CN108900112A - 内圆台定子的超声电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于内圆台定子的超声电机，包括定子，转子及支架，定子包括金属基体及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷，金属基体为空心圆柱形，其底面设置多个固定孔与基座固定；金属基体的中心孔为转子轴孔，转子为T型圆平台，其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承安装在基座上；通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置，使得定转子直接紧密接触。该电机具有结构简单，成本低，可在振动冲击环境中进行应用等优点。
Description
技术领域
本发明涉及到一种基于内圆台定子的超声电机，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
超声电机(Ultrasonic Motor,USM)是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动，在弹性体表面形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动。超声电机突破了传统电机的概念，它没有磁钢和绕组，不依靠电磁感应传递能量，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。
公开号为“CN 1610239A”，发明名称为“圆筒型非接触超声电机”中提出在圆筒四周均布压电陶瓷片构成了定子，并以此为基础开发了一种超声电机。但该电机定转子之间不接触，无法断电自锁；且圆筒内部是通孔，为了不影响定子工作模态的激发，定子安装在垫圈上，安装不便的同时增加了装配的复杂程度；且该电机不适合振动冲击等复杂环境。
发明内容
1、本发明的目的
为了解决“圆筒型非接触超声电机”中存在装配不变，无法断电自锁等问题，提出了一种基于内圆台定子的超声电机。
2、本发明的技术方案
本发明提出了一种基于内圆台定子的超声电机，包括定子，转子及支架，定子包括金属基体及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷，金属基体为空心圆柱形，其底面设置多个固定孔与基座固定；金属基体的中心孔为转子轴孔，转子为T型圆平台，其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承安装在基座上；通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置，使得定转子直接紧密接触。
更进一步，所述的多片压电陶瓷为四片，均匀的分布在圆筒的四周，压电陶瓷其中一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Psinωt，另一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Pcosωt，每组相对的压电陶瓷正负极相反；同时接入A相与B相电压，定子的内表面将产生行波，并在摩擦力的作用下驱动转子运动，产生输出。
更进一步，定子的底面下表面加工有一个凸台，凸台的直径小于定子底面直径。
更进一步，定子的内表面为一个倒圆台。
更进一步，定子下表面有螺纹孔，通过螺钉与基座紧密配合。
3、本发明的有益效果
(1)本发明中的定子在高频电压信号的激励下，产生时间与空间相位差均为90°的两相驻波在在定子内表面合成一个行波，最终在摩擦力的作用下驱动转子运动，产生输出。
(2)本发明加工装配简单，易于实现微型化，结构紧凑。
附图说明
图1为内圆台圆筒型超声电机的结构示意图。
图2为定子的结构示意图。
图3与图4分别为定子的俯视图与剖视图
图5为转子的结构示意图。
图6为定子的A相振动模态。
图7为定子的B相振动模态。
图中标号所代表的含义为：1为压电陶瓷片，2转子，3金属基体，3a中心轴孔，3b固定孔，4螺钉，5轴承，6基座，7弹簧，8螺母。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例1
如图1所示，本发明基于内圆台定子的超声电机，包括定子，转子及支架，其特征在于：定子包括金属基体3及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷1，金属基体3为空心圆柱形，其底面设置多个固定孔3b与基座6固定；
金属基体的中心孔3a为转子轴孔，转子为T型圆平台，其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承5安装在基座6上；通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置，使得定转子直接紧密接触。
基于压电陶瓷激发定子的B(0，3)模态制成的新型的超声电机。它主要是由定子组件，转子以及基座组成。其中定子由金属基体3与四片压电陶瓷1粘贴而成。转子2通过轴承5安装在基座6上，并通过弹簧7与螺母8的作用，使得定转子直接紧密接触。
压电陶瓷的粘贴方式如图2所示，四面压电陶瓷均匀的分布在圆筒的四周。压电陶瓷的极化方式与交变电压接入的方式如图3所示。其中，A相表示接入的交变电压为Psinωt，B相表示接入的交变电压为Pcosωt。当单独接入A相电压时，定子将产生如图6所示的B(0，3)振动模态，当单独接入B相电压时，定子将产生如图7所示的B(0，3)的振动模态，图6与图7在空间上相差90°。当同时接入A相与B相电压，定子的内表面将产生行波，并在摩擦力的作用下驱动转子运动，产生输出。
其中，定子的内表面为一个圆台，如图4所示，为了使得定转子之间紧密接触，转子的也是一个圆台，如图5所示。定子的下表面与基座与紧密固定，为了不影响定工作模态的激发，定子的下表面加工有一个凸台，如图4中的虚线框所示，其中凸台的直径小于内部圆台的下端直径。
本发明针对圆筒型超声电机，提出了一种内圆台圆筒超声电机，该电机装配简单，可实现小型化，并简化了圆筒型超声电机装配过程，可在振动、冲击等复杂环境中应用。
工作原理：
本发明中的超声电机主要由定子、转子以及基座等组件构成。定子组件是在金属基体的四周均匀粘贴压电陶瓷片，定子下表面与基座之间通过螺钉紧固连接，为了不影响定子工作模态的正确激发，在定子的下表面加工成一个圆台，且圆台的直径小于定子内部直径；所述定子的内部为一个内圆台，与同样是圆台形的转子接触；圆台形转子通过轴承安装在基座上，且转子的输出轴上有螺纹，并通过弹簧与螺母的作用，使得定转子紧密接触，实现断电自锁。
本发明中的定子在高频电压信号的激励下，产生时间与空间相位差均为90°的两相驻波在在定子内表面合成一个行波，最终在摩擦力的作用下驱动转子运动，产生输出。本发明加工装配简单，易于实现微型化，结构紧凑。
Claims (5)
1.一种基于内圆台定子的超声电机，包括定子，转子及支架，其特征在于：定子包括金属基体(3)及其周围均匀粘贴的多片压电陶瓷(1)，金属基体(3)为空心圆柱形，其底面设置多个固定孔(3b)与基座(6)固定；金属基体的中心孔(3a)为转子轴孔，转子为T型圆平台，其平台下端的输出轴穿过中心孔通过轴承(5)安装在基座(6)上；通过螺母限定套在转子的输出轴下端的弹簧位置，使得定转子直接紧密接触。
2.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机，其特征在于：所述的多片压电陶瓷(1)为四片，均匀的分布在圆筒的四周，压电陶瓷其中一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Psinωt，另一组相对的两个压电陶瓷片为交变电压为Pcosωt，每组相对的压电陶瓷(1)正负极相反；同时接入A相与B相电压，定子的内表面将产生行波，并在摩擦力的作用下驱动转子运动，产生输出。
3.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机，其特征在于：定子(3)的底面下表面加工有一个凸台，凸台的直径小于定子底面直径。
4.根据权利要求3所述的基于内圆台定子的超声电机，其特征在于：定子(3)的内表面为一个倒圆台。
5.根据权利要求1所述的基于内圆台定子的超声电机，其特征在于：定子(3)下表面有螺纹孔，通过螺钉与基座紧密配合。
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