專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是一種新型的電機(jī)，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，使定子表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生一定軌跡的微米量級(jí)的振動(dòng)，進(jìn)而通過摩擦耦合將振動(dòng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能。超聲電機(jī)與電磁電機(jī)相比存在一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，如低速大轉(zhuǎn)矩、不需減速機(jī)構(gòu)可直接驅(qū)動(dòng)、無齒輪間隙，定位精度高、大力矩密度時(shí)效率高、且具有自保持力矩，慣性小、響應(yīng)快、運(yùn)行無噪音、不產(chǎn)生磁干擾且抗磁干擾能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單、加工容易、易小型化等。
目前已有的旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)中，主要采用面外的彎曲振動(dòng)模態(tài)復(fù)合成端面行波，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，普遍存在驅(qū)動(dòng)力矩小，軸向體積大、定轉(zhuǎn)子的內(nèi)外徑接觸區(qū)磨損差別大等問題；另外，即使采用了面內(nèi)振動(dòng)模態(tài)，為了能夠施加面內(nèi)的徑向預(yù)緊力，振子或轉(zhuǎn)子的圓盤或圓環(huán)做成兩個(gè)半圓盤或半圓環(huán)，中間通過彈簧聯(lián)接成圓盤或圓環(huán)以施加面內(nèi)的徑向預(yù)緊力，目前也很難實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩、且工作可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種輸出力矩大、軸向體積小、工作可靠的面內(nèi)模態(tài)周向行波旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案如下一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，包括振子和轉(zhuǎn)子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉(zhuǎn)子為環(huán)狀且套于振子外面，振子與轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有可調(diào)節(jié)預(yù)緊力的預(yù)緊機(jī)構(gòu)，所述振子的金屬彈性體是薄圓臺(tái)，其與轉(zhuǎn)子的接觸區(qū)呈圓臺(tái)形，相應(yīng)地，所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)面至少設(shè)有一段區(qū)域呈與金屬彈性體的接觸區(qū)吻合的圓臺(tái)形。
本發(fā)明加以交流電后，振子的金屬彈性體的圓臺(tái)面的微觀質(zhì)點(diǎn)處形成橢圓運(yùn)動(dòng)的軌跡，通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)的軸向預(yù)緊力，使得振子、轉(zhuǎn)子圓臺(tái)形接觸區(qū)將沿軸向的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化為沿徑向的預(yù)緊力，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子在徑向預(yù)緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉(zhuǎn)子并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
振子可采用如上所述的圓臺(tái)形，也可采用異型結(jié)構(gòu)，所述異型結(jié)構(gòu)的上端為圓臺(tái)形，下端為圓柱形，且圓柱形的截面與圓臺(tái)形的下底面相同，不論是采用圓臺(tái)形還是異形結(jié)構(gòu)，其與轉(zhuǎn)子的接觸端均為圓臺(tái)形。
為了提高驅(qū)動(dòng)力矩，本發(fā)明的超聲電機(jī)可包括對(duì)稱的兩套振子，相應(yīng)地，所述轉(zhuǎn)子兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)環(huán)面均設(shè)置有與金屬彈性體的接觸區(qū)吻合的圓臺(tái)形。
通常，本發(fā)明的兩套振子采用完全相同的結(jié)構(gòu)，則所述轉(zhuǎn)子的兩個(gè)內(nèi)環(huán)面呈同軸、上底面相鄰、完全相同的兩個(gè)圓臺(tái)形。
上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷采用圓盤結(jié)構(gòu)，其上端面分區(qū)沿軸向極化，其下端面不分區(qū)并通過環(huán)氧樹脂與薄圓臺(tái)金屬彈性體的底面粘接在一起。通過上端面分區(qū)極化，下端面不分區(qū)，在實(shí)際使用過程中，以下端面作為施加直流電壓的地端，上端面的分區(qū)皆可作為直流電壓的正極。
本發(fā)明的預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括螺栓、螺母、和碟型彈簧。
本發(fā)明提出的旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)由上述振子、轉(zhuǎn)子及預(yù)緊機(jī)構(gòu)等部件組成，圓環(huán)型轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)的兩個(gè)圓臺(tái)面吻合地套置于兩個(gè)振子的圓臺(tái)區(qū)，再通過調(diào)整預(yù)緊機(jī)構(gòu)來調(diào)整振子與轉(zhuǎn)子之間的預(yù)緊力。
振子是超聲電機(jī)的核心部件。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳效果，本發(fā)明提出由兩個(gè)相同振子組成的復(fù)合振子可采用一種薄圓臺(tái)金屬彈性體與圓盤壓電陶瓷的復(fù)合體，在相位差為90度的交變電流作用下分別激勵(lì)出復(fù)合振子同頻、同型、相位差為90度面內(nèi)振動(dòng)的駐波，二個(gè)面內(nèi)駐波合成形成圓盤面內(nèi)的周向行波，亦即在復(fù)合振子圓臺(tái)面的微觀質(zhì)點(diǎn)處形成橢圓運(yùn)動(dòng)的軌跡，通過調(diào)整螺栓和螺母、碟型彈簧調(diào)整振子、轉(zhuǎn)子的軸向預(yù)緊力，振子、轉(zhuǎn)子圓臺(tái)形接觸區(qū)則將沿軸向的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化為沿圓盤徑向的預(yù)緊力，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子在預(yù)緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉(zhuǎn)子并產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
本發(fā)明的壓電陶瓷圓盤可按偶數(shù)分區(qū)，實(shí)現(xiàn)正、反向連續(xù)運(yùn)動(dòng)，正反向運(yùn)動(dòng)切換靈活，性能一致。
至此，本發(fā)明實(shí)質(zhì)為面內(nèi)模態(tài)周向行波旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)。
本發(fā)明的工作原理簡單、軸向體積小、易于實(shí)現(xiàn)，由于轉(zhuǎn)子通過雙復(fù)合振子的圓臺(tái)面分別與轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)的圓臺(tái)面接觸，將薄圓臺(tái)金屬彈性體沿圓周方向的行波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，雙振子同步驅(qū)動(dòng)，可以獲得較大的驅(qū)動(dòng)力矩和斷電自鎖力，另一方面沿軸向施加的預(yù)緊力通過圓臺(tái)面接觸實(shí)現(xiàn)圓盤徑向預(yù)緊力的施加，電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。


圖1為本發(fā)明的振子結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3、附圖4所示，包括上圓盤型壓電陶瓷片3、下圓盤型壓電陶瓷片7、上薄圓臺(tái)金屬彈性體4、下薄圓臺(tái)金屬彈性體6、圓環(huán)型轉(zhuǎn)子5、緊固螺母1、碟型彈簧2、緊固螺栓8，所述圓盤型壓電陶瓷片3、7分別與薄圓臺(tái)形金屬彈性體4、6通過環(huán)氧樹脂粘貼形成薄圓臺(tái)體的上下兩個(gè)復(fù)合振子，圓環(huán)型轉(zhuǎn)子5的內(nèi)環(huán)面呈同軸、上底面相鄰、完全相同的兩個(gè)圓臺(tái)形，與薄圓臺(tái)形金屬彈性體4、6的圓臺(tái)面配合，振子與轉(zhuǎn)子的預(yù)緊力通過碟型彈簧2，調(diào)整螺栓8和調(diào)整螺母1調(diào)節(jié)。
所述振子的結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1、附圖2所示，金屬彈性體4、6為薄圓臺(tái)，壓電陶瓷圓盤分區(qū)沿軸向極化，壓電陶瓷圓盤與薄圓臺(tái)金屬彈性體底面用環(huán)氧樹脂粘接。
在壓電陶瓷圓盤的極化分區(qū)分別接上相位差為90度的交變電流，同時(shí)激勵(lì)出復(fù)合振子同頻、同型、相位差為90度的面內(nèi)振動(dòng)的駐波，二個(gè)面內(nèi)駐波合成形成圓盤面內(nèi)的周向行波，亦即在復(fù)合振子的圓臺(tái)形表面的微觀質(zhì)點(diǎn)處形成沿圓周的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，通過緊固螺栓和螺母、碟型彈簧調(diào)整復(fù)合振子、轉(zhuǎn)子的軸向預(yù)緊力，振子、轉(zhuǎn)子圓臺(tái)形接觸面則將沿軸向的預(yù)緊力轉(zhuǎn)化為沿圓盤徑向的預(yù)緊力，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子在預(yù)緊力作用下，依靠摩擦傳動(dòng)產(chǎn)生所需的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，包括振子和轉(zhuǎn)子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉(zhuǎn)子為環(huán)狀且套于振子外面，振子與轉(zhuǎn)子之間設(shè)置有可調(diào)節(jié)預(yù)緊力的預(yù)緊機(jī)構(gòu)，其特征在于所述振子的金屬彈性體是薄圓臺(tái)，其與轉(zhuǎn)子的接觸區(qū)呈圓臺(tái)形，相應(yīng)地，所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)面至少設(shè)有一段區(qū)域呈與金屬彈性體的接觸區(qū)吻合的圓臺(tái)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，其特征在于包括對(duì)稱設(shè)置于轉(zhuǎn)子兩側(cè)的兩套振子，相應(yīng)地，所述轉(zhuǎn)子兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)環(huán)面均設(shè)置有與金屬彈性體的接觸區(qū)吻合的圓臺(tái)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)面呈兩個(gè)同軸且上底面相鄰的圓臺(tái)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，其特征在于所述壓電陶瓷采用圓盤結(jié)構(gòu)，其上端面分區(qū)沿軸向極化，其下端面不分區(qū)并通過環(huán)氧樹脂與薄圓臺(tái)金屬彈性體的底面粘接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，其特征在于所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括螺母、螺栓和碟型彈簧。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機(jī)，包括振子和轉(zhuǎn)子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉(zhuǎn)子為環(huán)狀且套于振子外面，振子與轉(zhuǎn)子的預(yù)緊力通過可調(diào)節(jié)的預(yù)緊機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，所述振子的金屬彈性體與轉(zhuǎn)子的接觸區(qū)呈圓臺(tái)形，相應(yīng)地，所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)面至少有一區(qū)域呈與金屬彈性體的接觸區(qū)吻合的圓臺(tái)形。本發(fā)明通過振子的圓臺(tái)面與轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)的圓臺(tái)面接觸，將薄圓臺(tái)式金屬彈性體沿圓周方向的行波振動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，易于實(shí)現(xiàn)、軸向體積小，可以獲得較大的轉(zhuǎn)矩和斷電自鎖力；另一方面沿軸向施加的預(yù)緊力通過圓臺(tái)面接觸實(shí)現(xiàn)圓盤徑向預(yù)緊力的施加、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠。
文檔編號(hào)H02N2/10GK1909355SQ20061003704
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者張鐵民 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)