專利名稱：位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)及其激勵(lì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是壓電嚙合式馬達(dá)的技術(shù)領(lǐng)域背景技術(shù)傳統(tǒng)的超聲馬達(dá)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，使定子表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓形超聲波振動(dòng)，轉(zhuǎn)子通過(guò)與定子的接觸摩擦而獲得驅(qū)動(dòng)力，因此這種馬達(dá)也稱為壓電摩擦馬達(dá)。由于這種馬達(dá)的定子與轉(zhuǎn)子之間存在滑動(dòng)摩擦，所以其傳動(dòng)效率較低，有磨損問(wèn)題，不適合連續(xù)工作。
近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的壓電諧波馬達(dá)是一種基于諧波傳動(dòng)理論嚙合傳動(dòng)馬達(dá)。它采用壓電陶瓷作為驅(qū)動(dòng)器，代替諧波傳動(dòng)裝置的波發(fā)生器，通過(guò)控制各組壓電驅(qū)動(dòng)器的伸縮變形，利用位移放大機(jī)構(gòu)將變形放大，使柔輪產(chǎn)生周期性的變形；又通過(guò)柔輪和剛輪間的嚙合作用，從而輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。通常的壓電諧波馬達(dá)的剛輪為內(nèi)齒輪柔輪為外齒輪，產(chǎn)生伸縮作用的換能器置于柔輪內(nèi)部，沿柔輪的半徑方向產(chǎn)生伸縮變形。一般情況下，起位移放大作用的換能器工作在超聲頻域，非有效形變大，功率損失大馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，因此未能得到廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有壓電諧波馬達(dá)非有效形變大、功率損失大、馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磨損大、傳動(dòng)效率低的問(wèn)題，進(jìn)而提出一種位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)及其激勵(lì)方法。
本發(fā)明的馬達(dá)由外殼1、內(nèi)齒彈性輪2、多個(gè)壓電陶瓷體3、外齒剛性輪4組成；內(nèi)齒彈性輪2的外圓面上均勻開(kāi)有多個(gè)矩形通槽2-2，每個(gè)矩形通槽2-2中都鑲嵌有一個(gè)壓電陶瓷體3，壓電陶瓷體3加電伸長(zhǎng)的方向與內(nèi)齒彈性輪2的外圓面切線相平行，內(nèi)齒彈性輪2的外圓面上的多個(gè)凸橛2-1都通過(guò)彈性材料體1-3與外殼1的內(nèi)圓面上多個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的凹槽1-1相連接，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3與外齒剛性輪4的外齒4-1部分嚙合連接，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3的齒數(shù)大于外齒剛性輪4的外齒4-1的齒數(shù)，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3的齒數(shù)與外齒剛性輪4的外齒4-1的齒數(shù)互質(zhì)，外齒剛性輪4的內(nèi)圓面上開(kāi)有用于傳動(dòng)的花鍵鍵槽4-2。
本發(fā)明的激勵(lì)方法步驟為一、將內(nèi)齒彈性輪2上的相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體3通電；使內(nèi)齒彈性輪2產(chǎn)生橢圓變形，進(jìn)而內(nèi)齒彈性輪2的短軸上的部分內(nèi)齒2-3與外齒剛性輪4的外齒4-1嚙合連接；二、以重疊方式對(duì)內(nèi)齒彈性輪2上的下一組相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體3通電；使內(nèi)齒彈性輪2產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)性的橢圓變形，使外齒剛性輪4同步與加電順序方向旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)一、能夠?qū)崿F(xiàn)低速大扭矩的輸出。
二、本發(fā)明省去了現(xiàn)有壓電諧波馬達(dá)所用的位移放大機(jī)構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)便，且換能器彈性材料能夠以較小的形變產(chǎn)生更大的位移，能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)。
三、由于本發(fā)明的壓電陶瓷體均勻嵌于內(nèi)齒彈性輪的外圈中，因此在工作環(huán)境溫度變化較大時(shí)外圈伸縮均勻，不會(huì)影響正常工作，保證了運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
四、本發(fā)明的內(nèi)齒彈性齒輪、外齒剛性齒輪可做成壁厚與高度都很小的圓環(huán)，而能實(shí)現(xiàn)體積小、節(jié)省工作空間的特點(diǎn)。
五、本發(fā)明具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動(dòng)精度高、轉(zhuǎn)速容易調(diào)節(jié)、無(wú)電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是具體實(shí)施方式
二的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的左視圖，圖5是本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1、圖2說(shuō)明本實(shí)施方式，它的馬達(dá)由外殼1、內(nèi)齒彈性輪2、多個(gè)壓電陶瓷體3、外齒剛性輪4組成；內(nèi)齒彈性輪2的外圓面上均勻開(kāi)有多個(gè)矩形通槽2-2，每個(gè)矩形通槽2-2內(nèi)齒彈性輪2的外圓面上均勻開(kāi)有多個(gè)矩形通槽2-2，每個(gè)矩形通槽2-2中都鑲嵌有一個(gè)壓電陶瓷體3，壓電陶瓷體3加電伸長(zhǎng)的方向與內(nèi)齒彈性輪2的外圓面切線相平行，內(nèi)齒彈性輪2的外圓面上的多個(gè)凸橛2-1都通過(guò)彈性材料體1-3與外殼1的內(nèi)圓面上多個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的凹槽1-1相連接，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3與外齒剛性輪4的外齒4-1部分嚙合連接，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3的齒數(shù)大于外齒剛性輪4的外齒4-1的齒數(shù)，內(nèi)齒彈性輪2的內(nèi)齒2-3的齒數(shù)與外齒剛性輪4的外齒4-1的齒數(shù)互質(zhì)，外齒剛性輪4的內(nèi)圓面上開(kāi)有用于傳動(dòng)的花鍵鍵槽4-2。
馬達(dá)的激勵(lì)方法步驟為一、將內(nèi)齒彈性輪2上的相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體3通電；使內(nèi)齒彈性輪2產(chǎn)生橢圓變形，進(jìn)而內(nèi)齒彈性輪2的短軸上的部分內(nèi)齒2-3與外齒剛性輪4的外齒4-1嚙合連接；二、以重疊方式對(duì)內(nèi)齒彈性輪2上的下一組相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體3通電；使內(nèi)齒彈性輪2產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)性的橢圓變形，使外齒剛性輪4同步與加電順序方向旋轉(zhuǎn)。
所述內(nèi)齒彈性輪2的材質(zhì)為彈性金屬合金材料，具體可選用彈性模量為160GPa～240GPa的彈簧鋼。
具體實(shí)施例方式
二結(jié)合圖3、圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)在于外齒剛性輪4的內(nèi)圓孔4-3中鑲嵌有輸出轉(zhuǎn)軸4-4。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
本發(fā)明的另一種實(shí)施方式(如圖4)本方式由外齒彈性輪8-1、多個(gè)壓電陶瓷體8-2、內(nèi)齒剛性輪8-3組成；外齒彈性輪8-1的內(nèi)圓面上開(kāi)有多個(gè)矩形通槽8-1-1，每個(gè)矩形通槽8-1-1中都鑲嵌有一個(gè)壓電陶瓷體8-2，壓電陶瓷體8-2加電伸長(zhǎng)的方向與外齒彈性輪8-1的內(nèi)圓面切線相平行，外齒彈性輪8-1的外齒8-1-2與內(nèi)齒剛性輪8-3的內(nèi)齒8-3-1嚙合連接，外齒彈性輪8-1的外齒8-1-2的齒數(shù)小于內(nèi)齒剛性輪8-3的內(nèi)齒8-3-1的齒數(shù)。
權(quán)利要求
1.位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于它由外殼(1)、內(nèi)齒彈性輪(2)、多個(gè)壓電陶瓷體(3)、外齒剛性輪(4)組成；內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面上均勻開(kāi)有多個(gè)矩形通槽(2-2)，每個(gè)矩形通槽(2-2)中都鑲嵌有一個(gè)壓電陶瓷體(3)，壓電陶瓷體(3)加電伸長(zhǎng)的方向與內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面切線相平行，內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面上的多個(gè)凸橛(2-1)都通過(guò)彈性材料體(1-3)與外殼(1)的內(nèi)圓面上多個(gè)與其相對(duì)應(yīng)的凹槽(1-1)相連接，內(nèi)齒彈性輪(2)的內(nèi)齒(2-3)與外齒剛性輪(4)的外齒(4-1)部分嚙合連接，內(nèi)齒彈性輪(2)的內(nèi)齒(2-3)的齒數(shù)大于外齒剛性輪(4)的外齒(4-1)的齒數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于內(nèi)齒彈性輪(2)的內(nèi)齒(2-3)的齒數(shù)與外齒剛性輪(4)的外齒(4-1)的齒數(shù)互質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于外齒剛性輪(4)的內(nèi)圓面上開(kāi)有用于傳動(dòng)的花鍵鍵槽(4-2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于內(nèi)齒彈性輪(2)的材質(zhì)為彈性金屬合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于彈性金屬合金材料具體可選用彈簧鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)，其特征在于外齒剛性輪(4)的內(nèi)圓孔(4-3)中鑲嵌有輸出轉(zhuǎn)軸(4-4)。
7.位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)的激勵(lì)方法，其特征在于它的激勵(lì)方法步驟為一、將內(nèi)齒彈性輪(2)上的相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體(3)通電；使內(nèi)齒彈性輪(2)產(chǎn)生橢圓變形，進(jìn)而內(nèi)齒彈性輪(2)的短軸上的部分內(nèi)齒(2-3)與外齒剛性輪(4)的外齒(4-1)嚙合連接；二、以重疊方式對(duì)內(nèi)齒彈性輪(2)上的下一組相對(duì)并相鄰的四個(gè)壓電陶瓷體(3)通電；使內(nèi)齒彈性輪(2)產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)性的橢圓變形，使外齒剛性輪(4)同步與加電順序方向旋轉(zhuǎn)。
全文摘要
位移疊加式壓電嚙合馬達(dá)及其激勵(lì)方法，它涉及的是壓電嚙合式馬達(dá)的技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決現(xiàn)有壓電諧波馬達(dá)非有效形變大、功率損失大、馬達(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、磨損大、傳動(dòng)效率低的問(wèn)題。內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面上均勻開(kāi)有多個(gè)矩形通槽(2－2)，每個(gè)矩形通槽(2－2)中都鑲嵌有一個(gè)壓電陶瓷體(3)，壓電陶瓷體(3)加電伸長(zhǎng)的方向與內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面切線相平行，內(nèi)齒彈性輪(2)的外圓面上的多個(gè)凸橛(2－1)都通過(guò)彈性材料體(1－3)與外殼(1)的內(nèi)圓面上多個(gè)相對(duì)應(yīng)的凹槽(1－1)相連接，內(nèi)齒彈性輪(2)的內(nèi)齒(2－3)與外齒剛性輪(4)的外齒(4－1)部分嚙合連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)低速大扭矩的輸出，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、轉(zhuǎn)動(dòng)精度高、無(wú)電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H3/54GK101051799SQ20071007180
公開(kāi)日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月16日
發(fā)明者曲建俊, 耿牛牛, 梁國(guó)偉, 李華夏, 楊佳文, 劉學(xué), 程廷海 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)