CN105305874A - 一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件组包括第一转子、第二转子和转动轴，所述第一转子、第二转子分别设置在定子组件两端，且第一转子、定子组件和第二转子均同轴套接在转动轴上，是一种转速平稳，且易装配，低成本的肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，这种电机定子基体上设置了两组肋板，分别粘贴基于d31效应的矩形压电陶瓷片，用来激发出定子基体所需的1阶纵向振动模态和2阶扭转振动模态，从而避免使用基于d15效应的扭振陶瓷片，使电机能正常工作的同时能够方便地安装在各种场合，从而为该电机的产业化打下良好的基础。

Description

一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机

技术领域

本发明涉及一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，属于超声电机领域。

背景技术

纵扭复合型超声电机的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已不下于几十种。纵扭复合型超声电机含有两个PZT振子—纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个相互垂直的振动，这两种振动可单独调节，互不耦合。纵扭复合型超声电机与其它类型的超声电机相比，因具有输出力矩特别大、可控性强、正反转特性一致、低速稳定性好、动态响应性能好等特点而成为近年来国内外研究的热点之一。按照纵、扭模态之间的相互关联性可以将纵扭复合型超声电机划分为两小类，即纵扭多模态型超声电机和纵扭模态转换型超声电机。近几十年以来人们对两种类型的研究，提出各种各样的纵扭复合型超声电机结构。1994年，Ueha以夹心式压电定子结构取代具有层叠压电定子的结构研制出了一台直径为80mm的纵扭多模态型超声电机；从1992年开始，日本山形大学的Tomikawa对纵扭型超声电机进行了大量的研究。根据电机的结构特点，他把自己研制的电机分为多模态定子型和单一模态定子型两类；2000年左右，Tsujino对斜槽式模态转换型超声电机进行了研究，该电机仅需要一组压电振子激励，但是只能实现单向旋转。

目前，现有的纵扭复合电机存在以下缺点：

1、定子基体的扭转振动有两种激励方式，一是由基于d15效应的扭振压电陶瓷产生，但这种扭振压电陶瓷工艺复杂，加工困难，成本高；二是由基于d33效应的纵振压电陶瓷激励的纵向振动转化而得到，该方式需要设计相应的模态转化器，结构复杂，且只能实现单向旋转。

2、纵扭复合型超声电机结构复杂、装配工序较多，且容易产生装配误差，造成纵向振动和扭转振动频率不一致。

发明内容

本发明提供一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，是一种转速平稳，且易装配，低成本的肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，这种电机定子基体上设置了两组肋板，分别粘贴基于d31效应的矩形压电陶瓷片，用来激发出定子基体所需的1阶纵向振动模态和2阶扭转振动模态，从而避免使用基于d15效应的扭振陶瓷片，使电机能正常工作的同时能够方便地安装在各种场合，从而为该电机的产业化打下良好的基础。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件组包括第一转子、第二转子和转动轴，所述第一转子、第二转子分别设置在定子组件两端，且第一转子、定子组件和第二转子均同轴套接在转动轴上，

所述定子组件包括定子基体、肋板、扭振压电陶瓷片、纵振压电陶瓷片和径向轴承组，所述定子基体为呈圆柱状的金属体，所述金属体圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片分别交替固定在肋板上；所述径向轴承组包括第一径向轴承和第二径向轴承，所述定子基体两端与转动轴接触处分别设有轴承孔，所述轴承孔内置有第一径向轴承和第二径向轴承；

所述转子组件还包括弹簧、摩擦材料、压盖和锁紧螺母，所述弹簧套接在转动轴上，设置在定子基体两侧；所述第一转子与定子基体接触一侧表面、第二转子与定子基体接触一侧表面均固定有摩擦材料；所述第一定子的另一侧、第二定子的另一侧设置有压盖，所述压盖通过锁紧螺母锁紧；

作为本发明的进一步优选，所述金属体圆周外表面均匀分布有四个肋板，所述四个肋板分为纵振肋板组和扭振肋板组，且纵振肋板组和扭振肋板组交替设置，四个肋板之间呈两两90度设置；所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片分别交替固定在四个肋板上；

作为本发明的进一步优选，所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片均为矩形压电陶瓷片，且所述矩形压电陶瓷片的面积小于肋板的表面积；

作为本发明的进一步优选，所述定子基体两端面均匀布设有摩擦齿。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明用于激励定子基体的扭转振动的压电陶瓷成本低，加工工艺简单，且装配工序简单，电机定子结构更简单，可操作性强，不会造成对纵向振动和扭转振动频率不一致影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的立体图；

图2是本发明的优选实施例的剖视图；

图3是本发明提c出的贴片式双转子位移型纵扭复合超声电机的工作模态；①是分布在定子中的2阶扭振模态振型，②是分布在定子中的1阶纵振模态振型；

图4是本发明提出的贴片式双转子位移型纵扭复合超声电机的压电陶瓷的极化布置及电激励方式；图中③是压电陶瓷的极化方向，④是压电陶瓷，⑤是正弦信号。

图中：1.转动轴；2.弹簧；3.第一转子；4.定子基体；5.第一径向轴承；6.纵振压电陶瓷片；7.扭振压电陶瓷片；8.肋板；9.摩擦齿；10.锁紧螺母；11.压盖；12.摩擦材料，13.第二转子，14.第二径向轴承。

具体实施方式

现在结合附图对本发明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发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图2所示，本发明提供一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件组包括第一转子3、第二转子13和转动轴1，所述第一转子3、第二转子13分别设置在定子组件两端，且第一转子3、定子组件和第二转子13均同轴套接在转动轴1上，

所述定子组件包括定子基体4、肋板8、扭振压电陶瓷片7、纵振压电陶瓷片6和径向轴承组，所述定子基体4为呈圆柱状的金属体，所述金属体圆周外表面均匀分布有2n个肋板8，所述扭振压电陶瓷片7和纵振压电陶瓷片6分别交替固定在肋板8上；所述径向轴承组包括第一径向轴承5和第二径向轴承14，所述定子基体4两端与转动轴1接触处分别设有轴承孔，所述轴承孔内置有第一径向轴承5和第二径向轴承14；

所述转子组件还包括弹簧2、摩擦材料12、压盖11和锁紧螺母10，所述弹簧2套接在转动轴1上，设置在定子基体4两侧；所述第一转子3与定子基体4接触一侧表面、第二转子13与定子基体4接触一侧表面均固定有摩擦材料12；所述第一定子的另一侧、第二定子的另一侧设置有压盖11，所述压盖11通过锁紧螺母10锁紧；

作为本发明的进一步优选，所述金属体圆周外表面均匀分布有四个肋板8，所述四个肋板8分为纵振肋板组和扭振肋板组，且纵振肋板组和扭振肋板组交替设置，四个肋板8之间呈两两90度设置；所述扭振压电陶瓷片7和纵振压电陶瓷片6分别交替固定在四个肋板8上；

作为本发明的进一步优选，所述扭振压电陶瓷片7和纵振压电陶瓷片6均为矩形压电陶瓷片，且所述矩形压电陶瓷片的面积小于肋板8的表面积。

作为本发明的进一步优选，所述定子基体4两端面均匀布设有摩擦齿9；能够及时排除定、转子工作期间产生的摩擦碎屑，保持电机工作稳定。

图3-图4所示，本发明所述肋板激发式位移型纵扭复合超声电机的压电陶瓷极化布置及电激励方法为：纵振肋板组每个肋板8两侧分别粘贴极化方向相反的矩形压电陶瓷片，在压电陶瓷上施加相位为φ的正弦激励信号，激励出纵振肋板的1阶纵向振动模态，从而诱发出电机定子的1阶纵向振动模态；扭振肋板组每个肋板8两侧分别粘贴极化方向相同的矩形压电陶瓷片，在压电陶瓷上施加同频率且相位φ±90°的正弦激励信号，激励出扭振肋板的1阶弯曲振动模态，从而诱发出电机定子的2阶扭转振动模态。定子中时间和空间上相位差均为90°的1阶纵向振动模态和2阶扭转振动模态的合成能够使定子端面指点产生椭圆运动，用于驱动转子转动。

以上述依据本发明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发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明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 (4)

1.一种肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述转子组件组包括第一转子、第二转子和转动轴，所述第一转子、第二转子分别设置在定子组件两端，且第一转子、定子组件和第二转子均同轴套接在转动轴上，其特征在于：

所述定子组件包括定子基体、肋板、扭振压电陶瓷片、纵振压电陶瓷片和径向轴承组，所述定子基体为呈圆柱状的金属体，所述金属体圆周外表面均匀分布有2n个肋板，所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片分别交替固定在肋板上；所述径向轴承组包括第一径向轴承和第二径向轴承，所述定子基体两端与转动轴接触处分别设有轴承孔，所述轴承孔内置有第一径向轴承和第二径向轴承；

所述转子组件还包括弹簧、摩擦材料、压盖和锁紧螺母，所述弹簧套接在转动轴上，设置在定子基体两侧；所述第一转子与定子基体接触一侧表面、第二转子与定子基体接触一侧表面均固定有摩擦材料；所述第一定子的另一侧、第二定子的另一侧设置有压盖，所述压盖通过锁紧螺母锁紧。

2.根据权利要求1所述的肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述金属体圆周外表面均匀分布有四个肋板，所述四个肋板分为纵振肋板组和扭振肋板组，且纵振肋板组和扭振肋板组交替设置，四个肋板之间呈两两90度设置；所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片分别交替固定在四个肋板上。

3.根据权利要求2所述的肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述扭振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片均为矩形压电陶瓷片，且所述矩形压电陶瓷片的面积小于肋板的表面积。

4.根据权利要求3所述的肋板激发式位移型纵扭复合超声电机，其特征在于：所述定子基体两端面均匀布设有摩擦齿。