基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机制造技术

本发明专利技术公布了一种基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，属于超声电机领域，本发明专利技术包括定子组件和转子组件，所述定子组件由定子基体、第一组压电陶瓷、第二组压电陶瓷、第三组压电陶瓷组成；所述转子组件由转动轴、锁紧螺母、弹簧盖、弹簧、两个转子、键以及轴承组成。其中，定子体上铣有三段六角平面，第一组压电陶瓷、第二组压电陶瓷、第三组压电陶瓷分别粘贴于这三段六角平面上，第一组压电陶瓷的粘贴方向与轴向成一角度α，第二组压电陶瓷方向与轴向平行，第三组压电陶瓷方向与轴向成一角度-α。它可以提供单向转动，具有加工工艺简单方便、成本低以及易于小型化的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声电机
，具体涉及一种基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机。
技术介绍
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩、响应快(毫秒级)、断电自锁、位置和速度控制性好、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机的一大分类，对它的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已不下于几十种。纵扭复合型超声电机通常含有两个振子一纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个相互垂直的振动。现有的纵扭电机存在两个缺点 1、其中的扭转振动模态需要扭振陶瓷片来激励，而扭振陶瓷片加工工艺复杂，成本高，从而造成电机成本居高不下； 2、由于纵扭复合型超声电机一般采用夹心式结构，需要为预紧螺栓预留一定的空间，因此电机尺寸很难做小，不利于电机的小型化。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的缺陷，提供转动平稳、输出力矩大、驱动系统简单，易于小型化，总成本低的基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，这种电机采用了基于d31效应的矩形压电陶瓷片来激励电机的工作模态。 本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案 本专利技术基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，包括定子组件和转子组件，其特征在于所述定子组件由管式定子基体、第一至第三组压电陶瓷组成；所述转子组件由转动轴、两个锁紧螺母、两个弹簧盖、两个弹簧、两个转子、键以及两个轴承组成；其中，管式定子基体上铣有第一至第三段六角平面，第一组压电陶瓷粘贴于第一段六角平面上、第二组压电陶瓷粘贴于第二段六角平面上、第三组压电陶瓷粘贴于第三段六角平面上，第一组压电陶瓷的粘贴方向与转动轴的方向成角度a ，第二组压电陶瓷方向与转动轴的方向平行，第三组压电陶瓷方向与转动轴的方向成角度-a ;两个轴承分别设置在管式定子基体的左右两端，转动轴穿过管式定子基体并通过两个轴承支撑，转动轴的两端分别依次穿过转子、弹簧和弹簧盖，两个转子分别设置于管式定子基体的左右端面上，通过弹簧盖压紧弹簧给两个转子施加预压力，并通过锁紧螺母固定弹簧盖，转动轴穿过两个转子的部分分别设置键，其中所述角度a的取值范围为30。 60° 。 基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，包括定子组件和转子组件，其特征在于所述定子组件由管式定子基体、第一、第三组压电陶瓷组成；所述转子组件由转动轴、两个锁紧螺母、两个弹簧盖、两个弹簧、两个转子、键以及两个轴承组成；其中，管式定子基体上铣有第一、第三段六角平面，第一组压电陶瓷粘贴于第一段六角平面上、第三组压3电陶瓷粘贴于第三段六角平面上，第一组压电陶瓷的粘贴方向与转动轴的方向成角度a ， 第三组压电陶瓷方向与转动轴的方向成角度-a ;两个轴承分别设置在管式定子基体的左 右两端，转动轴穿过管式定子基体并通过两个轴承支撑，转动轴的两端分别依次穿过转子、 弹簧和弹簧盖，两个转子分别设置于管式定子基体的左右端面上，通过弹簧盖压紧弹簧给 两个转子施加预压力，并通过锁紧螺母固定弹簧盖，转动轴穿过两个转子的部分分别设置 键，其中所述角度a的取值范围为30。 60° 。 本专利技术与
技术介绍
相比，电机加工工艺简单，易于小型化，压电陶瓷易于成形，总 成本低。本专利技术提出的电机仅需要一个正弦信号即可工作，电机可单向运转。附图说明 图1(a)和图1(b)是本专利技术提出的第一种基于d31效应的单向贴片式纵扭复合 型超声电机，包括定子组件和转子组件，图中各标号含义l-转动轴；2-锁紧螺母；3-弹簧 盖；4-弹簧；5-转子；6-管式定子基体；7-第一段六角面；8-第一组压电陶瓷；9_第二组压 电陶瓷；10-第二段六角面；ll-第三组压电陶瓷；12-第三段六角面；13_环形槽；14_键； 61-定子端面；15-轴承。 图2是本专利技术提出的第二种基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，包 括定子组件和转子组件，除了没有图1中的第二组压电陶瓷和第二段六角面之外，其它结 构完全相同。 图3(a)和图3(b)是本专利技术提出的基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电 机压电陶瓷极化布置方式和电激励方式。图3(a)为每一段六面角上压电陶瓷的电激励方 式，图3(b)为定子基体上同一侧面三个面上压电陶瓷的电激励方式，l-压电陶瓷，2-正弦 信号，3-压电陶瓷极化方向。 图4(a)和图4(b)是本专利技术提出的基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电 机工作机理。1-压电陶瓷片质点1 ;ll-压电陶瓷质点l位移；12-压电陶瓷片质点l位移 纵向分量；13-压电陶瓷片质点l位移横向分量；2-压电陶瓷片质点2 ;21-压电陶瓷质点2 位移；22-压电陶瓷片质点2位移纵向分量；13-压电陶瓷片质点2位移横向分量；3_压电 陶瓷。具体实施例方式下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明 实施例(一) 如图1所示，基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机包括定子组件和转 子组件。所述定子组件由定子基体6、第一组压电陶瓷8、第二组压电陶瓷9、第三组压电陶 瓷11组成；所述转子组件由转动轴1、锁紧螺母2、弹簧盖3、弹簧4、两个转子5、键14以及 轴承15组成。其中，定子体上铣有三段六角平面7、10、12，第一组压电陶瓷8、第二组压电陶 瓷9、第三组压电陶瓷11分别粘贴于这三段六角平面7、10、12上，第一组压电陶瓷8的粘贴 方向与轴向成一角度a ，第二组压电陶瓷9方向与轴向平行，第三组压电陶瓷ll方向与轴 向成一角度-a 。定子体上加工有两道对称的环形槽13，在定子的两端面61上加工有齿。 轴承15放置在定子两端，转动轴1穿过定子并通过轴承15支撑，两个转子5分别放在定子的两个端面61上，并用弹簧4施加预压力，其中所述角度a的取值范围为30。 60° 。 实施例(二) 如图2所示，基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，包括定子组件和转 子组件，其特征在于所述定子组件由管式定子基体6、第一、第三组压电陶瓷8、11组成；所 述转子组件由转动轴1、两个锁紧螺母2、两个弹簧盖3、两个弹簧4、两个转子5、键14以及 两个轴承15组成；其中，管式定子基体6上铣有第一、第三段六角平面7、12，第一组压电陶 瓷8粘贴于第一段六角平面7上、第三组压电陶瓷11粘贴于第三段六角平面12上，第一组 压电陶瓷8的粘贴方向与转动轴1的方向成角度a ，第三组压电陶瓷11方向与转动轴1的 方向成角度_a ;两个轴承15分别设置在管式定子基体6的左右两端，转动轴1穿过管式 定子基体6并通过两个轴承15支撑，转动轴1的两端分别依次穿过转子5、弹簧4和弹簧盖 3，两个转子5分别设置于管式定子基体6的左右端面上，通过弹簧盖3压紧弹簧4给两个 转子5施加预压力，并通过锁紧螺母2固定弹簧盖3，转动轴1穿过两个转子5的部分分别 设置键14，其中所述角度a的取值范围为30。 60° 。 所述管式定子基体6的左右两端分别设置环形槽13，用以调整定子纵扭频率一致 性。 所述在管式定子基体6的左右两端面上均布齿形凸块。 本专利技术提供的基于d31效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，其极化布置方式 和电激励方式如图3(a)和图3(b)所示。在每一段六角面的每一个面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ｄ３１效应的单向贴片式纵扭复合型超声电机，包括定子组件和转子组件，其特征在于：所述定子组件由管式定子基体（６）、第一至第三组压电陶瓷（８、９、１１）组成；所述转子组件由转动轴（１）、两个锁紧螺母（２）、两个弹簧盖（３）、两个弹簧（４）、两个转子（５）、键（１４）以及两个轴承（１５）组成；其中，管式定子基体（６）上铣有第一至第三段六角平面（７、１０、１２），第一组压电陶瓷（８）粘贴于第一段六角平面（７）上、第二组压电陶瓷（９）粘贴于第二段六角平面（１０）上、第三组压电陶瓷（１１）粘贴于第三段六角平面（１２）上，第一组压电陶瓷（８）的粘贴方向与转动轴（１）的方向成角度α，第二组压电陶瓷（９）方向与转动轴（１）的方向平行，第三组压电陶瓷（１１）方向与转动轴（１）的方向成角度－α；两个轴承（１５）分别设置在管式定子基体（６）的左右两端，转动轴（１）穿过管式定子基体（６）并通过两个轴承（１５）支撑，转动轴（１）的两端分别依次穿过转子（５）、弹簧（４）和弹簧盖（３），两个转子（５）分别设置于管式定子基体（６）的左右端面上，通过弹簧盖（３）压紧弹簧（４）给两个转子（５）施加预压力，并通过锁紧螺母（２）固定弹簧盖（３），转动轴（１）穿过两个转子（５）的部分分别设置键（１４），其中所述角度α的取值范围为３０°～６０°。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵淳生，杨淋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84