运行无噪音、不产生磁干扰且抗磁干扰能力强、结构简单、加工容易、易小型化等。

目前已有的旋转型超声电机中，主要采用面外的弯曲振动模态复合成端面行波，并驱动转子转动，普遍存在驱动力矩小，轴向体积大、定转子的内外径接触区磨损差别大等问题；另外，即使采用了面内振动模态，为了能够施加面内的径向预紧力，振子或转子的圆盘或圆环做成两个半圆盘或半圆环，中间通过弹簧联接成圆盘或圆环以施加面内的径向预紧力，目前也很难实现大转矩、且工作可靠性低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出力矩大、轴向体积小、工作可靠的面内模态周向行波旋转式超声电机。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

一种旋转式超声电机，包括振子和转子，所述振子由压电陶瓷以及金属弹性体粘接组成，所述转子为环状且套于振子外面，振子与转子之间设置有可调节预紧力的预紧机构，所述振子的金属弹性体是薄圆台，其与转子的接触区呈圆台形，相应地，所述转子的内环面至少设有一段区域呈与金属弹性体的接触区吻合的圆台形。

本发明加以交流电后，振子的金属弹性体的圆台面的微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过预紧机构的轴向预紧力，使得振子、转子圆台形接触区将沿轴向的预紧力转化为沿径向的预紧力，进而使转子在径向预紧力作用下，依靠摩擦将振子的沿圆周面的行波传递给转子并产生旋转运动。

振子可采用如上所述的圆台形，也可采用异型结构，所述异型结构的上端为圆台形，下端为圆柱形，且圆柱形的截面与圆台形的下底面相同，不论是采用圆台形还是异形结构，其与转子的接触端均为圆台形。

为了提高驱动力矩，本发明的超声电机可包括对称的两套振子，相应地，所述转子两个侧面的内环面均设置有与金属弹性体的接触区吻合的圆台形。

通常，本发明的两套振子采用完全相同的结构，则所述转子的两个内环面呈同轴、上底面相邻、完全相同的两个圆台形。

上述技术方案中，所述压电陶瓷采用圆盘结构，其上端面分区沿轴向极化，其下端面不分区并通过环氧树脂与薄圆台金属弹性体的底面粘接在一起.通过上端面分区极化，下端面不分区，在实际使用过程中，以下端面作为施加直流电压的地端，上端面的分区皆可作为直流电压的正极.

本发明的预紧机构包括螺栓、螺母、和碟型弹簧。

本发明提出的旋转式超声电机由上述振子、转子及预紧机构等部件组成，圆环型转子的内环的两个圆台面吻合地套置于两个振子的圆台区，再通过调整预紧机构来调整振子与转子之间的预紧力。

振子是超声电机的核心部件。为了实现本发明的最佳效果，本发明提出由两个相同振子组成的复合振子可采用一种薄圆台金属弹性体与圆盘压电陶瓷的复合体，在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出复合振子同频、同型、相位差为90度面内振动的驻波，二个面内驻波合成形成圆盘面内的周向行波，亦即在复合振子圆台面的微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过调整螺栓和螺母、碟型弹簧调整振子、转子的轴向预紧力，振子、转子圆台形接触区则将沿轴向的预紧力转化为沿圆盘径向的预紧力，进而使转子在预紧力作用下，依靠摩擦将振子的沿圆周面的行波传递给转子并产生所需的旋转运动。

本发明的压电陶瓷圆盘可按偶数分区，实现正、反向连续运动，正反向运动切换灵活，性能一致。

至此，本发明实质为面内模态周向行波旋转式超声电机。

本发明的工作原理简单、轴向体积小、易于实现，由于转子通过双复合振子的圆台面分别与转子内环的圆台面接触，将薄圆台金属弹性体沿圆周方向的行波振动转化为转子的转动，双振子同步驱动，可以获得较大的驱动力矩和断电自锁力，另一方面沿轴向施加的预紧力通过圆台面接触实现圆盘径向预紧力的施加，电机结构简单、工作可靠。

附图说明

图1为本发明的振子结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为发明的结构示意图；

图4为图3的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的结构示意图如附图3、附图4所示，包括上圆盘型压电陶瓷片3、下圆盘型压电陶瓷片7、上薄圆台金属弹性体4、下薄圆台金属弹性体6、圆环型转子5、紧固螺母1、碟型弹簧2、紧固螺栓8，所述圆盘型压电陶瓷片3、7分别与薄圆台形金属弹性体4、6通过环氧树脂粘贴形成薄圆台体的上下两个复合振子，圆环型转子5的内环面呈同轴、上底面相邻、完全相同的两个圆台形，与薄圆台形金属弹性体4、6的圆台面配合，振子与转子的预紧力通过碟型弹簧2，调整螺栓8和调整螺母1调节。

所述振子的结构示意图如附图1、附图2所示，金属弹性体4、6为薄圆台，压电陶瓷圆盘分区沿轴向极化，压电陶瓷圆盘与薄圆台金属弹性体底面用环氧树脂粘接。

在压电陶瓷圆盘的极化分区分别接上相位差为90度的交变电流，同时激励出复合振子同频、同型、相位差为90度的面内振动的驻波，二个面内驻波合成形成圆盘面内的周向行波，亦即在复合振子的圆台形表面的微观质点处形成沿圆周的椭圆运动轨迹，通过紧固螺栓和螺母、碟型弹簧调整复合振子、转子的轴向预紧力，振子、转子圆台形接触面则将沿轴向的预紧力转化为沿圆盘径向的预紧力，进而使转子在预紧力作用下，依靠摩擦传动产生所需的旋转运动.

Claims (5)

1.一种旋转式超声电机，包括振子和转子，所述振子由压电陶瓷以及金属弹性体粘接组成，所述转子为环状且套于振子外面，振子与转子之间设置有可调节预紧力的预紧机构，其特征在于所述振子的金属弹性体是薄圆台，其与转子的接触区呈圆台形，相应地，所述转子的内环面至少设有一段区域呈与金属弹性体的接触区吻合的圆台形。

2.根据权利要求1所述的旋转式超声电机，其特征在于包括对称设置于转子两侧的两套振子，相应地，所述转子两个侧面的内环面均设置有与金属弹性体的接触区吻合的圆台形。

3.根据权利要求2所述的旋转式超声电机，其特征在于所述转子的内环面呈两个同轴且底面相邻的圆台形。

4.根据权利要求3所述的旋转式超声电机，其特征在于所述压电陶瓷采用圆盘结构，其上端面分区沿轴向极化，其下端面不分区并通过环氧树脂与薄圆台金属弹性体的底面粘接在一起。

5.根据权利要求4所述的旋转式超声电机，其特征在于所述预紧机构包括螺母、螺栓和碟型弹簧。

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