CN201075845Y - 螺母型超声电机 - Google Patents

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周铁英
陈宇
傅德永
鹿存跃
李毅
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Abstract

本实用新型涉及螺母型超声电机，属于超声技术和特种电机应用领域。该电机包括定子，转子，以及结合在定子表面的压电元件，其特征在于，该定子为截面为N边形的带有内螺纹的金属管，N为正整数，其内套有转子，该转子的外圆壁带有与该定子相配合的外螺纹，该转子与定子之间通过螺纹相啮合。定子通过螺纹驱动转子旋转，并通过螺纹将转子的旋转运动转化为直线运动。本实用新型结构简单可省去其他传动机构，能更好地适合微型化，在微机械、光学调焦等领域具有应用前景。

Description

螺母型超声电机
技术领域
本实用新型属于超声技术和特种电机领域，特别涉及一种螺母型超声电机的结构和驱动方式。
背景技术
压电超声电机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，它一般由压电陶瓷片、定子、转子以及预压力机构，传动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。
图1为已有的一种定子内有凸台的八面体螺纹驱动超声电机，它包括：外管式定子11，定子的内表面上部有凸台，凸台部分的内表面带有内螺纹，定子的底端被固定支撑；定子的外表面为八面体，压电片12(121、122、123、124、125、126、127、128)共8片分别粘贴在八面体上构成振动体，具有外螺纹的内管式转子13套在定子11的里面，与定子的内螺纹相配合。该凸台增大了电机尺寸，减少了驱动面积，驱动方法单一。
发明内容
本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，设计出一种螺母型超声电机，它的定子带有内螺纹形似螺母，本实用新型结构简单可省去其他传动机构，能更好地适合微型化，在微机械、光学调焦等领域具有应用前景。
本实用新型设计的螺母型超声电机，包括定子，转子，以及结合在定子表面的压电元件，其特征在于，该定子的截面为N边形的带有内螺纹的金属管，N为正整数，其内套有转子，该转子的外圆壁带有与该定子相配合的外螺纹，该转子与定子之间通过螺纹相啮合。
本实用新型的特点及效果：
本实用新型的不带凸台的螺母定子驱动带外螺纹的转子可以实现直接驱动。体积更紧凑，驱动面积增大，定转子之间沿螺纹多条母线多点接触；提供了多种驱动方式。
本实用新型与多面体螺纹驱动超声电机发明一样的是变克服摩擦阻力为驱动力，减少摩擦损耗，直接把旋转运动变为直线运动，降低运动速度，提高定位精度，抗冲击。可用于航空航天、微机械、精密定位、精密工作台、医疗仪器、微量液滴控制等领域、特别适用于装配微型一体化手机模组。
附图说明
图1为已有的定子内有凸台的八面体螺纹驱动超声电机结构示意图，其中，a为主体结构剖面图，b为a的横截面结构示意图。
图2为本实用新型的附加8片压电片的8边形螺母型超声电机实施例1结构示意图，其中，a为主体结构剖面图，b为a的横截面结构示意图。
图3为本实用新型的附加12片压电片的12边形螺母型超声电机实施例2结构示意图，其中，a为主体结构剖面图，b为a的横截面结构示意图。
图4为本实用新型的附加4片压电片的8边形螺母型超声电机实施例3外平面示意图。
图5为本实用新型的附加4片压电片的4边形螺母型超声电机实施例4平面示意图。
图6为本实用新型的附加6片压电片的6边形螺母型直线超声电机实施例5结构示意图。
图7为本实用新型的螺母型超声电机用于镜头调焦的实施例6结构示意图。
具体实施方式
本实用新型设计的螺母型超声电机结合实施例及附图详细说明如下：
实施例1
本实施例为附加8片压电片的8边形螺母型超声电机，其结构如图2所示：包括：截面为正8边形的金属管定子，该定子外表面粘结有8片压电片221，222，223，224，225，226，227，228，该定子内圆壁带有内螺纹，该定子内套有圆管转子23，圆管转子的外表面带有与8面体管定子21相配合的外螺纹，转子与定子之间通过螺纹相啮合。本实施例形成2阶面内弯曲行波的条件是压电片极化方向全部向外时，依次加激励信号sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt，sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt即可形成沿定子周向的面内弯曲行波。该行波直接驱动相啮合的转子23旋转运动，并直接转换成轴向直线运动。信号相位差由90度改为270度运动反向。
当221、222、225、226正向极化，而223、224、227、228反向极化时，则在221、223、225、227加sinωt；222、224、226、228加cosωt两路信号即可形成沿定子周向的面内弯曲行波。该行波直接驱动相啮合的转子23旋转运动，并直接转换成轴向直线运动。
本实施例形成3阶面内弯曲行波的条件是：压电片极化方向全部向外时，依次加激励信号221)sinωt，222)sinωt，223)-cosωt，224)-cosωt，225)-sinωt，226)sinωt，227)cosωt，228)cosωt，即可形成沿定子周向的3阶面内弯曲行波。该行波直接驱动相啮合的转子23旋转运动，并直接转换成轴向直线运动。
压电片极化方向全部向外时，依次加激励信号221)sinωt，222)-sinωt，223)-cosωt，224)cosωt，225)-sinωt，226)-sinωt，227)cosωt，228)-cosωt，即可形成沿定子周向的3阶面内弯曲行波。该行波直接驱动相啮合的转子23旋转运动，并直接转换成轴向直线运动。施加-sinωt和-cosωt的压电片可以使用反向极化的压电片代替，此时信号电压去除负号。
实施例2
本实施例为12边形螺母型超声电机，其结构如图3所示：包括：截面为正12边形金属管定子32，该定子外表面焊接12片压电片31。本实施例压电片311、312、313、314、315、316、317、318、319、3110、3111、3112依次顺序排列。12边形金属定子32的内表面带有螺纹，其内套有圆管转子33，圆管转子的外表面带有与12面体管定子32相配合的外螺纹。
本实施例中若压电片311、312、315、316、319、3110正向极化，而313、314、317、318、3111、3112反向极化，则当311、313、315、317、319、3111加sinωt，312、314、316、318、3110、3112加cosωt信号激励时，定子32中可以产生3阶面内弯曲行波，并直接驱动转子33旋转运动和轴向直线运动。如果，全部压电片正向极化，则需依次施加信号sinωt，cosωt，-sinωt，-cosωt。定子32底部简支。
实施例3
本实施例为附加4片压电片的8边形螺母型超声电机，其结构如图4所示(略去电机高度)，截面正8边形金属管定子41外表面以沉积方式结合4片压电片421，422，423，424形成螺母型超声电机定子，其内壁带有内螺纹并套有圆管转子43，圆管转子的外表面带有与12面体管定子32相配合的外螺纹。
本实施例的极化方向如图中箭头所示，箭头向外代表正向极化，在421和423压电片分别施加sinωt，-sinωt，422和424压电片分别施加cosωt和-cosωt电的激励信号，可以产生三阶行波。该3阶行波直接驱动转子43旋转，并直接转换成转子的轴向运动。
实施例4
本实施例为4边形螺母型超声电机，其结构如图5所示：(略去电机高度)截面正4边形金属定子51，其外表面粘结4片压电片521，522，523，524形成螺母型超声电机定子，其内圆壁上带有内螺纹。圆管转子53套在其中，圆管转子的外表面带有与4面体管定子32相配合的外螺纹。
本实施例的极化方向如图中箭头所示，箭头向外代表正向极化，箭头向内代表负向极化。在521和523压电片施加sinωt，522和524压电片施加cosωt两相电的激励下可以产生三阶行波。该3阶面内弯曲行波直接驱动转子53旋转，并直接转换成转子的轴向运动。
实施例5
本实施例为6边形螺母型直线超声电机，其结构如图6所示(略去电机高度)：截面正6边形金属管定子61以溅射方式结合6片压电片62，6片压电片621-626依次排列，其内圆壁带有螺纹；圆管转子套在其中，其内圆壁上带有内螺纹。圆管转子63套在其中，圆管转子的外表面带有与定子61相配合的外螺纹。
本实施例中箭头代表极化方向，外表面为正。激励信号sinωt，sin(ωt+120)sin(ωt+240)，sinωt，sin(ωt+120)sin(ωt+240)依次接入压电片621，622，623，624，625，626时定子中形成2阶面内弯曲行波。该2阶面内弯曲行波直接驱动转子63旋转，并直接转换成转子的轴向运动。
实施例6
采用本实用新型的镜头调焦结构实施例如图7所示：镜头78安装在转子73内，金属定子71与转子73有螺纹啮合。附加在定子71外面的压电陶瓷在信号电压激励下，在定子内产生面内弯曲行波，驱动转子73沿轴向运动，进行调焦。模组外壳74，端盖79将电机固定在底座75上。上磁性环77固定在转子上，下磁性环76固定在底座上，磁性环间的吸引力或排斥力对定转子间施加预紧力。

Claims (5)

1.一种螺母型超声电机，包括定子，转子，以及结合在定子表面的压电元件，其特征在于，该定子为截面为N边形的带有内螺纹的金属管，N为正整数，其内套有转子，该转子的外圆壁带有与该定子相配合的外螺纹，该转子与定子之间通过螺纹相啮合。
2.如权利要求1所述螺母型超声电机，其特征在于，该压电元件与定子结合方式为粘结、焊接、沉积或溅射。
3.如权利要求1所述螺母型超声电机，其特征在于，结合在螺母型超声电机金属定子外侧的平面上的压电元件为2/N片或N片。
4.如权利要求1所述螺母型超声电机，其特征在于，该螺母型超声电机定子的一端简支。
5.如权利要求1所述螺母型超声电机，其特征在于，在所述转子内装配透镜片组成镜头模组。
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