一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，屬于超聲電機領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]縱扭復合型超聲電機的研究大致可追溯到20世紀的80年代末，到目前為止，其結(jié)構(gòu)種類已不下于幾十種。縱扭復合型超聲電機含有兩個PZT振子一縱振子和扭轉(zhuǎn)振子，縱、扭轉(zhuǎn)振子分別激發(fā)出兩個相互垂直的振動，這兩種振動可單獨調(diào)節(jié)，互不耦合?？v扭復合型超聲電機與其它類型的超聲電機相比，因具有輸出力矩特別大、可控性強、正反轉(zhuǎn)特性一致、低速穩(wěn)定性好、動態(tài)響應性能好等特點而成為近年來國內(nèi)外研究的熱點之一。按照縱、扭模態(tài)之間的相互關(guān)聯(lián)性可以將縱扭復合型超聲電機劃分為兩小類，即縱扭多模態(tài)型超聲電機和縱扭模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機。近幾十年以來人們對兩種類型的研究，提出各種各樣的縱扭復合型超聲電機結(jié)構(gòu)。1994年，Ueha以夾心式壓電定子結(jié)構(gòu)取代具有層疊壓電定子的結(jié)構(gòu)研制出了一臺直徑為80mm的縱扭多模態(tài)型超聲電機；從1992年開始，日本山形大學的Tomikawa對縱扭型超聲電機進行了大量的研究。根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)特點，他把自己研制的電機分為多模態(tài)定子型和單一模態(tài)定子型兩類；2000年左右，Tsujino對斜槽式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機進行了研究，該電機僅需要一組壓電振子激勵，但是只能實現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)。
[0003]目前，現(xiàn)有的縱扭復合電機存在以下缺點:
1、定子基體的扭轉(zhuǎn)振動有兩種激勵方式，一是由基于dl5效應的扭振壓電陶瓷產(chǎn)生，但這種扭振壓電陶瓷工藝復雜，加工困難，成本高；二是由基于d33效應的縱振壓電陶瓷激勵的縱向振動轉(zhuǎn)化而得到，該方式需要設(shè)計相應的模態(tài)轉(zhuǎn)化器，結(jié)構(gòu)復雜，且只能實現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)。
[0004]2、縱扭復合型超聲電機結(jié)構(gòu)復雜、裝配工序較多，且容易產(chǎn)生裝配誤差，造成縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動頻率不一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，是一種轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，且易裝配，低成本的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，這種電機定子基體上設(shè)置了兩組肋板，分別粘貼基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，用來激發(fā)出定子基體所需的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)，從而避免使用基于dl5效應的扭振陶瓷片，使電機能正常工作的同時能夠方便地安裝在各種場合，從而為該電機的產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件組包括第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)動軸，所述第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在定子組件兩端，且第一轉(zhuǎn)子、定子組件和第二轉(zhuǎn)子均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸上，
所述定子組件包括定子基體、肋板、扭振壓電陶瓷片、縱振壓電陶瓷片和徑向軸承組，所述定子基體為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2n個肋板，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在肋板上；所述徑向軸承組包括第一徑向軸承和第二徑向軸承，所述定子基體兩端與轉(zhuǎn)動軸接觸處分別設(shè)有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承和第二徑向軸承；
所述轉(zhuǎn)子組件還包括彈簧、摩擦材料、壓蓋和鎖緊螺母，所述彈簧套接在轉(zhuǎn)動軸上，設(shè)置在定子基體兩側(cè)；所述第一轉(zhuǎn)子與定子基體接觸一側(cè)表面、第二轉(zhuǎn)子與定子基體接觸一側(cè)表面均固定有摩擦材料；所述第一定子的另一側(cè)、第二定子的另一側(cè)設(shè)置有壓蓋，所述壓蓋通過鎖緊螺母鎖緊；
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板，所述四個肋板分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設(shè)置，四個肋板之間呈兩兩90度設(shè)置；所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在四個肋板上；
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板的表面積；
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述定子基體兩端面均勻布設(shè)有摩擦齒。
[0007]通過以上技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明用于激勵定子基體的扭轉(zhuǎn)振動的壓電陶瓷成本低，加工工藝簡單，且裝配工序簡單，電機定子結(jié)構(gòu)更簡單，可操作性強，不會造成對縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動頻率不一致影響。
【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0009]圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的立體圖；
圖2是本發(fā)明的優(yōu)選實施例的剖視圖；
圖3是本發(fā)明提c出的貼片式雙轉(zhuǎn)子位移型縱扭復合超聲電機的工作模態(tài)；?是分布在定子中的2階扭振模態(tài)振型，②是分布在定子中的1階縱振模態(tài)振型；
圖4是本發(fā)明提出的貼片式雙轉(zhuǎn)子位移型縱扭復合超聲電機的壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式；圖中③是壓電陶瓷的極化方向，④是壓電陶瓷，⑤是正弦信號。
[0010]圖中:1.轉(zhuǎn)動軸；2.彈簧；3.第一轉(zhuǎn)子；4.定子基體；5.第一徑向軸承；6.縱振壓電陶瓷片；7.扭振壓電陶瓷片；8.肋板；9.摩擦齒；10.鎖緊螺母；11.壓蓋；12.摩擦材料，13.第二轉(zhuǎn)子，14.第二徑向軸承。
【具體實施方式】
[0011]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0012]如圖1-圖2所示，本發(fā)明提供一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件組包括第一轉(zhuǎn)子3、第二轉(zhuǎn)子13和轉(zhuǎn)動軸1，所述第一轉(zhuǎn)子3、第二轉(zhuǎn)子13分別設(shè)置在定子組件兩端，且第一轉(zhuǎn)子3、定子組件和第二轉(zhuǎn)子13均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸1上，
所述定子組件包括定子基體4、肋板8、扭振壓電陶瓷片7、縱振壓電陶瓷片6和徑向軸承組，所述定子基體4為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2n個肋板8，所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6分別交替固定在肋板8上；所述徑向軸承組包括第一徑向軸承5和第二徑向軸承14，所述定子基體4兩端與轉(zhuǎn)動軸1接觸處分別設(shè)有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承5和第二徑向軸承14 ;
所述轉(zhuǎn)子組件還包括彈簧2、摩擦材料12、壓蓋11和鎖緊螺母10，所述彈簧2套接在轉(zhuǎn)動軸1上，設(shè)置在定子基體4兩側(cè)；所述第一轉(zhuǎn)子3與定子基體4接觸一側(cè)表面、第二轉(zhuǎn)子13與定子基體4接觸一側(cè)表面均固定有摩擦材料12 ;所述第一定子的另一側(cè)、第二定子的另一側(cè)設(shè)置有壓蓋11，所述壓蓋11通過鎖緊螺母10鎖緊；
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板8，所述四個肋板8分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設(shè)置，四個肋板8之間呈兩兩90度設(shè)置；所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6分別交替固定在四個肋板8上;
作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板8的表面積。
[0013]作為本發(fā)明的進一步優(yōu)選，所述定子基體4兩端面均勻布設(shè)有摩擦齒9 ;能夠及時排除定、轉(zhuǎn)子工作期間產(chǎn)生的摩擦碎肩，保持電機工作穩(wěn)定。
[0014]圖3-圖4所示，本發(fā)明所述肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機的壓電陶瓷極化布置及電激勵方法為:縱振肋板組每個肋板8兩側(cè)分別粘貼極化方向相反的矩形壓電陶瓷片，在壓電陶瓷上施加相位為Φ的正弦激勵信號，激勵出縱振肋板的1階縱向振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的1階縱向振動模態(tài)；扭振肋板組每個肋板8兩側(cè)分別粘貼極化方向相同的矩形壓電陶瓷片，在壓電陶瓷上施加同頻率且相位Φ±90°的正弦激勵信號，激勵出扭振肋板的1階彎曲振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)。定子中時間和空間上相位差均為90°的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)的合成能夠使定子端面指點產(chǎn)生橢圓運動，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
[0015]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件組包括第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)動軸，所述第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在定子組件兩端，且第一轉(zhuǎn)子、定子組件和第二轉(zhuǎn)子均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸上，其特征在于: 所述定子組件包括定子基體、肋板、扭振壓電陶瓷片、縱振壓電陶瓷片和徑向軸承組，所述定子基體為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2η個肋板，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在肋板上；所述徑向軸承組包括第一徑向軸承和第二徑向軸承，所述定子基體兩端與轉(zhuǎn)動軸接觸處分別設(shè)有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承和第二徑向軸承； 所述轉(zhuǎn)子組件還包括彈簧、摩擦材料、壓蓋和鎖緊螺母，所述彈簧套接在轉(zhuǎn)動軸上，設(shè)置在定子基體兩側(cè)；所述第一轉(zhuǎn)子與定子基體接觸一側(cè)表面、第二轉(zhuǎn)子與定子基體接觸一側(cè)表面均固定有摩擦材料；所述第一定子的另一側(cè)、第二定子的另一側(cè)設(shè)置有壓蓋，所述壓蓋通過鎖緊螺母鎖緊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板，所述四個肋板分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設(shè)置，四個肋板之間呈兩兩90度設(shè)置；所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在四個肋板上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板的表面積。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述定子基體兩端面均勻布設(shè)有摩擦齒。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉(zhuǎn)子組件，所述轉(zhuǎn)子組件組包括第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)動軸，所述第一轉(zhuǎn)子、第二轉(zhuǎn)子分別設(shè)置在定子組件兩端，且第一轉(zhuǎn)子、定子組件和第二轉(zhuǎn)子均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸上，是一種轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，且易裝配，低成本的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，這種電機定子基體上設(shè)置了兩組肋板，分別粘貼基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，用來激發(fā)出定子基體所需的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)，從而避免使用基于d15效應的扭振陶瓷片，使電機能正常工作的同時能夠方便地安裝在各種場合，從而為該電機的產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎(chǔ)。
【IPC分類】H02N2/12, H02N2/10
【公開號】CN105305874
【申請?zhí)枴緾N201510777437
【發(fā)明人】楊淋, 朱星星, 陳翔宇
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年11月16日