CN212572422U - 一种双转子旋转压电电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双转子旋转压电电机，属于压电作动器领域，所述电机通过控制柔性梁产生不同的变形方式来驱动转子进行旋转运动，实现了分别对电机两转子速度与输出力矩的独立控制。本发明通过在带有驱动足的柔性梁表面粘贴压电陶瓷来构成压电定子，分别对多片压电陶瓷施加不同相位与频率的交流电压，利用压电陶瓷的逆压电效应激发定子产生不同的变形，从而使柔性梁表面的驱动足端部产生椭圆运动轨迹来驱动共轴的两转子进行旋转运动，将四组定子均布安装于基座上，利用四组定子驱动方式的不同实现对两转子转速和输出力矩的独立控制。

Description

一种双转子旋转压电电机

技术领域

本发明属于压电作动器领域，尤其涉及一种双转子旋转压电电机。

背景技术

旋转型压电电机作为一种新型电机，在轿车电器、办公自动化设备、精密仪器仪表、计算机、工业控制系统、航空航天、智能机器人等领域都有着广泛的应用前景。根据压电电机的研究成果，目前国外已经成功应用于照相机的自动焦距装置、传送装置、自动升降装置、精密绘图仪、微机械驱动器等领域，与此同时，在某些领域，对于双转子输出的压电电机的需求也日益增加。目前的旋转型压电电机大多采用在刚性定子表面粘贴压电陶瓷来激发定子的固有振动模态，从而驱动转子进行转动，基于该方法设计的压电定子难以实现对双转子的驱动，或者即使实现了对双转子的驱动，但却无法实现对两转子转速与力矩的单独控制，从而大大影响了旋转型压电电机的应用范围，因此，对于能够实现双转子单独可控的旋转型压电电机的需求显得尤为迫切。

发明内容

本发明提供了一种双转子旋转压电电机，所述电机通过控制柔性梁产生不同的变形方式来驱动转子进行旋转运动，实现了分别对电机两转子速度与输出力矩的独立控制。

为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种双转子旋转压电电机，所述压电电机为柔性梁驱动的双转子旋转压电电机，包括：基座部、定子部和转动部；基座部为对称结构，各定子部呈中心对称分别安装于基座部侧边，两个转动部对称安装于基座部两面。

以上所述结构中，所述的基座部包括基座3，基座3为方形结构，基座3四侧边分别设置四个方形定子安装槽301，每个定子安装槽301内侧一端设置滑道302，每个滑道302的外端设置弹性塞安装面303，每个弹性塞安装面303上对称设置两个螺纹孔304，每个定子安装槽301内侧滑道302对面一端对称设置两个铰支端旋转轴安装孔305，基座3两面的中心位置分别设置凸台306。

所述定子部共四组且分别安装于基座3的四个定子安装槽301内，每组定子部包括两个旋转轴4、四片压电陶瓷片6、定子座8、滑块10、垫片11、弹性塞12，定子座8为一两端薄中部厚的对称柔性梁结构，定子座8中间位置两面分别设置驱动足802，定子座8上每个驱动足802两侧为压电陶瓷片安装面801，四片压电陶瓷片6分别安装于压电陶瓷片安装面801上；滑块10为一“凹”形方块结构，其凹面内设置有滑动端转轴安装孔1001，滑块10凹面向内安装于基座3的滑道302内；旋转轴4侧面设置有卡槽401，旋转轴4的中心设置安装轴402，定子座8的两端分别安装于两个旋转轴4的卡槽401内，一个安装轴402安装于基座3上的铰支端旋转轴安装孔305内，另一个安装轴安装于滑块10上的滑动端转轴安装孔1001内；弹性塞12为一“T”形结构，其端面上设置有安装孔1202，其凸面端部由弹性材料1201构成，弹性塞12上的安装孔1202与基座3上的螺纹孔304连接，弹性塞12与基座3之间安装有垫片11。

所述转动部共两组且对称安装于基座3的凸台306上，每组转动部包括转子1、轴承外压螺2、摩擦片5、轴承内压螺7、轴承9，转子1为一圆环形结构，包含有：摩擦材料粘贴面101、轴承外圈安装面102、外压螺安装面103，摩擦材料粘贴面101位于转子外环底部端面上，轴承外圈安装面102位于转子环形凸台内环面下端，外压螺安装面103位于转子环形凸台内环面上端，摩擦片5粘贴于转子1的摩擦材料粘贴面101上；轴承9内圈安装于凸台306上端的轴承内圈安装面308上，轴承9外圈安装于转子1上的轴承外圈安装面102上，轴承内压螺7安装于凸台306下端的内压螺安装面307上，轴承外压螺2安装于转子1的外压螺安装面103上，通过轴承内压螺7与轴承外压螺2将轴承9和转子1安装于基座3上。

本发明的有益效果：本发明提供了一种双转子旋转压电电机，在带有驱动足的柔性梁表面粘贴多片压电陶瓷，利用多片压电陶瓷激励方式的不同来诱导柔性梁发生不同方式的形变，从而激励对称的两转子产生旋转运动；压电材料本身具有响应快的特点，本发明将压电材料制成的柔性梁定子结构应用于双转子旋转电机中，可实现快速的响应，从而增强电机的可控性；通过四组定子部对两组转动部进行控制，通过改变压电陶瓷的激励顺序实现两转子正、反方向转速的单独可控；利用粘贴有压电陶瓷的柔性梁作为主要驱动机构，柔性梁本身具有质量轻且结构简单的特点，利用其制成的压电电机具有重量小、厚度薄等优势；除此之外，本发明的电机还具有对磁场不敏感，也不产生磁场；速度和位置控制性能好，精度高；控制带宽高；功率消耗相对较小；外形尺寸可按用户要求任意设计；振动、噪声小，工作稳定的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的基座示意图；

图3是本发明的基座主视图；

图4是本发明的定子部示意图；

图5是本发明的转子示意图；

图6 是本发明的柔性梁变形示意图；

图7 是本发明的驱动原理示意图；

图中，1为转子，2为轴承外压螺，3为基座，4为旋转轴，5为摩擦片，6为压电陶瓷片，7为轴承内压螺，8为定子座，9为轴承，10为滑块，11为垫片，12为弹性塞，101为摩擦材料粘贴面，102为轴承外圈安装面，103为外压螺安装面，301为定子安装槽，302为滑道，303为弹性塞安装面，304为螺纹孔，305为铰支端旋转轴安装孔，306凸台，307为内压螺安装面，308为轴承内圈安装面，401为卡槽，402为安装轴，601为压电陶瓷片a，602为压电陶瓷片b，603为压电陶瓷片c，604为压电陶瓷片d， 801为压电陶瓷片安装面，802为驱动足，1001为滑动端转轴安装孔，1201为弹性材料，1202为安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种双转子旋转压电电机，所述压电电机为柔性梁驱动的双转子旋转压电电机，具体包括：基座部、定子部和转动部；如图2和图3所示，所述的基座部包括基座3，基座3为一方形结构，包括四个定子安装槽301、四个滑道302、四个弹性塞安装面303、八个螺纹孔304、八个铰支端旋转轴安装孔305、两个凸台306、两个内压螺安装面307、两个轴承内圈安装面308，四个定子安装槽301为方形槽结构且均匀分布于基座3上，四个滑道302均匀分布于基座上且位于定子安装槽301内侧，四个弹性塞安装面303均匀分布于基座上且分别位于四个滑道302的端部，八个螺纹孔304两两一组分别布置于弹性塞安装面303上，八个旋转轴安装孔305两两一组分别布置于四个定子安装槽301内侧，两个凸台306对称布置于基座上，两个内压螺安装面307对称分布且分别位于连个凸台端部，两个轴承安装面308对称分布且分别位于连个凸台中部。

如图4所示，所述定子部共四组且分别安装于基座3的四个定子安装槽301内，每组定子部包括两个旋转轴4、四片压电陶瓷片6、定子座8、滑块10、垫片11、弹性塞12，定子座8为一两端薄中部厚的对称柔性梁结构，包括四个压电陶瓷片安装面801和2个驱动足802，四片压电陶瓷片6分别粘贴于定子座8的四个压电陶瓷片安装面801上；滑块10为一“凹”形方块结构，其凹面内设置有滑动端转轴安装孔1001，滑块10凹面向内安装于基座3的滑道302内；旋转轴4上设置有卡槽401和安装轴402定子座8的两端分别安装于两个旋转轴4的卡槽401内，一个旋转轴4上的安装轴402安装于基座3上的铰支端转轴安装孔305内，另一个旋转轴安装于滑块10上的滑动端转轴安装孔1001内；弹性塞12为一“T”形结构，其凸面端部由弹性材料1201构成，其端面上设置有安装孔1202，利用螺钉将弹性塞12上的安装孔1202与基座3上的螺纹孔304连接，弹性塞12与基座3之间安装有垫片11。

如图5所示，所述的转动部共两组且对称安装于基座3的凸台306上，每组转动部包括转子1、轴承外压螺2、摩擦片5、轴承内压螺7、轴承9，转子1为一圆环形结构且包含有：摩擦材料粘贴面101、轴承外圈安装面102、外压螺安装面103，摩擦片5粘贴于转子1的摩擦材料粘贴面101上；轴承内圈安装于基座3上的轴承内圈安装面308上，外圈安装于转子1上的轴承外圈安装面102上，轴承内压螺7安装于基座3上的内压螺安装面307上，轴承外压螺2安装于转子1的外压螺安装面103上，通过轴承内压螺7与轴承外压螺2将轴承9和转子1安装于基座3上。

以一组定子部为例，结合图6与7进行驱动方式的说明。每个柔性梁表面粘贴有四片压电陶瓷，每片陶瓷的极化方向均相同，初始状态下压电陶瓷在柔性梁中的安装方式如图6a所示，分别给压电陶瓷施加不同的电压，使柔性梁发生不同的变形。在一个驱动周期内，第一阶段使陶瓷片601伸长，602缩短，603与604不产生变形，摩擦材料粘贴面101位于转子外环底部端面上，轴承外圈安装面102位于转子环形凸台内环面下端，外压螺安装面103位于转子环形凸台内环面上端，此时柔性梁的变形如图6b所示；第二阶段给603与604通电，使603伸长，604缩短，柔性梁变形方式如图6c所示；第三阶段取消施加在陶瓷片601与602上的电压，柔性梁变形方式如图6d所示；第四阶段取消施加在陶瓷片603与604上的电压，柔性梁回到初始状态，如图6a所示；在一个驱动周期内，柔性梁上驱动足802端部的运动轨迹为椭圆形，利用该椭圆轨迹对粘贴在转子1表面的摩擦材料5产生摩擦驱动力，从而推动转子1进行旋转。当采用与上述完全相反的方式激励压电陶瓷时，将使柔性梁下部的驱动足802驱动下端的转子1实现旋转运动；通过改变激励电压的频率与幅值来控制柔性梁变形的速度与输出力，从而实现对两转子1转速与力矩的单独控制；通过在柔性梁滑动端安装滑块10与弹性塞12来为柔性梁提供一定的预压力如图4，从而使柔性梁变形时能够输出足够的力与位移，进一步增加电机的机电耦合效率。

以上仅是本发明的优选实施例，将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的若干变形和改进都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种双转子旋转压电电机，其特征在于，所述压电电机为柔性梁驱动的双转子旋转压电电机，包括：基座部、定子部和转动部；基座部为对称结构，各组定子部呈中心对称分别安装于基座部侧边，两个转动部对称安装于基座部两面。

2.根据权利要求1所述的双转子旋转压电电机，其特征在于，所述的基座部包括基座(3)，基座(3)为方形结构，基座(3)四侧边分别设置四个方形定子安装槽(301)，每个定子安装槽(301)内侧一端设置滑道(302)，每个滑道(302)的外端设置弹性塞安装面(303)，每个弹性塞安装面(303)上对称设置两个螺纹孔(304)，每个定子安装槽(301)内侧滑道(302)对面一端对称设置两个铰支端旋转轴安装孔(305)，基座(3)两面的中心位置分别设置凸台(306)。

3.根据权利要求1或2所述的双转子旋转压电电机，其特征在于，所述定子部共四组且分别安装于基座(3)的四个定子安装槽(301)内。

4.根据权利要求3所述的双转子旋转压电电机，其特征在于，每组所述定子部包括两个旋转轴(4)、四片压电陶瓷片(6)、定子座(8)、滑块(10)、垫片(11)、弹性塞(12)，定子座(8)为一两端薄中部厚的对称柔性梁结构，定子座(8)中间位置两面分别设置驱动足(802)，定子座(8)上每个驱动足(802)两侧为压电陶瓷片安装面(801)，四片压电陶瓷片(6)分别安装于压电陶瓷片安装面(801)上；滑块(10)为一“凹”形方块结构，其凹面内设置有滑动端转轴安装孔(1001)，滑块(10)凹面向内安装于基座(3)的滑道(302)内；旋转轴(4)侧面设置有卡槽(401)，旋转轴(4)的中心设置安装轴(402)，定子座(8)的两端分别安装于两个旋转轴(4)的卡槽(401)内，一个安装轴(402)安装于基座(3)上的铰支端旋转轴安装孔(305)内，另一个安装轴安装于滑块(10)上的滑动端转轴安装孔(1001)内；弹性塞(12)为一“T”形结构，其端面上设置有安装孔(1202)，其凸面端部由弹性材料(1201)构成，弹性塞(12)上的安装孔(1202)与基座(3)上的螺纹孔(304)连接，弹性塞(12)与基座(3)之间安装有垫片(11)。

5.根据权利要求1或2所述的双转子旋转压电电机，其特征在于，所述转动部共两组且对称安装于基座(3)的凸台(306)上。

6.根据权利要求5所述的双转子旋转压电电机，其特征在于，每组所述转动部包括转子(1)、轴承外压螺(2)、摩擦片(5)、轴承内压螺(7)、轴承(9)，转子(1)为一圆环形结构，包含有：摩擦材料粘贴面(101)、轴承外圈安装面(102)、外压螺安装面(103)，摩擦材料粘贴面(101)位于转子外环底部端面上，轴承外圈安装面(102)位于转子环形凸台内环面下端，外压螺安装面(103)位于转子环形凸台内环面上端，摩擦片(5)粘贴于转子(1)的摩擦材料粘贴面(101)上；轴承(9)内圈安装于凸台(306)上端的轴承内圈安装面(308)上，轴承(9)外圈安装于转子(1)上的轴承外圈安装面(102)上，轴承内压螺(7)安装于凸台(306)下端的内压螺安装面(307)上，轴承外压螺(2)安装于转子(1)的外压螺安装面(103)上，通过轴承内压螺(7)与轴承外压螺(2)将轴承(9)和转子(1)安装于基座(3)上。

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