CN1279686C - 一种新型压电陶瓷电机 - Google Patents
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Abstract
一种新型压电陶瓷电机，包括定子、转子、分区极化的压电陶瓷片、安装在转子中心的输出轴以及用于调整定子和转子之间压力的预压紧机构，其技术特点是将外壳作为电机的定子，所述的压电陶瓷片粘接在转子上；在中心输出轴上安装有电极环，该电极环与电刷相接触。本发明改变了以往压电陶瓷电机具有独立的定子、转子和外壳，并且压电陶瓷片均设置在定子上的结构；本发明将电机的外壳作为定子，将压电陶瓷片设置在转子上，减少了结构部件，结构简单紧凑，降低了产品的成本，有利于产业化生产和广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电陶瓷电机的结构设计。
背景技术
压电陶瓷电机是一种20世纪后期发明和发展起来的电机，这种压电陶瓷电机和传统电磁电机相比有许多特点，例如：压电陶瓷电机转速低，转矩大，不需要减速机构可直接驱动负载，体积小，结构灵活，起动停止响应快，有自保持力矩等。由于压电陶瓷电机具有电磁电机所不具备的许多特点，它的发明与发展仅有20年的历史，但在宇航、机器人、汽车、精密定位、医疗器械、微型机械等领域已得到成功的应用。尽管如此，但由于压电陶瓷电机产品的成本较高，目前在国外主要应用于高端产品。而在我国，目前压电陶瓷电机还没有产业化产品。影响压电陶瓷电机普及应用的原因很多，其中主要原因之一是这些压电陶瓷电机的结构都比较复杂。常见的压电陶瓷电机的主要部件是由定子、转子和定子—转子间预紧机构和电机外壳组成，并且压电陶瓷片均粘接在定子上，利用压电陶瓷的逆压电效应，通过施加超声频率的交流电压在压电陶瓷片上，在定子表面产生特定的超声振动，并由定子通过摩擦力驱动转子运动。由于压电陶瓷电机必须有独立的定子和转子等部件，因此加工成本高，产品价格高，妨碍了压电陶瓷电机的大规模普及应用。参见上羽贞行等人著的“超声波马达理论与应用”(上海科学技术出版社，1998)。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型压电陶瓷电机，该压电陶瓷电机不仅可保持压电陶瓷电机的转速低、转矩大，不需要减速机构可直接驱动负载等特点，而且结构简单紧凑，成本低。
本发明的技术方案如下：包括定子、转子、分区极化的压电陶瓷片、安装在转子中心的输出轴以及用于调整定子和转子之间压力的预压紧机构，其特征在于：所述的定子为电机的外壳，所述的压电陶瓷片粘接在转子上；在所述的中心输出轴上安装有电极环，该电极环与电刷相接触，所述的转子与所述的电极环连接在一起。
本发明所述的外壳由壳体和盖组成，壳体或盖作为定子；所述的定子可采用金属材料或耐磨工程塑料；若定子采用金属材料时，定子上粘有耐磨材料与转子相接触。
本发明提供的新型压电陶瓷电机，改变了以往压电陶瓷电机具有独立的定子、转子和外壳，并且压电陶瓷片均设置在定子上的结构；本发明将电机的外壳作为定子，将压电陶瓷片设置在转子上，减少了结构部件，结构简单紧凑，降低了产品的成本，有利于产业化生产和广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的一种将盖作为定子的实施例结构示意图。
图2为本发明提供的另一种将壳体作为定子的实施例的结构示意图。
图3为压电陶瓷片分区极化和加电方式示意图。
图4为转子的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
本发明主要包括定子(壳体1或盖2)、转子3、分区极化的压电陶瓷片5、安装在转子中心的输出轴9以及用于调整定子和转子之间压力的弹簧7。所述的压电陶瓷片5粘接在转子3上，在所述的中心输出轴上安装有电极环6，该电极环与电刷10相接触。
压电陶瓷片5是分区极化(见图3)，四个区(图3中括号的数字分别表示4个区)为一组，其中相邻两区正极与转子相粘接，另外相邻两区的负极与转子相粘接。在一组中，每一个区的加电压的方式依次为正正弦，正余弦，负正弦，负余弦；至少有两组压电陶瓷片，在不和转子接触的面上，极化区是间隔相连的。在转子3的另一个面上加工有齿11(如图4所示)，用来增加表面位移。在转子的中心装有输出轴9，用于输出力矩。
图1为本发明提供的一种将盖作为定子的实施例的结构示意图。将盖2作为定子，采用金属材料，在盖上粘有耐磨材料4。耐磨材料可采用PPS、PBT或改性的超高分子量的聚乙烯等。转子3上的齿11与定子上的耐磨材料4相接触。转子和电极环6连接在一起。弹簧7的一端压在电极环6上，另一端压在轴承8的内环上，轴承的外环压在壳体上，用于调整定子和转子之间的压力，转子和外壳之间可以自由相对转动。电极环6分别与两个电刷10相接触，用于输入正弦和余弦电信号，若盖采用耐磨工程塑料时，就不需粘接耐磨材料4。
当交流电信号加在压电陶瓷片5上时，压电陶瓷片开始振动，并在转子内激励出行波。转子内的行波使转子上齿的表面质点产生椭圆轨迹运动。转子和定子之间的摩擦力驱动转子产生旋转运动。
图2为本发明的另外一种结构，它是采用壳体作为定子。如果壳体采用耐磨工程塑料，就不需要耐磨塑料4。
Claims (4)
1.一种新型压电陶瓷电机，包括定子、转子、分区极化的压电陶瓷片、安装在转子中心的输出轴以及用于调整定子和转子之间压力的预压紧机构，其特征在于：所述的定子为电机的外壳，所述的压电陶瓷片粘接在转子上；在所述的中心输出轴上安装有电极环，该电极环与电刷相接触，所述的转子与所述的电极环连接在一起。
2.按照权利要求1所述的压电陶瓷电机，其特征在于：所述的外壳由壳体和盖组成，所述的壳体或盖作为定子。
3.按照权利要求2所述的压电陶瓷电机，其特征在于：所述的定子采用金属材料，在定子上粘有耐磨材料与转子相接触。
4.按照权利要求2所述的压电陶瓷电机，其特征在于：所述的定子采用耐磨工程塑料。
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