雙環型壓電超聲電機制造技術

本發明專利技術涉及一種雙環型壓電超聲電機，其結構是在圓筒形的定子支座中裝有定子，在所述定子支座的兩側端口上分別扣接有軸承支座，在兩個所述軸承支座的芯孔中分別裝有軸承，轉子的兩端支撐連接在兩個所述軸承上；所述定子是在同心的外圓環與內圓環之間連接有沿圓周均布的三條徑向輻板，所述轉子穿接在所述定子的內圓環中，在所述定子內圓環的內圓面上設有撥動轉子用的矩形齒；在所述定子的兩個端面上分別粘貼有圓環形的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片貼附在所述定子的外圓環上。本發明專利技術利用定子外圓環的徑向伸縮變形，可使電機定子的面內振動模態容易激發，壓電陶瓷片的極化不需分區，采用整體極化的方式即可工作，使制作成本降低，電機效率提高。

【技術實現步驟摘要】
雙環型壓電超聲電機
[0001 ] 本專利技術涉及一種壓電超聲電機，具體地說是一種雙環型壓電超聲電機。
技術介紹
壓電超聲電機是一種不同于傳統電磁電機的新型電機。該種電機利用壓電陶瓷的逆壓電效應，通過高頻電壓激發定子的超聲振動，利用定子的振動位移，驅動與之接觸的轉子中的。壓電超聲電機具有不受磁干擾、結構形式多樣化等優點，在醫學檢測儀器、微小型機器人等領域有很好的應用前景。目前已有的壓電超聲電機分為行波型和駐波型兩類。行波型電機通過兩相電壓分別激發兩個同階的彎曲模態，這兩個同階彎曲模態合成行波以推動轉子轉動。駐波型電機通常是利用兩種不同振動模態下定子的位移驅動轉子。ZLOl 127037.3號專利公開一種“薄型行波超聲電機”，該電機依靠粘接在環形定子上的壓電陶瓷片激發定子的兩個面內振動模態，兩個面內振動模態疊加成行波，推動轉子轉動。該電機雖然具有薄型化的優點，但電機定子的面內振動模態不易激發，導致壓電陶瓷片的極化分區十分復雜。
技術實現思路
本專利技術的目的就是提供一種雙環型壓電超聲電機，以解決現有壓電超聲電機存在的定子面內振動模態不易激發和壓電陶瓷片極化分區復雜的問題。本專利技術是這樣實現的:一種雙環型壓電超聲電機，在圓筒形的定子支座中裝有定子，在所述定子支座的兩側端口上分別扣接有軸承支座，在兩個所述軸承支座的芯孔中分別裝有軸承，轉子的兩端支撐連接在兩個所述軸承上；所述定子是在同心的外圓環與內圓環之間連接有沿圓周均布的三條徑向輻板，所述轉子穿接在所述定子的內圓環中，在所述定子內圓環的內圓面上設有撥動轉子用的矩形齒；在所述定子的兩個端面上分別粘貼有圓環形的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片貼附在所述定子的外圓環上。所述定子與所述定子支座通過螺紋連接，所述螺紋為細牙螺紋，以保證定子的位置精確。所述壓電陶瓷片采用不分區整體極化的方式工作。在每個所述輻板對面、正對所述輻板的一個矩形齒位于所對所述輻板中心對稱線的一側。本專利技術電機定子采用同心的雙圓環形式，內、外圓環之間通過120°等角度分布的三條徑向輻板相連接，電機的轉子與定子內環的內圓周面相接觸。壓電陶瓷片粘接在定子的外圓環的表面，通過壓電陶瓷片在定子外圓環表面的激勵，實現定子內環的復合變形，利用特定模態下定子內環的復合變形，推動電機轉子的轉動。相比于已有的壓電超聲電機，本專利技術利用特殊模態下定子外圓環產生單一徑向伸縮變形，而定子內圓環產生扭轉、彎曲、徑向伸縮復合變形的特點，利用粘接于定子外圓環的壓電陶瓷片，激發出外圓環的徑向伸縮變形，通過輻板的動力傳遞，激發定子內圓環的復合變形。這樣只要使定子外圓環產生徑向伸縮變形，即可實現轉子的旋轉運動，使電機可以單向驅動。因為只利用定子外圓環的徑向伸縮變形，由此使得本專利技術電機定子的面內振動模態容易激發，壓電陶瓷片的極化不需分區，采用整體極化的方式即可工作，這樣就可使壓電陶瓷片的制作工藝簡單，成本降低，并且也使電機效率得以提高。本專利技術適用于微小型機電裝置的驅動與控制。【附圖說明】圖1是本專利技術的結構示意圖。圖2是定子的結構示意圖。圖3是圖2所示定子的A-A向剖視圖。圖4、圖5是定子振動模態的振型圖。圖中:1、定子，2、轉子，3、軸承支座，4、壓電陶瓷片，5、軸承，6、端蓋，7、外圓環，8、內圓環，9、輻板，10、矩形齒，11、定子支座。【具體實施方式】如圖1所示，在圓筒形的定子支座11中裝有定子1，定子I的外圓面與定子支座11的內圓面通過螺紋連接，該螺紋為細牙螺紋，以保證定子的安裝和位置的精確。在定子支座11的兩側端口上分別封接固定有圓蓋式的軸承支座3，可封閉端口并防止定子I的左右移動。在兩個軸承支座3的芯孔中分別裝有軸承5，轉子2為階梯軸，穿過定子I的內圈，轉子2兩端支撐連接在兩個軸承5上。轉子2的右端伸出，以輸出動力。在兩個軸承5的外端分別封接有端蓋6。在定子I的兩個端面上分別粘貼有圓環形的壓電陶瓷片4，壓電陶瓷片4不分極化區，而是采用整體極化的方式工作。如圖1一圖3所示，定子I是在外圓環7與內圓環8之間連接有沿圓周均布的三條徑向輻板9，外圓環7與內圓環8同心設置，三條輻板9間的夾角為120°。壓電陶瓷片4是貼附在定子I的外圓環7的兩側端面上的。轉子2穿接在定子I的內圓環中，在定子內圓環7的內圓面上設有一圈均布的矩形齒(圖2中簡略繪制)，用以撥動轉子2。矩形齒在定子內圓環7上的排布方式是:在每個輻板9對面、正對該輻板的一個矩形齒10正好位于所對的輻板的中心對稱線的左側。其作用就可以形成一種對轉子2的偏心扭力矩，從而可以更好地驅動轉子旋轉。本實施例中，定子I采用厚度為6 mm的同心雙圓環形金屬板，夕卜圓環7的內、外徑分別為Φ45 mm及Φ35 mm ;內圓環8的內、外徑分別為Φ24 mm及Φ30 mm，在內圓環8的內圈均勻設置齒高為l.0mm的矩形齒10 (可通過在內圓面間隔開槽的方式形成矩形齒)。連接內、外圓環的三條徑向幅板9的寬度均為4 mm。此電機定子I通過外圓周面上的細牙螺紋與定子支座11連接。兩片壓電陶瓷片4通過強力膠分別與定子外圓環7的左右端面粘接在一起，壓電陶瓷片4的內、外徑分別為Φ35 mm及Φ44 mm，厚為0.5 mm。壓電陶瓷片4采用不分區整體極化的方式工作。為防止定子松動，可在定子外圓環7的右端面與右側的軸承支座3之間安裝蝶型彈簧。轉子2為一階梯軸形零件，穿接于定子I的內圓環8中。轉子2與定子內圓面配合部分的公稱直徑亦為Φ24 mm，動力輸出端的直徑為Φ 12 mm，軸上設置鍵槽，可向外輸出轉矩。電機旋轉工作時，給壓電陶瓷片4輸入頻率等于電機旋轉頻率的正弦交變電壓，則壓電陶瓷片4激發定子外圓環7產生徑向伸縮，三條徑向輻板9產生彎曲變形，而定子I的內圓環8則產生面內的彎曲變形。利用有限元分析軟件計算得到如圖4和圖5所示的定子振動模態的振型圖。利用上述變形時定子內圓面上的矩形齒10的切向擺動與法向擺動，即可推動轉子2旋轉。本專利技術的具體工作機理如下: 定子I的振動周期為T，當時間t = O時，定子內圓面上的所有矩形齒10均處于各自的平衡位置。在O〈 t〈 T/4的時段，由于徑向位移，靠近三個波峰處的矩形齒10與轉子2接觸(三個矩形齒的位置見圖2)，與此同時，上述三個矩形齒產生逆時針方向的切向位移，所以可以推動轉子2順時針轉動。當t = T/4時，所有矩形齒10至各自的最大位移處。在T/4 < t < T/2的時間段內，上述三個矩形齒與轉子脫離接觸，同時沿切向順時針擺轉，所以不能推動轉子。當t = T/2時，所有矩形齒10回到各自的平衡位置。在T/2〈 t〈 3T/4的時段內，上述三個矩形齒的徑向位移使其脫離與轉子的接觸，因此不能推動轉子。當t = 3T/4時，所有矩形齒10至各自的反向最大位移處。在T/2〈 t〈 3T/4的時段內，上述三個矩形齒的徑向位移指向圓心，但未與轉子接觸，不能推動轉子。當t = T時，所有矩形齒10回到各自的平衡位置。因此在一個周期內，上述三個矩形齒有四分之一周期推動轉子，使電機持續工作。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種雙環型壓電超聲電機，其特征是，在圓筒形的定子支座中裝有定子，在所述定子支座的兩側端口上分別扣接有軸承支座，在兩個所述軸承支座的芯孔中分別裝有軸承，轉子的兩端支撐連接在兩個所述軸承上；所述定子是在同心的外圓環與內圓環之間連接有沿圓周均布的三條徑向輻板，所述轉子穿接在所述定子的內圓環中，在所述定子內圓環的內圓面上設有撥動轉子用的矩形齒；在所述定子的兩個端面上分別粘貼有圓環形的壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片貼附在所述定子的外圓環上。

【技術特征摘要】
1.一種雙環型壓電超聲電機，其特征是，在圓筒形的定子支座中裝有定子，在所述定子支座的兩側端口上分別扣接有軸承支座，在兩個所述軸承支座的芯孔中分別裝有軸承，轉子的兩端支撐連接在兩個所述軸承上；所述定子是在同心的外圓環與內圓環之間連接有沿圓周均布的三條徑向輻板，所述轉子穿接在所述定子的內圓環中，在所述定子內圓環的內圓面上設有撥動轉子用的矩形齒；在所述定子的兩個端面上分別粘貼有圓環形的壓電...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭輝，郝紫陽，張軍偉，
申請(專利權)人：河北大學，
類型：發明
國別省市：