CN100367650C - 一种利用磁压的微型超声马达装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用磁压的微型超声马达装置，属于超声应用领域，该装置包括激励超声振动的定子、转子及提供转子和定子间预压力的装置，所说的定子由激励振动的压电陶瓷元件及与其相连的由可与磁铁之间产生磁吸力的材料制成的匹配块构成；所说的转子由不可磁化的基体和与其相连的磁铁构成，该磁铁所提供的磁力足以承担转子本身的重力，并提供定子与转子间的预压力使转子可以转动。该超声马达结构简单，制作简便，易于微型化。另外，转子的结构也使其易于使用。本发明将在生物、医疗、微机械等领域有着广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于超声应用领域，特别涉及一种微型化的超声马达结构设计。
背景技术
压电超声马达是利用压电材料的逆压电效应，采取特定的结构制成的驱动机构，它一般由定子、转子以及预压力机构等功能部件构成。它利用压电陶瓷的逆压电效应，在定子表面产生超声振动，并由定子与转子之间的摩擦力驱动转子运动。超声马达具有以下优于普通电磁马达的特点：
1、低转速、大转矩，不需要减速机构可直接驱动负载。
2、体积小、结构灵活，功率体积比是电磁马达的3-10倍。
3、起动停止响应快，响应时间小于1毫秒。
4、不产生电磁干扰，也不受电磁干扰。
5、有自保持力矩，无齿轮间隙，可精密定位。
6、运行安静无噪声。
弯曲振动模态超声波马达是超声马达的一种，它的结构相对别的超声马达比较简单，同样主要由激励超声振动的定子，输出力矩的转子/轴以及给转子加压的预压力机构等组成，所说的定子又主要由激励振动的压电陶瓷元件以及匹配块构成。同时弯曲振动模态超声波马达又根据激励弯曲摇头振动的方式和压电陶瓷元件的形状分为压电片驱动马达、压电管驱动马达。它们的传动原理和驱动机构都相同，如图1所示。定子处于圆周摇头的振动模态，定子11与环状转子12之间有一很小的间隙，传动时定子边弯曲边摇头运动，因此定转子之间有切点接触，其接触点在定子的外圆周边上移动，依次，定、转子间的摩擦力使转子沿与接触点移动方向相反的方向转动。
超声马达转子运动的关键在于使转子与定子接触并提供一定的压力，使得定子表面的超声振动通过转子与定子之间的摩擦力驱动转子运动。所以，为了使转子转动，需要有提供转子和定子间预压力的装置。已有的两种提供预压力的结构如图2和图3所示。其中图2是外壳卡定结构的马达，整个驱动机构罩在一个金属外壳20里面，外壳通过橡胶垫21和聚四氟乙烯圈22压迫弹簧23提供转子24和定子25间预压力。图3是固定轴结构的压电柱超声马达，其中弹簧33提供了转子和定子间的压力。
已有的超声马达结构特点是提供预压力装置较为复杂，实现上较为麻烦。另外给外界提供的转动装置是一根细轴(如图2所示)，或是弹簧压紧的环状转子(如图3所示)，不利于在某些情况下使用。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种利用磁压的微型超声马达装置，由磁铁与定子之间的磁力提供转动所需的预压力。该超声马达结构简单，易于微型化，可在生物、医疗、微机械等领域有着广泛的应用前景。
本发明提出的一种利用磁压的微型超声马达装置，包括激励超声振动的定子、转子及提供转子和定子间预压力的装置，其特征在于，所说的定子由激励振动的压电陶瓷元件及与其相连的由可与磁铁之间产生吸力的材料制成的匹配块构成；所说的转子由不可磁化的基体和与其相连的磁铁构成，该磁铁所提供的磁力足以承担转子本身的重力，并提供定子与转子间的预压力从而使转子可以转动。
本发明的这种利用磁压的超声马达在使用时只需将转子与转动装置通过机械固定或粘接的方法固定在一起即可，这时转子的转动将为整个转动装置提供动力。
本发明由转子的磁铁与定子之间的磁力提供转动所需的预压力。其优点为结构简单，制作简便，易于微型化，易于使用。
本发明将在生物、医疗、微机械等领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为超声马达摇头运动示意图。
图2为已有的一种外卡定的超声马达结构示意图。
图3为已有的一种固定轴的超声马达结构示意图。
图4为本发明的超声马达定子结构实施例示意图。
图5为本发明的超声马达转子结构实施例示意图。
具体实施方式
本发明的超声马达装置包括定子和转子两个主要部分。定子结构实施例如图4所示，它由激励振动的圆柱形压电陶瓷元件42及与其相连的圆柱形匹配块41构成(压电陶瓷元件和匹配块也可采用其它形状)，该匹配块41表面相连有一突出轴，该匹配块和突出轴可用普通钢一体加工而成(也可采用其它与磁铁产生磁吸力的材料)，其中匹配块的突出轴起定位作用。而超声马达转子结构实施例如图5所示，此转子由中心有孔的铝圆柱或不锈钢圆柱52和其之上的圆盘状磁铁51构成，圆盘状磁铁由永磁材料，如钕铁硼、铁氧体等制作而成。二者之间通过强力胶粘接或机械的方式固定在一起。只需要将转子与定子通过轴孔配合装配好即可使用。转子中心的孔与定子的突出轴形成配合关系。为了使得粘接时更加容易，本实施例的铝柱的孔加工为盲孔，即其一端并未打通，当然打通也可以用。由于定子匹配块的突出轴的材料为可与磁铁产生磁吸力的材料，突出轴与转子的磁铁之间产生吸力，从而使转子可以吸附在定子上并提供转子与定子之间的预压力，用以驱动转子转动。其中铝柱也可用另外的不可磁化的材料制作，但不能用可磁化的材料制作，否则其磁化将使转子与定子间的压力非常小，不足以提供转子转动的动力。
本实施例的总体尺寸为：定子与转子的直径为2mm，磁铁长度为2mm，转子和定子组装在一起时，长度不超过8mm。
Claims (2)
1.一种利用磁压的微型超声马达装置，包括激励超声振动的定子、转子及提供转子和定子间预压力的装置，其特征在于，所说的定子由激励振动的压电陶瓷元件及与其相连的由可与磁铁之间产生磁吸力的材料制成的匹配块构成；所说的转子由不可磁化的基体和与其相连的磁铁构成，该磁铁所提供的磁力足以承担转子本身的重力，并提供定子与转子间的预压力使转子可以转动；所说的转子基体为中心有盲孔或通孔的非磁性柱体，所说的磁铁为与该柱体截面形状相应的盘状磁铁，所说的定子的匹配块具有与该转子的孔相配合的突出轴，定子与转子通过轴与孔的配合实现装配成一体。
2.如权利要求1所述的利用磁压的微型超声马达装置，其特征在于，所说的匹配块采用普通钢一体加工而成，所说的转子基体采用铝或不锈钢制成，所说的磁铁由永磁材料制作而成，该磁铁与转子基体通过强力胶粘接或机械的方式固定在一起。
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