專利名稱：采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)屬壓電電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和微幅振動的新型電機(jī)。旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)定、轉(zhuǎn)子間靠摩擦傳動。這種摩擦傳動限制了電機(jī)的性能，如摩擦造成的能量損失降低了電機(jī)的效率；最大力矩和壽命受到摩擦的限制。本發(fā)明的采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)，定子、轉(zhuǎn)軸間采用離合器耦合傳動，除了可具有縱扭型超聲電機(jī)低速、大扭矩的優(yōu)點(diǎn)外，還有結(jié)構(gòu)簡單、長時間工作穩(wěn)定、壽命長、轉(zhuǎn)角可精確控制的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于研制一種定子、轉(zhuǎn)軸之間采用離合器來傳動的壓電電機(jī)。它可提供較大的扭矩，較高的效率，較長的壽命，具有廣闊的應(yīng)用前景。
實(shí)現(xiàn)上述目的采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)軸和離合器三部分組成。定子采用扭轉(zhuǎn)型壓電陶瓷驅(qū)動的蘭杰文振子形式，具體構(gòu)成是，中間夾有安裝盤及銅電極的壓電陶瓷片置于螺紋壓緊筒與壓緊筒之間，利用與螺紋壓緊筒相連的具有通孔的緊固螺栓將壓電陶瓷片、安裝盤、螺紋壓緊筒及壓緊筒連接緊固成一體，構(gòu)成定子。左邊離合器外轂固定在螺紋壓緊筒左端部內(nèi)與左傳動套之間，右離合器置于壓緊筒右端部內(nèi)與右傳動套之間，左右兩個傳動套分別安裝在穿過緊固螺栓通孔的輸出轉(zhuǎn)軸左右兩端，構(gòu)成轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明與現(xiàn)有的超聲電機(jī)技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，不但適合低速、大扭矩的應(yīng)用場合，而且工作穩(wěn)定、壽命長，運(yùn)轉(zhuǎn)精確。


圖1是采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中的序號名稱為1輸出轉(zhuǎn)軸；2螺紋壓緊筒；3壓電陶瓷片；4安裝盤；5銅電極；6緊固螺栓；7右離合器；8壓緊筒；9右傳動套；10軸端擋圈；11左傳動套；12左傳動套；13外轂；14彈簧；15內(nèi)轂；16轉(zhuǎn)子17滾柱。
圖2是電機(jī)定子的一階扭轉(zhuǎn)振型示意圖。
圖3是離合器耦合傳動機(jī)理示意圖。
圖4(a)是壓電陶瓷片的極化及拼裝形式示意圖。
圖4(b)是壓電陶瓷片的安裝方式示意圖。
具體實(shí)施例方式
由圖1可知，本發(fā)明由定子、轉(zhuǎn)軸和離合器三部分組成。定子的構(gòu)成是，中間夾有安裝盤4的壓電陶瓷片3置于螺紋壓緊筒2與壓緊筒8之間，通過與螺紋壓緊筒2相連的具有通孔的緊固螺栓(6)將壓電陶瓷片3、安裝盤4、螺紋壓緊筒2及壓緊筒8連接緊固成一體。左離合器11固定在螺紋壓緊筒2左端部內(nèi)與左傳動套12之間，右離合器7置于壓緊筒8端部內(nèi)與右傳動套9之間，轉(zhuǎn)子由左右兩個傳動套12和9分別安裝在穿過緊固螺栓6中心通孔的輸出轉(zhuǎn)軸1左右兩端所構(gòu)成。
電機(jī)工作在一階扭轉(zhuǎn)共振頻率時，電機(jī)定子的一階扭轉(zhuǎn)振型如圖2所示。給壓電陶瓷3施加一個正弦驅(qū)動電壓，定子將沿周向做扭轉(zhuǎn)振動。在一個扭轉(zhuǎn)振動周期里，前半個周期，左離合器11鎖緊轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)軸1跟隨螺紋壓緊筒2一起轉(zhuǎn)動，右離合器7與轉(zhuǎn)子脫開；后半個驅(qū)動周期，定子往相反方向做扭轉(zhuǎn)振動，左離合器11與轉(zhuǎn)軸1脫開，右離合器7鎖緊轉(zhuǎn)軸，繼續(xù)驅(qū)動轉(zhuǎn)子跟隨右離合器7往同一方向轉(zhuǎn)動。每一個周期里電機(jī)在左右兩段各有一次驅(qū)動。離合器鎖緊轉(zhuǎn)軸傳動，避免了摩擦造成的能量損失，提高電機(jī)的效率。
本發(fā)明利用了扭轉(zhuǎn)型壓電陶瓷片激出蘭杰文振子的一階扭轉(zhuǎn)振動，利用兩個離合器將定子的扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖3圖示了離合器的結(jié)構(gòu)和離合器耦合傳動的機(jī)理。離合器采用現(xiàn)有成熟技術(shù)，使用了商品型滾柱離合器。離合器外轂固定在做周向扭轉(zhuǎn)振動的定子上，跟隨定子一起做周向扭轉(zhuǎn)振動。當(dāng)外轂扭轉(zhuǎn)振動的位移為逆時針方向時，通過離合器的楔形角鎖緊內(nèi)轂，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸做逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外轂的扭轉(zhuǎn)位移為順時針方向時，楔形角與滾子脫開，允許外轂相對內(nèi)軸做順時針旋轉(zhuǎn)。這樣，外轂的周向扭轉(zhuǎn)振動就轉(zhuǎn)化為內(nèi)軸的逆時針旋轉(zhuǎn)。由上所述可知，離合器耦合傳動機(jī)構(gòu)的作用類似于電學(xué)中的整流電路，整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮儞Q成直流電；離合器的作用是將定子的微米級的扭轉(zhuǎn)振動，轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的單向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
圖4(a)給出了壓電陶瓷片的極化和拼裝形式的示意圖。從圖中可以看出，壓電陶瓷圓由8個扇形小塊粘貼形成。圖中給出了每一小塊的極化情況。符號a、b、c代表三個平移自由度，d、e、f代表三個旋轉(zhuǎn)自由度。沿c方向極化后，在a方向施加交變電場，就會得到沿e方向的扭轉(zhuǎn)振動。將各個壓電陶瓷小扇形塊按相同的極化方向沿圓周方向粘成一個壓電陶瓷環(huán)，然后將上下表面磨平，保證平行度，再在上下表面鍍銀，形成電極。圖4(b)給出了壓電陶瓷環(huán)的安裝方式。由于壓電陶瓷環(huán)的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的變形帶有方向性，因此對壓電陶瓷環(huán)的安裝方式提出了要求。施加電場以后，4片壓電陶瓷環(huán)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形方向要相同，即要么同時產(chǎn)生順時針方向的扭轉(zhuǎn)變形，要么同時產(chǎn)生逆時針方向的扭轉(zhuǎn)變形。圖4(b)提出的方案滿足了這種要求。在圖中每個壓電陶瓷環(huán)的旁邊都用“+”號標(biāo)出了其正面，用“-”號標(biāo)出了反面。與作為正電極的銅片相接觸的表面都應(yīng)為壓電陶瓷的正面，與地相接的都應(yīng)為壓電陶瓷的反面。電機(jī)定子接地。
權(quán)利要求
1.一種采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電機(jī)，包括定子，轉(zhuǎn)子和離合器。其特征在于，所述定子由中間夾有安裝盤(4)的壓電陶瓷片(3)置于螺紋壓緊筒(2)與壓緊筒(8)之間，通過與螺紋壓緊筒(2)相連的具有通孔的緊固螺栓(6)將壓電陶瓷片(3)、安裝盤(4)、螺紋壓緊筒(2)及壓緊筒(8)連接緊固成一體。左離合器(11)固定在螺紋壓緊筒(2)左端部內(nèi)與左傳動套(12)之間，右離合器(7)置于壓緊筒(8)端部內(nèi)與右傳動套(9)之間，所述轉(zhuǎn)子由左右兩個傳動套(12)和(9)分別安裝在穿過緊固螺栓(6)中心通孔的輸出轉(zhuǎn)軸(1)左右兩端構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的采用離合器耦合傳動的旋轉(zhuǎn)型壓電電機(jī)屬于壓電電機(jī)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)分為三部分定子、轉(zhuǎn)子和離合器。由緊固螺栓(6)、四片壓電陶瓷片(3)、壓緊筒(8)、螺紋壓緊筒(2)以及安裝盤(4)聯(lián)接成一體，構(gòu)成定子。轉(zhuǎn)子由輸出軸(1)和左右傳動套(12)與(9)所組成，左離合器11固定在螺紋壓緊筒(2)左端部內(nèi)與左傳動套(12)之間，右離合器(7)固定在壓緊筒(8)端部內(nèi)與右傳動套(9)之間。該電機(jī)克服了靠摩擦傳動的旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)的摩擦能量損耗以及最大力矩和壽命受摩擦的限制的缺點(diǎn)。它既有縱扭復(fù)合型超聲電機(jī)低速、大扭矩的優(yōu)點(diǎn)，又有結(jié)構(gòu)簡單、長時間工作穩(wěn)定、壽命長、轉(zhuǎn)角可精確控制的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02N2/10GK1556583SQ20041001382
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者趙淳生, 鹿存躍 申請人:南京航空航天大學(xué)