CN205212729U - 一种肋板应力型纵扭复合超声电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种肋板应力型纵扭复合超声电机，包括定子组件、转子组件和转动轴，定子组件包括定子，转子组件包括第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子分别设置在定子两端，且第一转子、第二转子和定子均套接在转动轴上；定子为呈圆柱状的金属体，金属体的两端面分别设置有第一组纵振压电陶瓷片和第二组纵振压电陶瓷片，第一组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第一摩擦片，第二组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第二摩擦片；金属体的圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述肋板的侧面均粘贴有弯振压电陶瓷片；本实用新型用于激励定子部分中的1阶扭转振动的压电陶瓷成本低，电机输出力矩大、可操作性强。

Description

一种肋板应力型纵扭复合超声电机

技术领域

本实用新型涉及一种肋板应力型纵扭复合超声电机，属于超声电机技术领域。

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动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩、响应快（毫秒级）、断电自锁、位置和速度控制性好、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机中的一种。纵扭复合型超声电机通常由纵振子和扭转振子组成。这两个振子分别激发出两个相互垂直的振动，两种振动可单独调节，互不耦合，所以叠加后的质点椭圆轨迹易控制。因此，这种电机的特点是输出力矩大、可控性强、正反转特性一致、低速稳定性好、动态响应性能好等。但是，一般的纵扭复合型超声电机的扭转振动模态需要采用基于d ₁₅效应的圆形扭振压电陶瓷片来激励，但是这种陶瓷片成本很高、工艺复杂、成品率低。1998年，Ueha研制出一种双转子结构的应力型纵扭复合型超声电机，该电机基于d ₁₅效应的圆形扭振压电陶瓷片来激励电机的扭转振动模态，此外，该电机将纵振压电陶瓷片分别放置于定子和转子端面上，大大增加了电机的装配工艺难度和电机的使用难度。现有的应力型纵扭电机存在如下缺点：其中的扭转振动模态需要采用基于d ₁₅效应圆形扭振陶瓷片来激励，特别是需要采用基于d ₁₅效应的圆形扭振陶瓷片来激振出电机定子的1阶扭转振动模态，而扭振陶瓷片加工工艺复杂，成本高，从而影响电机批量低成本生产。

实用新型内容

本实用新型提供一种肋板应力型纵扭复合超声电机，本实用新型采用生产工艺更简单的基于d ₃₁效应的压电陶瓷片来激励电机定子上的肋板产生弯曲振动模态，从而诱发定子产生扭转振动模态，形成电机工作所需要的1阶扭转振动模态。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种肋板应力型纵扭复合超声电机，包括定子组件、转子组件和转动轴，所述定子组件包括定子，所述转子组件包括第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子分别设置在定子两端，且第一转子、第二转子和定子均套接在转动轴上；所述定子为呈圆柱状的金属体，所述金属体的两端面分别设置有第一组纵振压电陶瓷片和第二组纵振压电陶瓷片，所述第一组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第一摩擦片，第二组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第二摩擦片；所述金属体的圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述肋板的侧面均粘贴有弯振压电陶瓷片，所述第一转子与定子接触一侧、第二转子与定子接触一侧均设有摩擦材料；所述第一转子另一侧、第二转子另一侧分别设有预压力装置，所述预压力装置通过锁紧螺母锁紧。

作为本实用新型的进一步优选，所述预压力装置包括辅助压件和硅橡胶，所述第一转子、第二转子另一侧分别依次设置有硅橡胶和辅助压件，且硅橡胶和辅助压件均套接在转动轴上；

作为本实用新型的进一步优选，所述第一摩擦片、第二摩擦片的表面均匀布设有齿形凸块，所述摩擦片的内外径尺寸与纵振压电陶瓷片的内外径尺寸相同；

作为本实用新型的进一步优选，所述转动轴穿过定子时，通过两个径向轴承进行支承；

作为本实用新型的进一步优选，所述金属体的圆周外表面均匀设有四个肋板，且两两呈90度均匀分布；所述四个肋板上均粘贴有弯振压电陶瓷片。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型采用生产工艺更简单的基于d ₃₁效应的压电陶瓷片来激励电机定子上的肋板产生弯曲振动模态，从而诱发定子产生扭转振动模态，形成电机工作所需要的1阶扭转振动模态，用于激励定子部分中的1阶扭转振动的压电陶瓷成本低，电机输出力矩大、可操作性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的优选实施例的结构剖视图；

图2是本实用新型的的优选实施例的俯视图；

图3中，3a是本实用新型的弯振压陶瓷片的极化分区，3b图中①为A区的极化方向，②为B区的极化方向；

图4是本实用新型提出的肋板应力型纵扭复合超声电机的工作模态，③是分布在定子部分中的1阶扭转振动模态振型，④是分布在电机整体中的2阶纵振模态振型，其中，2阶纵振模态节平面位于定、转子接触面上；

图5是本实用新型提出的肋板应力型纵扭复合超声电机的第一种压电陶瓷极化布置方式及电激励方式。图中第一组纵振压电陶瓷极化布置方式⑤和第二组纵振压电陶瓷极化布置方式⑧相同，弯振压电陶瓷极化方向布置（⑥、⑦），则需要三个正弦信号来激励，它们之间的相位差分别如图中所示为φ、φ+90°和φ+180°；

图6是本实用新型提出的肋板应力型纵扭复合超声电机的第二种压电陶瓷极化布置方式及电激励方式。图中第一组纵振压电陶瓷极化布置方式⑤和第二组纵振压电陶瓷极化布置方式⑧相反，弯振压电陶瓷极化方向布置（⑥、⑦）不变，只需要两个正弦信号来激励，它们之间的相位差为90°，分别为φ、φ+90°如图所示。

图中：1为定子，2为径向轴承，3为第一转子，4为第一组纵振压电陶瓷片，5为第二组纵振压电陶瓷片，6为第一摩擦片，7为摩擦材料，8为第二转子，9为硅橡胶，10为辅助压件，11为锁紧螺母，12为转动轴，13为弯振压电陶瓷片，14为第二摩擦片。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-图3所示，本实用新型提供一种肋板应力型纵扭复合超声电机，包括定子组件、转子组件和转动轴12，所述定子组件包括定子1，所述转子组件包括第一转子3和第二转子8，所述第一转子3和第二转子8分别设置在定子1两端，且第一转子3、第二转子8和定子1均套接在转动轴12上，并通过过渡配合和切口固定；所述定子1为呈圆柱状的金属体，所述金属体的两端面分别设置有第一组纵振压电陶瓷片4和第二组纵振压电陶瓷片5，所述第一组纵振压电陶瓷片4的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第一摩擦片6，第二组纵振压电陶瓷片5的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第二摩擦片14；所述金属体的圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述肋板的侧面均粘贴有弯振压电陶瓷片13，所述第一转子3与定子1接触一侧、第二转子8与定子1接触一侧均设有摩擦材料7；所述第一转子3另一侧、第二转子8另一侧分别设有预压力装置，所述预压力装置通过锁紧螺母11锁紧。

作为本实用新型的进一步优选，所述预压力装置包括辅助压件10和硅橡胶9，所述第一转子3、第二转子8另一侧分别依次设置有硅橡胶9和辅助压件10，且硅橡胶9和辅助压件10均套接在转动轴12上；

作为本实用新型的进一步优选，所述第一摩擦片6、第二摩擦片14的表面均匀布设有齿形凸块，所述摩擦片的内外径尺寸与纵振压电陶瓷片的内外径尺寸相同；

作为本实用新型的进一步优选，所述转动轴12穿过定子1时，通过两个径向轴承2进行支承；

作为本实用新型的进一步优选，所述金属体的圆周外表面均匀设有四个肋板，且两两呈90度均匀分布；所述四个肋板上均粘贴有弯振压电陶瓷片13。

图4所示，本实用新型所述肋板应力型纵扭复合超声电机的定子1部分的肋板上的压电陶瓷为两分区弯振压电陶瓷片13，当该弯振压电陶瓷片13上施加简谐电压激励时，肋板产生弯曲振动模态，并诱发电机定子1的1阶扭转振动模态，定子1部分两个端面做相反方向的扭转振动；2阶纵向振动模态由纵振压电陶瓷片激发，分布于电机整体中，纵振模态的节平面位于定转子接触面附近。

本实用新型所述肋板应力型纵扭复合超声电机的压电陶瓷极化布置方式，第一组纵振压电陶瓷片4、第二组纵振压电陶瓷片5极化布置方式则既可以相同也可以相反，每一片弯振陶瓷片需分两个区极化且极化方向相反，而且贴在定子1上的四片弯振陶瓷片的的极化方向关于定子1几何中心轴对称。

图5-图6所示，本实用新型所述肋板应力型纵扭复合超声电机的激励方法为：当第一组纵振压电陶瓷片4、第二组纵振压电陶瓷片5极化布置方式相反时，用两个相位差为90°的正弦信号同时激励弯振压电陶瓷片13和第一组纵振压电陶瓷片4、第二组纵振压电陶瓷片5；当第一组纵振压电陶瓷片4、第二组纵振压电陶瓷片5极化布置方式相同时，利用三个正弦信号来激励，其中第一组纵振压电陶瓷片4和第二组纵振压电陶瓷片5加相位差为180°的正弦信号，相位分别记为φ和φ+180°（0°≤φ<360°），而施加在弯振压电陶瓷片13上的则为相位相同的正弦信号，且相位为φ±90°；弯振压电陶瓷片13激发同频相位差为90°的定子1肋板上的1阶弯曲振动模态，从而诱发出定子1的1阶扭转振动模态，第一、第二组纵振压电陶瓷激发电机整体的2阶纵向振动模态，从而驱动转子转动。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种肋板应力型纵扭复合超声电机，包括定子组件、转子组件和转动轴，所述定子组件包括定子，所述转子组件包括第一转子和第二转子，所述第一转子和第二转子分别设置在定子两端，且第一转子、第二转子和定子均套接在转动轴上；其特征在于：所述定子为呈圆柱状的金属体，所述金属体的两端面分别设置有第一组纵振压电陶瓷片和第二组纵振压电陶瓷片，所述第一组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第一摩擦片，第二组纵振压电陶瓷片的一侧与金属体相连接，另一侧粘贴有第二摩擦片；所述金属体的圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述肋板的侧面均粘贴有弯振压电陶瓷片，所述第一转子与定子接触一侧、第二转子与定子接触一侧均设有摩擦材料；所述第一转子另一侧、第二转子另一侧分别设有预压力装置，所述预压力装置通过锁紧螺母锁紧。

2.根据权利要求1所述的肋板应力型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述预压力装置包括辅助压件和硅橡胶，所述第一转子、第二转子另一侧分别依次设置有硅橡胶和辅助压件，且硅橡胶和辅助压件均套接在转动轴上。

3.根据权利要求2所述的肋板应力型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述第一摩擦片、第二摩擦片的表面均匀布设有齿形凸块，所述摩擦片的内外径尺寸与纵振压电陶瓷片的内外径尺寸相同。

4.根据权利要求3所述的肋板应力型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述转动轴穿过定子时，通过两个径向轴承进行支承。

5.根据权利要求4所述的肋板应力型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述金属体的圆周外表面均匀设有四个肋板，且两两呈90度均匀分布；所述四个肋板上均粘贴有弯振压电陶瓷片。