CN110022089B - 一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机 - Google Patents
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Abstract
基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，涉及压电驱动技术领域。它解决了现有压电驱动器由于材料磨损引起的寿命短、转速低等问题。本发明包括后端盖、压电陶瓷、前端盖、环形永磁体、环形结构转子和矩形磁块；在压电陶瓷上施加高频交流电压时，由后端盖、压电陶瓷和前端盖组成的定子弹性复合体会产生纵向振动，该纵向振动会不断地改变粘贴在定子上的环形永磁体与粘贴在环形结构转子上的矩形磁块之间的相对间距，环形永磁体与粘贴在楔形结构上的矩形磁块始终保持一定的角度，最终通过磁体之间的同极斥力的侧向分力实现驱动。本发明可以应用于非接触驱动领域。
Description
技术领域
本发明涉及到一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
目前的压电驱动技术主要是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，压电驱动器的定子通常是由压电陶瓷与金属弹性体组成的特定形状的复合弹性体，通过对压电陶瓷施加超声频率的交流电压实现定子弹性体中同频机械振动的激励，进而在定子驱动区域内质点形成具有驱动作用的运动轨迹；进一步通过定子和转子之间的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。它具有低速大转矩、无需变速机构、响应速度快等优点，作为一种压电驱动器有十分广泛的应用。
由于现有的压电驱动器采用摩擦耦合驱动，导致存在寿命短、转速低等问题，使得应用范围受到严重制约。
发明内容
为了解决现有压电驱动器由于定子和转子之间摩擦耦合造成的驱动器寿命短、转速低的问题，提供了一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机包括后端盖（1）、压电陶瓷（2）、前端盖（3）、环形永磁体（4）和矩形磁块（5）和环形结构转子（6）；后端盖（1）、压电陶瓷片（2）和前端盖（3）共同组成驱动器定子，环形永磁体（4）粘贴在前端盖（3）上表面，矩形磁块（5）粘贴在环形结构转子（6）的楔形端面上，且压电陶瓷沿厚度方向极化。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的驱动器转子为环形结构，包括矩形磁块（5）和环形结构转子（6）两部分，环形结构转子（6）的下端面呈锯齿状，矩形磁块依次粘贴在各锯齿的同侧楔形面上。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的压电陶瓷（2）夹持于后端盖（1）与前端盖（3）之间，且压电陶瓷（2）始终处于受压状态。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的矩形磁块（5）和环形结构转子（6）在竖直方向上的自由度被限制，定子弹性体在竖直方向所产生的位移周期性变化，使得环形永磁体（4）与矩形磁块（5）之间的相对间距亦周期性变化，进而持续产生有效的水平磁斥力分量，驱动驱动器转子沿逆时针（或顺时针）连续旋转。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的压电陶瓷（2）是由压电陶瓷片堆叠而成，通过对压电陶瓷（2）施加单相高频交流电压，借助于压电陶瓷片的d33工作模式实现定子弹性复合体纵振模态的激励。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的后端盖（1）和前端盖（3）的横截面积大于或者等于压电陶瓷（2）的横截面。
本发明的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的环形结构转子（6）的轴线与环形永磁体（4）的轴线重合。
本发明的基于压电陶瓷的杆式磁斥力驱动方法的驱动器定子和动子之间无摩擦，驱动器寿命久，转速高，加工装配简便，便于实现系列化和商品化。
本发明适用于非接触驱动领域。
附图说明
图1是本发明的三维结构图。
图2是本发明的压电陶瓷片极化方向示意图。
图3是本发明的纵振模态振型示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，包括后端盖（1）、压电陶瓷（2）、前端盖（3）、环形永磁体（4）和矩形磁块（5）和环形结构转子（6）；后端盖（1）、压电陶瓷片（2）和前端盖（3）共同组成驱动器定子，环形永磁体（4）粘贴在前端盖（3）上表面，矩形磁块（5）粘贴在环形结构转子（6）的楔形端面上，且压电陶瓷沿厚度方向极化。
具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述驱动器转子为环形结构，包括矩形磁块（5）和环形结构转子（6）两部分，环形结构转子（6）的下端面呈锯齿状，矩形磁块依次粘贴在各锯齿的同侧楔形面上。
具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述压电陶瓷（2）夹持于后端盖（1）与前端盖（3）之间，且压电陶瓷（2）始终处于受压状态。
具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述矩形磁块（5）和环形结构转子（6）在竖直方向上的自由度被限制，定子弹性体在竖直方向所产生的位移周期性变化，使得环形永磁体（4）与矩形磁块（5）之间的相对间距亦周期性变化，进而持续产生有效的水平磁斥力分量，驱动驱动器转子沿逆时针（或顺时针）连续旋转。
具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述压电陶瓷（2）是由压电陶瓷片堆叠而成，通过对压电陶瓷（2）施加单相高频交流电压，借助于压电陶瓷片的d33工作模式实现定子弹性复合体纵振模态的激励。
具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述后端盖（1）和前端盖（3）的横截面积大于或者等于压电陶瓷（2）的横截面。
具体实施方式七：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机的区别在于，所述后环形结构转子（6）的轴线与环形永磁体（4）的轴线重合。
Claims (5)
1.基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，其特征在于，包括后端盖(1)、压电陶瓷(2)、前端盖(3)、环形永磁体(4)和矩形磁块(5)和环形结构转子(6)；后端盖(1)、压电陶瓷片(2)和前端盖(3)共同组成驱动器定子，环形永磁体(4)粘贴在前端盖(3)上表面，矩形磁块(5)粘贴在环形结构转子(6)的楔形端面上，且压电陶瓷沿厚度方向极化；
驱动器转子为环形结构，包括矩形磁块(5)和环形结构转子(6)两部分，环形结构转子(6)的下端面呈锯齿状，矩形磁块依次粘贴在各锯齿的同侧楔形面上；
所述矩形磁块(5)和环形结构转子(6)在竖直方向上的自由度被限制，定子弹性体在竖直方向所产生的位移周期性变化，使得环形永磁体(4)与矩形磁块(5)之间的相对间距亦周期性变化，进而持续产生有效的水平磁斥力分量，驱动驱动器转子沿逆时针或顺时针连续旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，其特征在于，所述压电陶瓷(2)夹持于后端盖(1)与前端盖(3)之间，且压电陶瓷(2)始终处于受压状态。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，其特征在于，所述压电陶瓷(2)是由压电陶瓷片堆叠而成，通过对压电陶瓷(2)施加单相高频交流电压，借助于压电陶瓷片的d 33工作模式实现定子弹性复合体纵振模态的激励。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，其特征在于，所述后端盖(1)和前端盖(3)的横截面积大于或者等于压电陶瓷(2)的横截面。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机，其特征在于，所述环形结构转子(6)的轴线与环形永磁体(4)的轴线重合。
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