專利名稱：壓電-電流變旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電-電流變旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)，屬機電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的壓電旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)，如日本音響學(xué)會講演論文集(平成元年3月)的第161頁發(fā)表的，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中，101是轉(zhuǎn)子，102是離合器，103是扭轉(zhuǎn)驅(qū)動換能器，104是基體。這種馬達(dá)由于使用多層陶瓷致動器來控制磨擦力，存在能耗大、效率低以及振動和磨損等問題。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種性能優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單，利用壓電體的遞壓電效應(yīng)驅(qū)動、電流變效應(yīng)離合的新型旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)，使其具有高驅(qū)動力、高機械分辨力和高電機能量轉(zhuǎn)換率等特點，而且無磨損、無沖擊、功率消耗極低。
本發(fā)明的內(nèi)容是壓電-電流變旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)，由基體、電流變流體、扭轉(zhuǎn)型壓電換能器、扭轉(zhuǎn)極板、輸出軸極板、輸出軸、箝位電極板和蓋板組成。電流變流體充滿基座內(nèi)各部件之間的空隙中。扭轉(zhuǎn)型壓電換能器固定在基座內(nèi)，扭轉(zhuǎn)極板粘接在其上，蓋板在基體上，輸出軸從蓋板中心伸出，之間有軸承和“O”型密封圈。軸承使輸出軸能自由轉(zhuǎn)動，蓋板與輸出軸之間的“O”型密封圈，使基體內(nèi)的電流變流體得以密封，輸出軸用于輸出壓電扭轉(zhuǎn)換能器產(chǎn)生的力矩輸出。輸出軸極板和扭轉(zhuǎn)極板箝位極板之間充滿電流變流體?；w輸出軸極板是零電位，扭轉(zhuǎn)極板和箝位極板分別接高電位。扭轉(zhuǎn)極板，輸出軸極板和電流變流體構(gòu)成步進馬達(dá)的離合器，蓋板上的箝位電極板、輸出軸極板和電流變流體構(gòu)成馬達(dá)的箝位器。
電流變流體是一種高絕緣液體，其內(nèi)懸浮有大量的具有較高極化特性的微細(xì)顆粒。當(dāng)電流變流體置于高電場下，液體中的顆粒能在瞬間形成具有抗剪能力的顆粒鏈或質(zhì)點纖維，使流體呈現(xiàn)“弱固體”狀態(tài)，并表現(xiàn)出類似固體的性質(zhì)。一當(dāng)電場去掉，使又在瞬間恢復(fù)流體原狀。通常電流變流體從液到固/固到液響應(yīng)時間周期小于1ms甚至僅為幾十μs。
由于電流變流體受電場控制時能可逆
液態(tài)轉(zhuǎn)化成固態(tài)，或從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，利用這種效應(yīng)，可以構(gòu)成旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)的箝位器與離合器，以此來獲取馬達(dá)壓電扭轉(zhuǎn)換能器產(chǎn)生的力矩輸出，箝位器與離合器配合壓電扭轉(zhuǎn)振動而交替的工作，可以使馬達(dá)以旋轉(zhuǎn)步進方式運行，馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度可通過改變施加到壓電扭轉(zhuǎn)換能器上的電壓大小來調(diào)節(jié)，也可通過改變其上的電壓方波頻率來調(diào)節(jié)，精密控制驅(qū)動電壓幅值，可獲得極高的位移分辨率。


圖1是已有技術(shù)示意圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖2中12是基體，13是扭轉(zhuǎn)型壓電換能器，為馬達(dá)動力源，13a是扭轉(zhuǎn)極板，15a是輸出軸極板，13a，15a與電流變流體14構(gòu)成電流變離合器，用于把扭轉(zhuǎn)換能器13產(chǎn)生的扭矩及角位移傳遞給輸出軸15。15a同時與固定在蓋板16上的箝位電極板18，及電流變流體14構(gòu)成箝位器，用于輸出軸15的角位移定位，它與馬達(dá)的離合器交替工作，可以使馬達(dá)以步進形式運行。箝位極板18與蓋板16之間有一絕緣層18a，箝位極板的引線通過蓋板的引線孔16d引出，16c與17分別為蓋板與基體，蓋板與輸出軸之間的密封圈。U1，U2分別為箝位器、離合器上的電壓，U2為壓電換能器上的電壓，16a為軸承，將輸出軸15固定在蓋板16上，并使輸出軸15能自由旋轉(zhuǎn);16b為聯(lián)接蓋板與基體的螺釘。
運行時，首先將一高電壓U3加到13a，15a之間的電流變流體上，使其變成固態(tài)，結(jié)果極板13a，15a與電流變流體構(gòu)成的離合器被固住(合上)，此時18，15a與電流變流體構(gòu)成的箝位器為自由狀態(tài);第二步給壓電換能器施加一電壓U2，這將使扭轉(zhuǎn)極板13a正向扭轉(zhuǎn)一角位移△θ，從而驅(qū)動輸出軸15旋轉(zhuǎn)同一角位移△θ;第三步去掉U3，而給箝位器施加一電壓U1，使輸出軸極板15a被箝住。第四步，去掉換能器上的電壓，結(jié)果13a回到原來位置，但輸出軸15已轉(zhuǎn)過一微小角度△θ。以后重復(fù)以上步驟，馬達(dá)將一直以這種步進方式正向旋轉(zhuǎn)下去，改變以上步驟，馬達(dá)將反向運轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種壓電-電流變旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)，其特征在于所述的馬達(dá)由基體、電流變流體、扭轉(zhuǎn)型壓電換能器、扭轉(zhuǎn)極板、輸出軸極板、輸出軸、箝位極板和蓋板組成；所述的電流變流體充滿基座內(nèi)各部件之間的空隙中；所述的扭轉(zhuǎn)型壓電換能器固定在基座內(nèi)，扭轉(zhuǎn)極板粘接在扭轉(zhuǎn)換能器的輸出端；所述的蓋板通過螺釘與密封圈裝接在基體上，所述的輸出軸通過蓋板中心的軸承被固定在蓋板上，輸出軸與蓋板中心之間有一“O”型密封圈；所述的輸出軸極板和扭轉(zhuǎn)極板、鉗位極板之間充滿電流變流體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種壓電-電流變旋轉(zhuǎn)步進馬達(dá)。這種馬達(dá)由基座、電流變流體、扭轉(zhuǎn)型壓電換能器、扭轉(zhuǎn)極板、輸出軸極板、輸出軸、箝位極板和蓋板組成。電流變流體充滿基座內(nèi)各部件之間的間隙中。扭轉(zhuǎn)極板、輸出軸極板和它們之間的電流變流體構(gòu)成馬達(dá)的離合器，蓋板上的電極板，輸出軸極板，和它們之間的電流變流體，構(gòu)成馬達(dá)的箝位器，馬達(dá)壓電換能器產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動和扭轉(zhuǎn)力矩，通過電流變箝位器與離合器的配合而交替工作，使馬達(dá)輸出軸以旋轉(zhuǎn)步進運行方式運行并獲得力矩輸出。
文檔編號H02N2/00GK1066940SQ9210523
公開日1992年12月9日 申請日期1992年7月2日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月2日
發(fā)明者董蜀湘, 李龍土, 周鐵英, 桂治輪, 張孝文 申請人:清華大學(xué)