CN110601596B - 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 - Google Patents
一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110601596B CN110601596B CN201910384995.9A CN201910384995A CN110601596B CN 110601596 B CN110601596 B CN 110601596B CN 201910384995 A CN201910384995 A CN 201910384995A CN 110601596 B CN110601596 B CN 110601596B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- annular
- permanent magnet
- standing wave
- magnet rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 8
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/12—Constructional details
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，涉及压电驱动技术领域。它解决了现有压电驱动器由于材料磨损引起的寿命短、转速低等问题。本发明包括环形压电陶瓷片、环形金属基体、矩形磁块和永磁体转子；在压电陶瓷上施加单相脉动直流电压时，由环形压电陶瓷片和环形金属基体组成的定子弹性复合体会激励出轴向弯曲振动驻波，该轴向弯曲振动驻波会不断地改变粘贴在定子上的矩形磁块与永磁体转子之间的相对角度，最终通过磁体之间的同极斥力的侧向分力实现驱动。本发明可以应用于非接触驱动领域。
Description
技术领域
本发明涉及到一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
目前的压电驱动技术主要是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，压电驱动器的定子通常是由压电陶瓷与金属弹性体组成的特定形状的复合弹性体，通过对压电陶瓷施加超声频率的交流电压实现定子弹性体中同频机械振动的激励，进而在定子驱动区域内质点形成具有驱动作用的运动轨迹；进一步通过定子和转子之间的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。它具有低速大转矩、无需变速机构、响应速度快等优点，作为一种压电驱动器有十分广泛的应用。
由于现有的压电驱动器采用摩擦耦合驱动，导致存在寿命短、转速低等问题，使得应用范围受到严重制约。
发明内容
为了解决现有压电驱动器由于定子和转子之间摩擦耦合造成的驱动器寿命短、转速低的问题，提供了一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机包括环形压电陶瓷片（1）、环形金属基体（2）、矩形磁块（3）和永磁体转子（4）；环形压电陶瓷片（1）和矩形磁块（3）分别按照一定位置排列粘贴在环形金属基体（2）的上下两面；永磁体转子（4）是一个环形结构，它位于矩形磁块（3）的正上方。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形压电陶瓷片（1）和环形金属基体（2）通过粘贴方式组成弹性复合体，通过对压电陶瓷施加单相脉动直流电压，借助于压电陶瓷的d31工作模式实现弹性复合体轴向弯曲振动模态的激励。将环形压电陶瓷片（1）沿环形金属基体（2）下端面周向分为2n个相等的扇区，每个扇区对应驻波波长的二分之一，并且相邻两个扇区环形压电陶瓷片的极化方向是相反的，通过这种激励方式，便可生成圆环B（0，n）阶轴向弯曲振动模态。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的永磁体转子（4）在竖直方向上的自由度被限制，矩形磁块（3）将其按照圆环周向阵列粘贴在环形金属基体（2）的上表面，矩形磁块（3）的中心位于驻波波节处，相邻两个矩形磁块间隔一个波长，以便于各磁块形成有效的水平磁斥力分量，共同驱动永磁体转子沿逆时针（或顺时针）旋转。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形金属基体（2）所产生的驻波幅值周期性变化，进而不断改变矩形磁块（3）与永磁体转子（4）之间的相对角度，使得矩形磁块（3）对永磁体转子（4）产生水平磁斥力分量，持续驱动永磁体转子高速旋转。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机对环形压电陶瓷片（1）所施加的单相脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电，在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。
本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形金属基体（2）的轴线与永磁体转子（4）的轴线重合。
本发明的基于压电陶瓷的杆式磁斥力驱动方法的驱动器定子和动子之间无摩擦，驱动器寿命久，转速高，加工装配简便，便于实现系列化和商品化。
本发明适用于非接触驱动领域。
附图说明
图1是本发明的三维结构图。
图2是本发明的压电陶瓷极化分区示意图。
图3是本发明的压电陶瓷电极连接示意图。
图4是本发明的驱动示意图。
图5是本发明的环形金属基体轴向弯曲振动振型图。
具体实施方式
具体实施方式一： 结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，包括环形压电陶瓷片（1）、环形金属基体（2）、矩形磁块（3）和永磁体转子（4）；环形压电陶瓷片（1）和矩形磁块（3）分别按照一定位置排列粘贴在环形金属基体（2）的上下两面；永磁体转子（4）是一个环形结构，它位于矩形磁块（3）的正上方。
具体实施方式二： 本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，所述环形压电陶瓷片（1）和环形金属基体（2）通过粘贴方式组成弹性复合体，通过对压电陶瓷施加单相脉动直流电压，借助于压电陶瓷的d31工作模式实现弹性复合体轴向弯曲振动模态的激励。将环形压电陶瓷片（1）沿环形金属基体（2）下端面周向分为2n个相等的扇区，每个扇区对应驻波波长的二分之一，并且相邻两个扇区环形压电陶瓷片的极化方向是相反的，通过这种激励方式，便可生成圆环B（0，n）阶轴向弯曲振动模态。
具体实施方式三： 本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，所述永磁体转子（4）在竖直方向上的自由度被限制，矩形磁块（3）将其按照圆环周向阵列粘贴在环形金属基体（2）的上表面，矩形磁块（3）的中心位于驻波波节处，相邻两个矩形磁块间隔一个波长，以便于各磁块形成有效的水平磁斥力分量，共同驱动永磁体转子沿逆时针（或顺时针）旋转。
具体实施方式四： 本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，环形金属基体（2）所产生的驻波幅值周期性变化，进而不断改变矩形磁块（3）与永磁体转子（4）之间的相对角度，使得矩形磁块（3）对永磁体转子（4）产生水平磁斥力分量，持续驱动永磁体转子高速旋转。
具体实施方式五： 本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，对环形压电陶瓷片（1）所施加的单相脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电，在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。
具体实施方式六： 本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，环形金属基体（2）的轴线与永磁体转子（4）的轴线重合。
Claims (2)
1.一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，包括环形压电陶瓷片（1）、环形金属基体（2）、矩形磁块（3）和永磁体转子（4）；
环形压电陶瓷片（1）粘贴在环形金属基体（2）下端面，环形压电陶瓷片（1）沿环形金属基体（2）下端面周向分为2n个相等的扇区，每个扇区对应驻波波长的二分之一，并且相邻两个扇区环形压电陶瓷片的极化方向是相反的，通过施加单向脉冲电压，凭借压电陶瓷d31的工作模式生成圆环B（0，n）阶轴向弯曲振动模态；单相脉冲电压是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电，在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹；
所述的矩形磁块（3）按照圆环周向阵列粘贴在环形金属基体（2）的上表面，矩形磁块（3）的中心位于驻波波节处，相邻两个矩形磁块间隔一个波长；
所述的永磁体转子（4）是一个环形结构，它在竖直方向上的自由度被限制，单向弯曲驻波使得矩形磁块（3）和永磁体转子（4）之间的法线夹角产生周期性变化，进而持续产生有效的水平磁斥力分量，驱动永磁体转子（4）沿逆时针或顺时针连续旋转。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，其特征在于，所述永磁体转子（4）的轴线与环形金属基体（2）的轴线重合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910384995.9A CN110601596B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910384995.9A CN110601596B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110601596A CN110601596A (zh) | 2019-12-20 |
| CN110601596B true CN110601596B (zh) | 2022-07-01 |
Family
ID=68852570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910384995.9A Active CN110601596B (zh) | 2019-05-09 | 2019-05-09 | 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110601596B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111614817B (zh) * | 2020-05-27 | 2021-06-04 | 维沃移动通信有限公司 | 电子设备 |
| US11804790B2 (en) | 2020-07-28 | 2023-10-31 | Taurus Technologies Holdings, Inc. | Piezoelectric motor |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6369473A (ja) * | 1986-09-05 | 1988-03-29 | Sanyo Electric Co Ltd | モ−タ |
| JPS63283478A (ja) * | 1987-05-14 | 1988-11-21 | Marcon Electronics Co Ltd | 超音波モ−タ |
| CN100459403C (zh) * | 2005-04-18 | 2009-02-04 | 南京航空航天大学 | 驻波变频步进式超声电机 |
| TWI368692B (en) * | 2009-01-10 | 2012-07-21 | Univ Nat Cheng Kung | A contactless driving device |
| JP5808000B2 (ja) * | 2011-07-08 | 2015-11-10 | オリンパス株式会社 | 慣性駆動アクチュエータ |
| CN102647126B (zh) * | 2012-04-17 | 2014-10-15 | 浙江理工大学 | 局部磁场可调式微驱动器 |
| DE102013105024B3 (de) * | 2013-05-16 | 2014-09-25 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Ultraschallmotor |
| CN103414373B (zh) * | 2013-08-26 | 2015-09-02 | 苏州科技学院 | 单激励旋转超声电机 |
| TW201637343A (zh) * | 2015-04-10 | 2016-10-16 | He Yan | 平面斥力馬達 |
| CN106533254B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-02-01 | 哈尔滨工业大学 | 三自由度球形转子超声电机定子基体 |
| CN208782740U (zh) * | 2018-07-17 | 2019-04-23 | 浙江师范大学 | 一种犁形结构的非对称压电直线驱动器 |
| CN109302096B (zh) * | 2018-12-12 | 2020-04-21 | 南京工程学院 | 基于十字型定子结构的多陶瓷激振驻波型直线超声波电机 |
-
2019
- 2019-05-09 CN CN201910384995.9A patent/CN110601596B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110601596A (zh) | 2019-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101026343A (zh) | 多行波弯曲旋转超声电机定子及使用该定子的超声电机 | |
| CN207504784U (zh) | 定子组件及旋转型行波超声电机 | |
| CN102931869A (zh) | 一种贴片式超声波电机振子及其驱动方法 | |
| CN110601596B (zh) | 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 | |
| CN110677073B (zh) | 贴片式行波型双面交错齿超声电机定子 | |
| CN108712103B (zh) | 一种冲击式压电旋转马达 | |
| CN110022089B (zh) | 一种基于压电陶瓷的夹心式磁斥力旋转电机 | |
| CN102931875A (zh) | 贴片式方形超声波电机振子及其驱动方法 | |
| CN110829887B (zh) | 可双向旋转的驻波型双面磁斥力旋转电机 | |
| CN203596765U (zh) | 一种纵振动与弯曲振动复合模式超声波电机 | |
| CN105305873A (zh) | 纵扭复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法 | |
| CN110729919B (zh) | 同轴反向旋转的驻波型双面交错齿超声电机定子 | |
| CN105322825A (zh) | 纵振夹心式梁板复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法 | |
| CN102118118B (zh) | 直线型超声波微电机 | |
| Hao et al. | Analysis and design of a ring-type traveling wave ultrasonic motor | |
| CN102299663B (zh) | 采用弹簧块预紧的圆筒型行波超声电机振子 | |
| CN204559437U (zh) | 一种纵扭复合激振超声电机 | |
| CN105262367A (zh) | 贴片式超声电机、驱动平台及其驱动方法 | |
| CN105281597A (zh) | 强力输出夹心式模态转换超声电机、驱动平台及其驱动方法 | |
| CN110601590B (zh) | 贴片式驻波型双面齿超声电机定子 | |
| CN110022084A (zh) | 一种基于压电陶瓷的杆式磁斥力驱动方法 | |
| CN204559436U (zh) | 一种贴片式模态转换超声电机 | |
| CN202663320U (zh) | 一种两自由度超声波电机 | |
| CN110995056B (zh) | 一种同步冲击压电马达 | |
| CN105322824A (zh) | 夹心式复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |