專利名稱：通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)屬于壓電超聲波電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
本發(fā)明的特征在于，它含有定子，包括表面帶有連續(xù)梳狀驅(qū)動齒的金屬環(huán)和連接于該金屬環(huán)底部的環(huán)形壓電陶瓷片；轉(zhuǎn)子，包括底面與上述定子驅(qū)動齒配合的金屬環(huán)片，碟形彈簧和位于該金屬環(huán)片上端面且受壓于該碟形彈簧的橡膠墊片；基座，包括對輸出軸空間定位的標(biāo)準(zhǔn)球軸承和用內(nèi)孔對上述定子進(jìn)行空間定位的基座；輸出軸，包括中空的中心軸，該中心軸靠近轉(zhuǎn)子一端的軸鍵，靠近中心軸下端有螺紋處的環(huán)形墊圈和預(yù)緊螺母；上述環(huán)形壓電陶瓷片反面沿厚度方向極化，每半個波長反向一次，該壓電陶瓷的極化區(qū)間分成二組，二組之間空間相差1/4波長或3/4波長，該壓電陶瓷的反面為統(tǒng)一接地電極，其正面上，在壓電陶瓷片的兩組極化區(qū)間分別接相位差為90度的兩路交流信號。在所述中心軸的上端靠近轉(zhuǎn)子處有固定穿過電機(jī)中空部分的被執(zhí)行件的螺孔。在所述中心軸的上端靠近碟形彈簧處有壓緊碟形彈簧用的法蘭盤。
使用證明它達(dá)到了預(yù)期目的。
圖2已有環(huán)形壓電超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖二。
圖3本發(fā)明實施例的中空環(huán)形壓電超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4本發(fā)明實施例的中空環(huán)形壓電超聲波電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5本發(fā)明實施例的環(huán)形壓電陶瓷片的極化分布示意圖；a，正面；b，反面。
圖6本發(fā)明實施例的中空環(huán)形壓電超聲波電機(jī)定子的實際振動測試結(jié)果。
圖7本發(fā)明實施例的中空環(huán)形壓電超聲波電機(jī)的照片。
具體實施例方式
請見圖3～圖5。
圖3是本實施例的總體結(jié)構(gòu)。它由轉(zhuǎn)子部分30、定子部分31、基座部分32、軸部分33組成。其中，定子部分31是由帶有梳狀驅(qū)動齒310的金屬環(huán)313和環(huán)形壓電陶瓷片314構(gòu)成，環(huán)形壓電陶瓷片314通過環(huán)氧樹脂膠粘接在金屬環(huán)313的底部；基座部分32有一個帶有固定螺孔3210的基座321，它的內(nèi)壁有一標(biāo)準(zhǔn)球軸承320用于對中心軸33定位；轉(zhuǎn)子30由碟形彈簧300、橡膠片301和金屬環(huán)片302組成，橡膠片301和金屬環(huán)片302用環(huán)氧樹脂膠粘接，在碟形彈簧300的作用下，金屬環(huán)片302緊密地與定子驅(qū)動齒310配合，使轉(zhuǎn)子部分30和定子部分31緊密接觸；軸33包括靠近轉(zhuǎn)子30一側(cè)的軸鍵331、靠近中空的中心軸330下端的螺紋3301處的環(huán)形墊圈332和預(yù)緊螺母333，中心軸330的靠近轉(zhuǎn)子30一側(cè)還分布有4個螺釘孔3300和一個法蘭盤3302，螺釘孔3300的作用是固定穿過電機(jī)中空部分的被執(zhí)行件。法蘭盤3302的作用是壓緊碟形彈簧300。電機(jī)的輸出力矩通過轉(zhuǎn)子30中的金屬環(huán)片302、橡膠環(huán)片301、碟形彈簧300傳給中心軸330，再通過螺釘孔3300中的螺釘傳給被執(zhí)行件。
圖4是其定子結(jié)構(gòu)。定子31主要由環(huán)形壓電陶瓷片314和中間減薄的金屬環(huán)313組成，兩者用環(huán)氧樹脂膠連接。在定子31的內(nèi)圈有一個凸臺312，它坐在基座321的內(nèi)孔中，起到對壓電電機(jī)的定子31定位的作用。定子31的外緣有梳狀齒結(jié)構(gòu)310，其作用是放大定子31的振幅。在金屬環(huán)片313的減薄處有光孔311，其中，有一個光孔需要用螺釘固定驅(qū)動電源的地線，有一個光孔通過圓柱定位銷與基座321之間實現(xiàn)圓周固定。
壓電陶瓷環(huán)片314正面和反面的分區(qū)如圖5所示。正面有兩個時間相位差90度的電信號SIN和COS的輸入端，還有反映振動狀態(tài)的電信號反饋端。壓電陶瓷片314反面的正負(fù)符號代表了相應(yīng)陶瓷區(qū)的極化方向，壓電陶瓷環(huán)片314沿厚度方向極化，每半個波長反向一次。壓電陶瓷片314的極化區(qū)間分成兩組，兩組之間空間相差1/4波長或3/4波長。壓電陶瓷片314的反面與金屬環(huán)313相粘接。
本實施例的定子的振動測試結(jié)果示意圖見圖6。該圖像是激光多普勒的測試結(jié)果，一深一潛兩者顏色分別代表沿定子厚度方向的正反振動。這一圖像是其中一路SIN或COS在壓電電機(jī)的定子31上形成的一列駐波，當(dāng)同樣的另一列空間位置相差1/4波長的駐波也在定子上形成，就會形成可以實現(xiàn)驅(qū)動的行波。相應(yīng)的中空環(huán)形壓電超聲波電機(jī)的照片如圖7所示。
本實施例的中空結(jié)構(gòu)環(huán)形壓電超聲波電機(jī)其主要性能參數(shù)如下外形為圓餅狀，定子直徑62mm，電機(jī)主體厚度20mm，電機(jī)內(nèi)部中空直徑20mm，軸長55mm，直徑25mm，工作頻率在33kHz(8個波長)和40kHz(9個波長)兩種情況下均可以正反雙向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)運動方式步進(jìn)和連續(xù)轉(zhuǎn)動均可，轉(zhuǎn)速小于120r/min，最大力矩大于5kgfcm。
權(quán)利要求
1.通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子、定子、基座和輸出軸，其特征在于它含有定子，包括表面帶有連續(xù)梳狀驅(qū)動齒的金屬環(huán)和連接于該金屬環(huán)底部的環(huán)形壓電陶瓷片；轉(zhuǎn)子，包括底面與上述定子驅(qū)動齒配合的金屬環(huán)片，碟形彈簧和位于該金屬環(huán)片上端面且受壓于該碟形彈簧的橡膠墊片；基座，包括對輸出軸空間定位的標(biāo)準(zhǔn)球軸承和用內(nèi)孔對上述定子進(jìn)行空間定位的基座；輸出軸，包括中空的中心軸，該中心軸靠近轉(zhuǎn)子一端的軸鍵，靠近中心軸下端有螺紋處的環(huán)形墊圈和預(yù)緊螺母；上述環(huán)形壓電陶瓷片反面沿厚度方向極化，每半個波長反向一次，該壓電陶瓷的極化區(qū)間分成二組，二組之間空間相差1/4波長或3/4波長，該壓電陶瓷的反面為統(tǒng)一接地電極，其正面上，在壓電陶瓷片的兩組極化區(qū)間分別接相位差為90度的兩路交流信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)，其特征在于在所述中心軸的上端靠近轉(zhuǎn)子處有固定穿過電機(jī)中空部分的被執(zhí)行件的螺釘孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)，其特征在于在所述中心軸的上端靠近碟形彈簧處有壓緊碟形彈簧用的法蘭盤。
全文摘要
通用的中空結(jié)構(gòu)大力矩環(huán)形壓電超聲波電機(jī)屬于壓電超聲波電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域,其特征在于:定子含有表面帶有連續(xù)梳狀驅(qū)動齒的金屬環(huán)和環(huán)形壓電陶瓷片;轉(zhuǎn)子含有與定子驅(qū)動齒配合的金屬環(huán)片、碟形彈簧和橡膠墊片;基座含有對中心軸空間定位的標(biāo)準(zhǔn)球軸承和對定子作空間定位的底座;軸的部分含有中空的中心軸,該軸靠近轉(zhuǎn)子一端的軸鍵,中心軸下部有螺紋處的環(huán)形墊圈和預(yù)緊螺母;上述陶瓷片反面沿厚度方向極化,每1/2波長反向一次,兩組極化區(qū)間在空間上差1/4波長或3/4波長,反面接地;正面上兩組極化區(qū)間分別接相位差為90度的兩路交流信號,形成兩組駐波,兩組駐波合成行波。中心軸上有螺釘孔,用于固定穿過電機(jī)中空部分的被執(zhí)行件。它具有通用性而且最大輸出力矩大于5Kgfcm,轉(zhuǎn)速小于120r/min。
文檔編號H02N2/10GK1389973SQ0212528
公開日2003年1月8日 申請日期2002年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月31日
發(fā)明者褚祥誠, 袁松梅, 嚴(yán)仁博, 李龍土, 桂治輪 申請人:清華大學(xué)