CN202513846U - 一种薄板式旋转超声电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公布了一种薄板式旋转超声电机,属超声电机领域。所述电机由转子、基座、轴承、橡胶弹簧、定子构成。转子和基座通过轴承定位,橡胶弹簧压在定子和基座间,固定定子,同时提供定、转子间的预压力。定子采用一个环形金属薄片和一个环形压电陶瓷片的复合结构,压电陶瓷环单向极化,具有均匀分区的扇形镀银电极。与传统行波型超声电机相比较,具有结构简单,加工成本低,易于微、小型化,可应用于精密机械设备及光学仪器设备中。
Description
技术领域:
本实用新型涉及一种薄板式旋转超声电机。
背景技术:
超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应,激发弹性体在超声频段产生微幅振动,并通过定、转子之间的摩擦将其转换成转子(动子)的回转(直线)运动的新型电机。其中,行波型旋转超声电机基本原理是通过激发圆环或圆板上弯曲振动(或面外振动)行波,形成定子表面的椭圆运动。轨迹椭圆的切向轴的长度除了与法向轴的长度成正比之外,同时还与定子的厚度成正比,椭圆的切向轴越长、电机转速越高,反之亦然。然而,定子弯曲振动幅值也与厚度有关:定子越厚,振幅越小。因此,通过增加定子厚度来提高电机转速的方法是不可行的。目前,行波型旋转超声电机采用定子端面开设齿槽的结构形式,在一定程度上能缓和两方面的矛盾。但同时带来了一个新问题:齿槽增加了定子的复杂性,不利于设计与加工;也不利于微、小型化,应用范围受限。
实用新型内容:
本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷提出一种结构简单、易于微、小型化、大扭矩、效率高、响应速度快、应用范围更广的薄板式旋转超声电机。
薄板式旋转超声电机,由轴承、基座、转子和定子构成,转子、定子和基座共轴承设置,其特征在于:还包括橡胶弹簧,所述定子由环形金属薄片和环形压电陶瓷片共轴承复合构成,环形金属薄片的顶部连接转子,环形金属薄片的底部连接环形压电陶瓷片的顶部,环形压电陶瓷片的底部与基座相对设置,所述环形压电陶瓷片的底部均布单向极化的分区扇形镀银电极;橡胶弹簧穿过环形压电陶瓷片压在环形金属薄片和基座之间,所述橡胶弹簧隔离环形压电陶瓷片和轴承、固定定子,同时提供定、转子间的预压力。
本实用新型的有益效果:该型超声电机除具有超声电机的一般特点外,结构更加紧凑,易于微、小型化;可实现正、反转运动,由两路正弦信号激励,驱动电路简单;定子的压电陶瓷环采用均匀电极分区。
附图说明:
图1是薄板式双行波型旋转超声电机定、转子结构示意图。
图2是薄板式双行波型旋转超声电机定子结构示意图。
图3是薄板式双行波型旋转超声电机的工作模态示意图。其中图(a)为定子面外振动模态B12;图(b)为定子面内振动模态θ12。
图4是薄板式双行波型旋转超声电机工作模态的激励。其中图(c)为给端口(13)施加交变激励电压E sin(ω1t)时,定子产生振动,形成驻波wA(θ,t)=W sin(2θ)sin(ω1t);图(d)为给端口(14)施加交变激励电压E cos(ω1t)时,定子产生振动,形成驻波wB(θ,t)=W cos(2θ)cos(ω1t)。驻波wA(θ,t)=W sin(2θ)sin(ω1t)和wB(θ,t)=W cos(2θ)cos(ω1t)的叠加形成面外行波。图(e)为给端口(13)施加交变激励电压E sin(ω2t)时,定子产生振动,形成驻波δA(θ,t)=U cos(2θ)sin(ω2t);图(f)为给端口(14)施加交变激励电压E cos(ω2t)时,定子产生振动,形成驻波δB(t)=-U sin(2θ)cos(ω2t)。驻波δA(θ,t)=U cos(2θ)sin(ω2t)和δB(t)=-U sin(2θ)cos(ω2t)的叠加形成面内行波。
注:图中均以陶瓷环4n=8均匀扇形电极分区为例说明。
图1、图2中标号及符号名称:1橡胶弹簧,2环形压电陶瓷片,3弹簧挡圈,4轴承,5基座,6环形金属薄片,7转子,8扇形镀银电极。
图4中标号名称:13、14定子环行波驱动信号输入端。
具体实施方式:
下面以扇形镀银电极8的分区数为8为例说明薄板式双行波型旋转超声电机工作原理及具体实施方式。
如图1、图2所示,本实用新型的薄板式双行波型旋转超声电机,主要由定子组件、转子及支架组件构成。定子组件采用一个环形金属薄片6和一个环形压电陶瓷片2的复合结构。压电陶瓷环单向极化,具有八个均匀分区的扇形镀银电极8;转子7和基座5通过轴承4定位;橡胶弹簧1压在定子和基座5间,固定定子,同时提供定、转子间的预压力。本实用新型的薄板式双行波型旋转超声电机,它由转子、基座、轴承、橡胶弹簧、定子构成。转子和基座通过轴承定位,橡胶弹簧压在定子和基座间,固定定子,同时提供定、转子间的预压力。定子采用一个环形金属薄片和一个环形压电陶瓷片的复合结构,压电陶瓷环单向极化,具有均匀分区的扇形镀银电极。
如图3所示,是薄板式双行波型旋转超声电机的工作模态示意图。其中图(a)为定子面外振动模态B12;图(b)为定子面内振动模态θ12。
本实用新型控制方法如下:环形压电陶瓷片2经扇形镀银电极8输入驱动电信号产生超声振动,激发定子上的环形金属薄片6产生一个面外驻波9和一个面内驻波11;环形压电陶瓷片2经扇形镀银电极8输入驱动电信号产生超声振动,激发定子上的环形金属薄片6产生一个面外驻波10和一个面内驻波12;两个面外驻波合成一个面外行波,两个面内驻波合成一个面内行波,两个行波的叠加使定子表面质点的运动轨迹为椭圆;定子行波波峰处经与转子7接触点附近的摩擦力共同作用于转子7,实现转子7转动。具体方法如图4所示:
图(c)所示为给端口13施加交变激励电压E sin(ω1t)时,定子产生振动,形成驻波wA(θ,t)=W sin(2θ)sin(ω1t),ω1为B12模态的固有频率。图(d)为给端口14施加交变激励电压E cos(ω1t)时,定子产生振动,形成驻波wB(θ,t)=W cos(2θ)cos(ω1t)。同时给端口13和14施加上述激励,可得两个驻波合成的行波:w(θ,t)=W sin(2θ+ω1t)。
图(e)所示为给端口13施加交变激励电压E sin(ω2t)时,定子产生振动,形成驻波δA(θ,t)=U cos(2θ)sin(ω2t),ω2为θ12模态的固有频率。图(f)为给端口14施加交变激励电压E cos(ω2t)时,定子产生振动,形成驻波δB(t)=-U sin(2θ)cos(ω2t)。同时给端口(13)和14施加上述激励,可得两个驻波合成的行波:δ2(θ,t)=U cos(2θ+ω2t)。
当两个模态B12和θ12具有相同的固有频率(ω1=ω2=ω)时,对端口(13)和(14)分别施加激励电压E sin(ωt)和Ecos(ωt),可以同时激发定子上的两个行波,一个面外行波和一个面内行波。表面质点沿周向的振动为:
δ(θ,t)=δ1(θ,t)+δ2(θ,t)=(U-2hW)cos(2θ+ωt)
表面上任意质点P的运动可以表示为:
这是一个椭圆方程。描述了两个行波叠加后,定子表面质点的运动轨迹。
Claims (1)
1.一种薄板式旋转超声电机,由轴承(4)、基座(5)、转子(7)和定子构成,转子(7)、定子和基座(5)共轴承(4)设置,其特征在于:还包括橡胶弹簧(1),所述定子由环形金属薄片(6)和环形压电陶瓷片(2)共轴承(4)复合构成,环形金属薄片(6)的顶部连接转子(7),环形金属薄片(6)的底部连接环形压电陶瓷片(2)的顶部,环形压电陶瓷片(2)的底部与基座(5)相对设置,所述环形压电陶瓷片(2)的底部均布单向极化的分区扇形镀银电极(8);橡胶弹簧(1)穿过环形压电陶瓷片(2)压在环形金属薄片(6)和基座(5)之间,所述橡胶弹簧(1)隔离环形压电陶瓷片(2)和轴承(4)、固定定子,同时提供定、转子间的预压力。
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Cited By (2)
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CN103812381A (zh) * | 2014-01-29 | 2014-05-21 | 哈尔滨工业大学 | 基于压电超声振子驱动的两自由度运动平台 |
CN111306400A (zh) * | 2019-12-28 | 2020-06-19 | 邦瓷电子科技(盐城)有限责任公司 | 一种压电式管道爬行机器人 |
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