專利名稱：基于d15效應的扭振行波旋轉超聲電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲電機，尤其涉及一種扭振行波型旋轉超聲電機，屬于超聲電機技術領域。
背景技術：
行波旋轉超聲電機屬于新型特種電機，其工作原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，將電能轉換為彈性體(定子)的機械能，使定子表面產(chǎn)生高頻的微幅振動(微米級別)， 通過合成定子表面的振動而形成行波，再利用接觸和摩擦作用將定子的微幅振動轉換為轉子的轉動，從而輸出機械能，驅動負載。行波旋轉超聲電機是最具應用價值的一類超聲電機，目前已經(jīng)應用到了很多地方，這類超聲電機能夠達到很高的扭矩和轉速，且性能穩(wěn)定。對它的研究可追溯到20世紀 80年代，到目前為止，其具體的構造形式已有很多種。然而，大多數(shù)行波旋轉超聲電機都是用膠將壓電陶瓷粘貼在定子中，而膠粘方式對于高溫等特殊環(huán)境的適應性很差，例如在航天領域存在著極端高溫環(huán)境，這種環(huán)境會影響粘膠的性能，從而導致電機性能下降甚至發(fā)生故障，這就降低了超聲電機在航空航天領域中的穩(wěn)定性和可靠性。為了更好地發(fā)揮超聲電機的應用價值，亟需一種能在高溫等特殊環(huán)境中持續(xù)工作的超聲電機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，而提出一種環(huán)境適應性強、可靠性高的基于dl5 效應的扭振行波旋轉超聲電機。該扭振行波旋轉超聲電機包括由定子、轉子、底座和輸出軸構成的超聲電機本體以及至少兩組用于產(chǎn)生扭轉振動的扭振子組件，每組扭振子組件均通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接。所述每組扭振子組件均是由前配重、后配重、預緊螺栓和至少一對扭振壓電陶瓷片組成，其中預緊螺栓依次將后配重、扭振壓電陶瓷片對和前配重夾緊，前配重的端面通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接。所述扭振壓電陶瓷片對中的兩片扭振壓電陶瓷片以極化方向相反的方式布置。技術效果I、充分有效地利用了扭振子便于螺栓安裝的特點，從而避免了采用膠粘方式固定壓電陶瓷片，大大提高了超聲電機的環(huán)境適應能力，降低了電機性能受溫度的影響，擴大了應用范圍，也提高了可靠性。2、借鑒了行波旋轉超聲電機的優(yōu)化設計結構，結構容易擴展，可以滿足高轉速和大扭矩的要求，提高了輸出功率。


圖I為本發(fā)明的剖視結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例I的扭振子組件與定子連接結構示意圖。
圖3為本發(fā)明實施例2的扭振子組件與定子連接結構示意圖。圖I 圖3中的標號名稱1、定子；2、底座；3、下軸承；4、輸出軸；5、摩擦材料；6、 罩殼；7、上軸承；8、阻尼材料；9、轉子；10、連接臂；111、前配重；112、后配重；113、扭振壓電陶瓷片；114、預緊螺栓。圖4為本發(fā)明中的扭振壓電陶瓷片極化方式與電激勵方式示意圖，圖中箭頭表示扭振壓電陶瓷片的極化方向；φ表示第一扭振子組件上的電壓相位；φ±90°表示第二扭振子組件上的電壓相位。
具體實施例方式下面對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明超聲電機包括由定子、轉子、底座和輸出軸構成的超聲電機本體以及至少兩組用于產(chǎn)生扭轉振動的扭振子組件，所有的扭振子組件均設置于超聲電機本體外側，每組扭振子組件均通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接。本發(fā)明超聲電機的剖視結構如圖I所示。在超聲電機本體中定子I安裝在底座 2上，輸出軸4連接在轉子9上，轉子9的上端粘貼有阻尼材料8，轉子9的下端面粘貼有摩擦材料5并與定子I接觸，輸出軸4的頂端通過上軸承7安裝在罩殼6的端蓋內(nèi)，輸出軸4 通過下軸承3定位在底座2上并延伸出底座2，在定子I的表面有開齒摩擦片，其用于及時排除定、轉子工作期間產(chǎn)生的細小粉末，以保證電機穩(wěn)定工作。每組扭振子組件均是由前配重111、后配重112、預緊螺栓114和至少一對基于dl5效應的扭振壓電陶瓷片組成，每對扭振壓電陶瓷片中的兩片扭振壓電陶瓷片以極化方向相反的方式布置，其中前配重111、扭振壓電陶瓷片對和后配重112構成中空的筒形，前、后配重的內(nèi)部設有螺紋，通過擰入預緊螺栓114依次將后配重112、扭振壓電陶瓷片對和前配重111夾緊，從而固定住扭振壓電陶瓷片對，此時扭振子組件呈圓柱體。在前配重111的端面通過連接臂10與超聲電機本體中的定子I連接，連接臂通過過盈配合或焊接等方式連接在前配重端面和定子之間。對扭振子組件進行激勵，扭振子組件產(chǎn)生扭轉振動，并通過連接臂的強迫振動來激發(fā)定子上的行波旋轉型振動，從而通過定轉子之間的摩擦作用驅動轉子進行旋轉運動。對于所有扭振子組件中的任意兩組，用兩個相位差為90°的正弦信號分別激勵兩組扭振子組件，如圖4所示，假設每組扭振子組件中只包含一對扭振壓電陶瓷片，將兩片壓電陶瓷片與前、后配重的兩個接觸面接地，而兩片壓電陶瓷片之間的接觸面接入正弦信號。 從而，在定子上得到兩組在空間上和時間上都相差90°的Btln (η = 1，2，3...)模態(tài)響應，進而使轉子產(chǎn)生行波旋轉運動。下面提供兩種扭振子組件與定子的連接結構實施例實施例I如圖2所示，連接臂為兩根細長的突出足，扭振子組件通過這兩根突出足連接在定子的外圓側面，扭振子組件的軸向與定子的徑向平行。實施例2如圖3所示，扭振子組件通過直角形的連接臂連接在定子的底部圓面上， 扭振子組件的軸向位于定子的徑向上，便于電機的安裝和固定。
權利要求
1.一種基于dl5效應的扭振行波旋轉超聲電機,包括由定子、轉子、底座和輸出軸構成的超聲電機本體，其特征在于還包括至少兩組用于產(chǎn)生扭轉振動的扭振子組件，每組扭振子組件均通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于dl5效應的扭振行波旋轉超聲電機，其特征在于所述每組扭振子組件均是由前配重、后配重、預緊螺栓和至少一對扭振壓電陶瓷片組成，其中預緊螺栓依次將后配重、扭振壓電陶瓷片對和前配重夾緊，前配重的端面通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于dl5效應的扭振行波旋轉超聲電機，其特征在于所述扭振壓電陶瓷片對中的兩片扭振壓電陶瓷片以極化方向相反的方式布置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于d15效應的扭振行波旋轉超聲電機，屬于超聲電機技術領域。該超聲電機是由超聲電機本體和至少兩組用于產(chǎn)生扭轉振動的扭振子組件組成，每組扭振子組件均通過連接臂與超聲電機本體中的定子連接，每組扭振子組件中均包含至少一對極化方向相反的基于d15效應的扭振壓電陶瓷片，對扭振子組件進行激勵，其會產(chǎn)生扭轉振動并通過連接臂來激發(fā)定子振動，從而通過定轉子之間的摩擦驅動轉子旋轉。本發(fā)明環(huán)境適應性強，結構易擴展，可靠性高，具有更高的輸出功率。
文檔編號H02N2/16GK102594199SQ201210043319
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權日2012年2月24日
發(fā)明者楊淋, 賀奔, 趙淳生 申請人:南京航空航天大學