CN101710802B - 小型柱体行波型超声波电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型柱体行波型超声波电机，定子有与轴连接的定子上匹配块和定子下匹配块，定子上、下匹配块之间夹持上、下压电陶瓷片，上、下压电陶瓷片均分割为四个分区，每个分区相互绝缘并都沿着陶瓷的厚度方向极化，并且相邻分区反向极化，上、下压电陶瓷片按极性相反叠在一起，在上、下压电陶瓷片之间平均分布4个电极，激励电压通过电极片施加到压电陶瓷上；在定子上匹配块上端设有弹性转子，弹性转子和轴通过轴承连接，轴承上端设有固定螺母作为挡帽，固定螺母与轴承内圈间设有垫片。本发明可有效解决两相模态兼并问题，结构更为简单、易于加工、稳定性较好、固定方便、有助于电机的进一步微型化设计。
Description
技术领域：
本发明涉及一种小型柱体行波型超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。
背景技术：
超声波电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微型电机，其中柱体行波型超声电机属于行波型超声波电机的一种。柱体行波型超声波电机的研究起步较晚，它采用兰杰文振子结构，电机定子利用金属匹配块锁紧压电陶瓷，电机装配不需要粘结，装配工艺简单，成本较低，便于自动化生产。柱体行波型超声波电机采用兰杰文振子结构，机械效率高。利用定子的摇头运动并通过摩擦来驱动转子，所以该电机定子直径越小，摇头振动的幅值越大，小型化更能显示出这种电机的优越性。因此柱体行波型超声波电机在精密光学仪器、高精度跟踪伺服控制装置、照相机调焦等方面有广泛的应用。
柱体行波型超声波电机的定子结构、定子支撑方式、定转子的固定方式在很大程度上影响电机共振模态、预压紧力的分布、动力传输效率、电机运行性能，并直接影响到电机的微型化。现有的两相柱体行波型超声波电机定子多采用不对称陶瓷位置，这在对称几何结构的定子中很难激励出端面的对称振动，两相压电陶瓷激振中心不一致对电机性能产生较大影响。
现有柱体电机转子采用弹性支撑结构以提高电机运行性能，转子与输出轴固定并由轴输出转矩，定转子固定一般通过弹簧和压紧螺母来实现。由于柱体超声波电机整体结构长度较长，因此转轴输出力矩式转子组件需采用一对或两对轴承支撑。而在定子的固定上，需采用螺纹配合机构实现上下匹配块和压电陶瓷的固定，并需采用固定底座将整个电机固定在待安装位置上。以上这种方式结构复杂，连接件加工困难，影响到电机的微型化。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构合理，能有效解决两相模态兼并问题，稳定性较好、固定方便、有利于微型化设计的小型柱体行波型超声波电机。
本发明的技术解决方案是：
一种小型柱体行波型超声波电机，包括定子，其特征是：定子有与轴连接的定子上匹配块和定子下匹配块，定子上、下匹配块之间夹持上、下压电陶瓷片，上、下压电陶瓷片均分割为四个分区，每个分区相互绝缘并都沿着陶瓷的厚度方向极化，并且相邻分区反向极化，上、下压电陶瓷片按极性相反叠在一起，在上、下压电陶瓷片之间平均分布4个电极，即为4个极化区，激励电压通过电极片施加到压电陶瓷上；在定子上匹配块上端设有弹性转子，弹性转子和轴通过轴承连接，轴承上端设有固定螺母作为挡帽，固定螺母与轴承内圈间设有垫片，通过固定螺母及垫片施加预压力，使定子与转子面面接触。
定子上匹配块加工有放大弯曲振幅的开槽。
所述的4个电极均等分布在上压电陶瓷片、下压电陶瓷片之间，包括第一电极片、第二电极片、第三电极片和第四电极片；第一电极片和第三电极片为一对电极，第二电极片和第四电极片为一对电极，每对电极片对应的压电陶瓷区域相互同相极化，两对电极分别加上相位差为90度的正弦电信号和余弦电信号。
转子上设有方便与齿轮连接的开槽。
本发明结构合理，电机的定子压电陶瓷极化和激励方式保证两相压电陶瓷激振中心一致、谐振频率相同，可有效解决两相模态兼并问题。电机采用固定主轴对定子组件进行轴向及径向固定和支撑，转子与主轴间采用轴承连接，转子开槽以方便与齿轮连接，电机通过齿轮输出力矩。可通过与固定轴进行螺纹配合连接实现整个电机的固定。本发明提出的小型柱体行波型超声波电机具备柱体超声波电机的全部优点，而且它可有效解决两相模态兼并问题，结构更为简单、易于加工、稳定性较好、固定方便、有助于电机的进一步微型化设计。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明一个实施例的结构示图。
图2是压电陶瓷片的装配图。
具体实施方式：
一种小型柱体行波型超声波电机，包括定子，定子有与轴2连接的定子上匹配块6和定子下匹配块1，定子上、下匹配块之间夹持上、下压电陶瓷片5、3，上、下压电陶瓷片均分割为四个分区，每个分区相互绝缘并都沿着陶瓷的厚度方向极化，并且相邻分区反向极化，上、下压电陶瓷片按极性相反叠在一起，在上、下压电陶瓷片之间均等分布4个电极4(即第一电极片41、第二电极片42、第三电极片43和第四电极片44)，即为4个极化区，激励电压通过电极片施加到压电陶瓷上；在定子上匹配块上端设有弹性转子7，弹性转子7和轴2通过轴承8连接，轴承上端设有固定螺母10作为挡帽，固定螺母与轴承内圈间设有垫片9，通过固定螺母及垫片施加预压力，使定子与转子面面接触。定子上匹配块加工有放大弯曲振幅的开槽。转子上设有方便与齿轮连接的开槽。
第一电极片和第三电极片为一对电极，第二电极片和第四电极片为一对电极，每对电极片对应的压电陶瓷区域相互同相极化，两对电极分别加上相位差为90度的正弦电信号和余弦电信号。
上、下压电陶瓷片的厚度均为0.5mm，定子直径为8mm，电机总长为14mm。
Claims (4)
1.一种小型柱体行波型超声波电机，包括定子，其特征是：定子有与轴连接的定子上匹配块和定子下匹配块，定子上、下匹配块之间夹持上、下压电陶瓷片，上、下压电陶瓷片均分割为四个分区，每个分区相互绝缘并都沿着陶瓷的厚度方向极化，并且相邻分区反向极化，上、下压电陶瓷片按极性相反叠在一起，在上、下压电陶瓷片之间平均分布4个电极，即为4个极化区，激励电压通过电极片施加到压电陶瓷上；在定子上匹配块上端设有弹性转子，弹性转子和轴通过轴承连接，轴承上端设有固定螺母作为挡帽，固定螺母与轴承内圈间设有垫片，通过固定螺母及垫片施加预压力，使定子与转子面面接触；上、下压电陶瓷片的厚度均为0.5mm，定子直径为8mm，电机总长为14mm。
2.根据权利要求1所述的小型柱体行波型超声波电机，其特征是：定子上匹配块加工有放大弯曲振幅的开槽。
3.根据权利要求1或2所述的小型柱体行波型超声波电机，其特征是：所述的4个电极均等分布在上压电陶瓷片、下压电陶瓷片之间，包括第一电极片、第二电极片、第三电极片和第四电极片；第一电极片和第三电极片为一对电极，第二电极片和第四电极片为一对电极，每对电极片对应的压电陶瓷区域相互同相极化，两对电极分别加上相位差为90度的正弦电信号和余弦电信号。
4.根据权利要求1或2所述的小型柱体行波型超声波电机，其特征是：转子上设有方便与齿轮连接的开槽。
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