一種單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的超聲電機(jī)領(lǐng)域，尤其是涉及一種利用超聲橢圓振動(dòng)的單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展和應(yīng)用的一種新型微電機(jī)，是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換的機(jī)電耦合裝置，通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。目前已有的旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)中，普遍存在驅(qū)動(dòng)力矩小，軸向體積大、定轉(zhuǎn)子的內(nèi)外徑接觸區(qū)磨損差別大、工作可靠性低等問(wèn)題。
[0003]單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機(jī)也是超聲電機(jī)的一種，它是利用一組壓電陶瓷元件的驅(qū)動(dòng)，通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的模態(tài)轉(zhuǎn)換器使定子產(chǎn)生具有兩種振動(dòng)模態(tài)分量的復(fù)雜振動(dòng)。如果這兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)之間存在一定的相位差且頻率相近，定子和轉(zhuǎn)子接觸界面上定子的端面質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生橢圓軌跡振動(dòng)，從而通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦獲得轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)和扭矩。
[0004]在公開(kāi)號(hào)為CN101860259A，發(fā)明名稱為《單電信號(hào)激勵(lì)旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)》的專利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了一種利用利用窗形錯(cuò)位模態(tài)轉(zhuǎn)換器將夾心式壓電振子產(chǎn)生的縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)齒質(zhì)點(diǎn)橢圓振動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的超聲電機(jī)，該發(fā)明控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，裝配容易，但是其窗形錯(cuò)位模態(tài)轉(zhuǎn)換器制造難度較大，生產(chǎn)成本較高，且其只能進(jìn)行單向旋轉(zhuǎn)，這些問(wèn)題制約了其在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣和應(yīng)用。
[0005]在公開(kāi)號(hào)為CN101030740A，發(fā)明名稱為《單相驅(qū)動(dòng)的彎曲旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)》的專利文獻(xiàn)中，公開(kāi)了一種機(jī)體的結(jié)構(gòu)呈錐狀的單相驅(qū)動(dòng)駐波旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)，該電機(jī)依靠六片沿軸向疊合在一起的壓電陶瓷片激發(fā)定子的振動(dòng)，六片壓電陶瓷片依靠壓緊螺母及壓軸套固定在中軸上。該電機(jī)雖然具有輸出力矩較大等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在壓電陶瓷片的壓緊過(guò)程中因壓緊螺母的螺旋運(yùn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)力)極易造成壓電陶瓷片之間錯(cuò)位，難以保證相鄰壓電陶瓷片之間錯(cuò)位60度的技術(shù)要求；此外，該電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間不帶任何定位裝置，這使得定子與轉(zhuǎn)子兩者之間的接觸位置精度受到影響，進(jìn)而影響電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度的穩(wěn)定性；此類旋轉(zhuǎn)超聲電動(dòng)機(jī)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造安裝較困難，成本較高、電機(jī)轉(zhuǎn)矩和速度的穩(wěn)定性差等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型提供了一種新型的單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)，目的是為了克服上述旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)中存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出功率大，成本低、壽命長(zhǎng)、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大的單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)。
[0007]—種單電信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙向旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)，包括兩個(gè)相同的定子、一個(gè)轉(zhuǎn)子和一套正壓預(yù)緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)，定子包括心軸和依次套設(shè)在心軸上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片、橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器，心軸和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器通過(guò)螺紋聯(lián)接后將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器壓緊固定。同時(shí)定子部分也是超聲電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉(zhuǎn)換為定子部分的超聲振動(dòng)能量。
[0008]所述的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器為一體化結(jié)構(gòu)，包括下端的圓柱體部分和上端的驅(qū)動(dòng)齒部分，所述驅(qū)動(dòng)齒部分在圓周方向均布設(shè)置在圓柱體部分的上端，驅(qū)動(dòng)齒的數(shù)量為3-12個(gè)。每個(gè)驅(qū)動(dòng)齒沿徑向方向的投影為直梁和斜梁的復(fù)合結(jié)構(gòu)，直梁的幾何中心軸線和圓柱體部分的軸線平行，直梁的一端與圓柱體部分的前端聯(lián)接，另一端懸伸；斜梁的一端和圓柱體部分的前端偏離直梁軸線的一側(cè)聯(lián)接，另一端和直梁的中間部位聯(lián)接，斜梁的幾何中心軸線和直梁的幾何中心軸線成0-90度夾角，直梁和斜梁與圓柱體部分的聯(lián)接處均為圓弧過(guò)渡聯(lián)接。
[0009]使驅(qū)動(dòng)齒形成直梁和斜梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的目的是為了改變橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的振動(dòng)模態(tài)，使驅(qū)動(dòng)齒的縱向振動(dòng)模態(tài)頻率和彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率接近或相等，由于直梁和斜梁復(fù)合結(jié)構(gòu)的存在，超聲電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換部分產(chǎn)生的縱向超聲振動(dòng)在傳遞到斜梁后，在斜梁根部分解為一部分縱向振動(dòng)分量和一部分彎曲振動(dòng)分量，當(dāng)斜梁分解的縱向振動(dòng)分量和彎曲振動(dòng)分量傳遞到直梁后，和直梁上傳播的縱向振動(dòng)相復(fù)合，最終在直梁末端形成具有一定相位差的縱向振動(dòng)分量和彎曲振動(dòng)分量復(fù)合的超聲橢圓振動(dòng)，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)齒末端沿超聲電機(jī)圓周切向的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動(dòng)。
[0010]轉(zhuǎn)子包括摩擦盤和軸承，軸承設(shè)置在摩擦盤內(nèi)部；正壓預(yù)緊力調(diào)整機(jī)構(gòu)包括彈簧和支撐結(jié)構(gòu)，彈簧一端與一定子的法蘭盤固定，另一端與支撐結(jié)構(gòu)固定。
[0011]所述的兩個(gè)定子同軸設(shè)置，且定子上橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)齒端均朝向摩擦盤并和摩擦盤接觸，其中一個(gè)定子通過(guò)法蘭盤進(jìn)行固定，另一個(gè)定子通過(guò)法蘭盤和彈簧一端連接，支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)接在彈簧另一端，通過(guò)調(diào)節(jié)支撐結(jié)構(gòu)的位置，在兩個(gè)定子和轉(zhuǎn)子之間形成正壓預(yù)緊力。
[0012]更進(jìn)一步，所述橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)齒末端粘接有A摩擦材料。
[0013]更進(jìn)一步，所述摩擦盤上與驅(qū)動(dòng)齒相接觸的兩個(gè)端面粘接有B摩擦材料。
[0014]更進(jìn)一步，所述后蓋板和所述心軸制作成分體式結(jié)構(gòu)或一體化結(jié)構(gòu)。
[0015]更進(jìn)一步，本實(shí)用新型只需要一路超聲電源輸出信號(hào)和控制電路，當(dāng)需要轉(zhuǎn)子向一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將超聲電源輸出的電信號(hào)接入到相應(yīng)定子的電極片即可，如果需要轉(zhuǎn)子向另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將該超聲電源輸出的電信號(hào)接入到另外一個(gè)定子的電極片即可。
[0016]本實(shí)用新型定子采用夾心式換能器結(jié)構(gòu)，利用特殊設(shè)計(jì)的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)化器，利用一組壓電陶瓷的縱向振動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)了定子驅(qū)動(dòng)齒端面質(zhì)點(diǎn)的橢圓軌跡運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)定子分別進(jìn)行工作時(shí)，可驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子進(jìn)行雙向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率容量大，制造容易，裝配難度低等優(yōu)點(diǎn)；另外本實(shí)用新型只需要一組控制電路及其驅(qū)動(dòng)電源，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，制造容易，控制難度小，可靠性高；同時(shí)本實(shí)用新型具有體積小、重量輕、易于微型化、集成化、成本低、低速大扭矩、噪聲小、響應(yīng)快、定位精度高、無(wú)電磁干擾和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本實(shí)用新型的橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器三維結(jié)構(gòu)示意圖(無(wú)法蘭盤)。
[0019]圖3是本實(shí)用新型的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1.心軸，2.后蓋板，3.壓電陶瓷片，4.電極片，5.法蘭盤，6.橢圓振動(dòng)模態(tài)轉(zhuǎn)換器，7.A摩擦材料，8.B摩擦材料，9.摩擦盤，10