專利名稱：多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子及使用該定子的超聲電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到超聲波電機領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動，通過摩擦驅(qū)動，實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)化為機械能輸出的新型直接驅(qū)動電機。其中彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機屬于行波型超聲電機的一種，它是通過激勵定子上的壓電陶瓷元件，使定子產(chǎn)生兩路沿軸向彎曲的正交振動，利用正交振動合成原理在定子端面形成沿周向分布的行波，轉(zhuǎn)子在預(yù)緊力的作用下與定子接觸，通過摩擦力驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)有技術(shù)的彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機其定子可采用劃分為四個激振區(qū)進行激勵的方式，如申請?zhí)枮?00410065700.5的《雙轉(zhuǎn)子柱體行波型單相驅(qū)動超聲電機》；也可采用將定子劃分為多個激振區(qū)進行激勵的方式，如申請專利號為200510092981.8的《多面體壓電柱或壓電管超聲微電機》及申請專利號為200610035077.8的《一種超聲電機及其驅(qū)動方法》，對于上述專利，從其定子模態(tài)的振型圖可知電機運行時，定轉(zhuǎn)子為單點或單個小區(qū)域接觸，從而導(dǎo)致電機工作穩(wěn)定性不理想，輸出轉(zhuǎn)速低、力矩小，整機能量轉(zhuǎn)換效率不高等問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定轉(zhuǎn)子單點接觸而導(dǎo)致的電機工作穩(wěn)定性不理想，輸出轉(zhuǎn)速低、力矩小，整機能量轉(zhuǎn)換效率不高等問題，本發(fā)明設(shè)計了一種多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子及使用該定子的超聲電機。
本發(fā)明的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子由定子基體和電極組成，所述電極個數(shù)為4n個，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，所述4n個電極沿定子基體圓周均勻分布，且固定在定子基體產(chǎn)生一階彎曲振動時的波峰處的外表面上，所述4n個電極中相鄰的4個電極為一組，共分為n組，每組中4個相鄰的電極分別施加與定子固有頻率相同或相近的正弦波(sin(ωt))、余弦波(cos(ωt))、負正弦波(-sin(ωt))、負余弦波(-cos(ωt))的行波激勵信號。
使用本發(fā)明的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機包括兩個轉(zhuǎn)子2、定子3和預(yù)壓力機構(gòu)，所述兩個轉(zhuǎn)子2的錐面分別嵌入所述定子3的兩端，定子3端部內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子2的錐面相接觸，轉(zhuǎn)子2通過定位鍵4與轉(zhuǎn)子軸1相連接；預(yù)壓力機構(gòu)的墊圈5、加壓彈簧6和調(diào)解螺母7依次套在轉(zhuǎn)子軸1上，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子施加預(yù)緊力的作用。
本發(fā)明的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子加工工藝簡單，使用本發(fā)明的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機，在其旋轉(zhuǎn)時定轉(zhuǎn)子的接觸點為n個，解決了現(xiàn)有彎曲旋轉(zhuǎn)類超聲電機中定轉(zhuǎn)子單點接觸帶來的問題，增加了電機工作的穩(wěn)定性，提高了電機輸出力矩、轉(zhuǎn)速和能量轉(zhuǎn)換效率。


圖1是具體實施方式
一所述的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的正視圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1所示的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子多行波激勵的軟件仿真模態(tài)示意圖；圖4是具體實施方式
一中所述的當n＝2時的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子固定電極部位的橫截面示意圖；圖5是具體實施方式
一中所述的當n＝4時的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子固定電極部位的橫截面示意圖；圖6是具體實施方式
二所述的使用多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1至圖5說明本實施方式。本實施方式的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子由定子基體和電極組成，所述電極個數(shù)為4n個，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，所述4n個電極沿定子基體圓周均勻分布，固定在定子基體產(chǎn)生一階彎曲振動時的波峰處的外表面上，所述4n個電極中相鄰的4個電極為一組，共分為n組，每組中4個相鄰的電極分別施加與定子固有頻率相同或相近的正弦波(sin(ωt))、余弦波(cos(ωt))、負正弦波(-sin(ωt))、負余弦波(-cos(ωt))的行波激勵信號。
本實施方式中的定子基體是金屬管30，電極是壓電陶瓷片31，金屬管30固定壓電陶瓷片31的部位的橫截面為4n個邊的等邊多邊形，所述壓電陶瓷片31沿徑向極化。
圖1為n＝3時本實施方式所述定子的正視圖，圖2是圖1的A-A剖視圖。共有12個壓電陶瓷片31，其中壓電陶瓷片31-A1、31-A2和31-A3施加正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-B1、31-B2、31-B3施加余弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-C1、31-C2、31-C3施加負正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-D1、31-D2、31-D3施加負余弦波激勵信號，一共有三組正弦波、余弦波、負正弦波、負余弦波行波激勵信號，在工作的時候，在這三組行波激勵信號的作用下，同一時刻，多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的兩端各有三個凸起部位(參見圖3)，這三個凸起部位同時和轉(zhuǎn)子摩擦接觸。
圖4為n＝2時本實施方式所述定子的橫截面示意圖，共有8個壓電陶瓷片31，其中壓電陶瓷片31-A1和31-A2施加正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-B1和31-B2施加余弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-C1和31-C2施加負正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-D1和31-D2施加負余弦波激勵信號，一共有兩組正弦波、余弦波、負正弦波、負余弦波行波激勵信號，在工作的時候，在這兩組行波激勵信號的作用下，同一時刻，多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的兩端各有兩個凸起部位，這兩個凸起部位同時和轉(zhuǎn)子摩擦接觸。
圖5為n＝4時本實施方式所述定子的橫截面示意圖，共有16個壓電陶瓷片，其中壓電陶瓷片31-A1、31-A2、31-A3和31-A4施加正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-B1、31-B2、31-B3和31-B4施加余弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-C1、31-C2、31-C3和31-C4施加負正弦波激勵信號，壓電陶瓷片31-D1、31-D2、31-D3和31-D4施加負余弦波激勵信號，一共有四組正弦波、余弦波、負正弦波、負余弦波行波激勵信號，在工作的時候，在這四組行波激勵信號的作用下，同一時刻，多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的兩端各有四個凸起部位，這四個凸起部位同時和轉(zhuǎn)子摩擦接觸。
本實施方式的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子，同一時刻可以有n個凸起部位與轉(zhuǎn)子波從接觸，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，定轉(zhuǎn)子接觸點的個數(shù)的增加，不但能增強電機運行的穩(wěn)定性，還能提高電機的輸出力矩和能量轉(zhuǎn)換效率。
具體實施方式
二參見圖6說明本實施方式。本實施方式的超聲電機由兩個轉(zhuǎn)子2、定子3和預(yù)壓力機構(gòu)組成，所述兩個轉(zhuǎn)子2的錐面分別嵌入所述定子3的兩端，定子3端部內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子2的錐面相接觸，轉(zhuǎn)子2通過定位鍵4與轉(zhuǎn)子軸1相連接；預(yù)壓力機構(gòu)的墊圈5、加壓彈簧6和調(diào)解螺母7依次套在轉(zhuǎn)子軸1的力矩輸出端，所述定子3是具體實施方式
一所述的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子。
本實施方式中的轉(zhuǎn)子2與定子3相接觸的錐面涂有高分子摩擦材料或陶瓷涂層摩擦材料。所述高分子摩擦材料可以選用聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚苯酯及其復(fù)合材料，所述陶瓷涂層摩擦材料可以選用DLC膜(類金剛石膜)、三氧化二鋁膜或碳化鎢膜。
本實施方式的超聲電機，在轉(zhuǎn)子2的錐面涂有耐磨材料，提高了電機的使用壽命。
權(quán)利要求
1.多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子，由定子基體和電極組成，其特征在于所述電極個數(shù)為4n個，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，所述4n個電極沿定子基體圓周均勻分布，固定在定子基體產(chǎn)生一階彎曲振動時的波峰處的外表面上，所述4n個電極中相鄰的4個電極為一組，共分為n組，每組中4個相鄰的電極分別施加與定子固有頻率相同或相近的正弦波、余弦波、負正弦波、負余弦波的行波激勵信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子，其特征在于所述定子基體是金屬管(30)，所述電極是壓電陶瓷片(31)，金屬管(30)固定壓電陶瓷片(31)的部位的橫截面為4n個邊的等邊多邊形，所述壓電陶瓷片(31)沿徑向極化。
3.使用權(quán)利要求1所述的多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機，由兩個轉(zhuǎn)子(2)、定子(3)和預(yù)壓力機構(gòu)組成，所述兩個轉(zhuǎn)子(2)的錐面分別嵌入所述定子(3)的兩端，定子(3)端部內(nèi)壁與轉(zhuǎn)子(2)的錐面相接觸，轉(zhuǎn)子(2)通過定位鍵(4)與轉(zhuǎn)子軸(1)相連接，預(yù)壓力機構(gòu)的墊圈(5)、加壓彈簧(6)和調(diào)解螺母(7)依次套在轉(zhuǎn)子軸(1)的力矩輸出端，其特征在于所述定子(3)由定子基體和電極組成，所述電極個數(shù)為4n個，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，所述4n個電極沿定子基體圓周均勻分布，固定在定子基體產(chǎn)生一階彎曲振動時波峰處的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的使用多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機，其特征是在所述轉(zhuǎn)子(2)與定子(3)相接觸的錐面涂有高分子摩擦材料或陶瓷涂層摩擦材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機，其特征在于所述高分子摩擦材料為聚四氟乙烯或聚苯硫醚或聚醚醚酮或聚苯酯及其復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的使用多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子的超聲電機，其特征在于所述陶瓷涂層摩擦材料為DLC膜或三氧化二鋁膜或碳化鎢膜。
全文摘要
多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子及使用該定子的超聲電機，涉及到超聲波電機領(lǐng)域。本發(fā)明解決了現(xiàn)有彎曲旋轉(zhuǎn)類超聲電機存在的由于定轉(zhuǎn)子單點接觸而導(dǎo)致的電機工作穩(wěn)定性差、輸出轉(zhuǎn)速低、力矩小、整機能量轉(zhuǎn)換效率低等問題。多行波彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機定子由定子基體和4n個電極組成，其中n為大于或等于2的自然數(shù)，4n個電極沿定子基體圓周均勻分布固定在定子基體產(chǎn)生一階彎曲振動時波峰處的外表面上，相鄰的4個電極為一組，共有n組，每組中的4個電極分別施加與定子固有頻率相同或相近的正弦波、余弦波、負正弦波、負余弦波的行波激勵信號。本發(fā)明的超聲電機中定轉(zhuǎn)子接觸點為n個，明顯改善了現(xiàn)有彎曲旋轉(zhuǎn)類超聲電機由于定轉(zhuǎn)子單點接觸所帶來的問題。
文檔編號H02N2/12GK101026343SQ20071007195
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者曲建俊, 程廷海, 周寧寧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)