双转子柱体弯曲振动型超声波电机

摘要

双转子柱体弯曲振动型超声波电机是一种柱体弯曲振动型的超声波电机，该电机的定子由左匹配块3、压电环4、电极片5、轴套6、右匹配块7组成，在轴套6外周的中段设有两组4片压电环4，在每片压电环4之间设有电极片5，在两组4片压电环4的两端的轴套6上设有左匹配块3和右匹配块7，转轴9穿过轴套6，左匹配块3通过左轴承2与转轴9相接，右匹配块7通过右轴承8与转轴9相接；左转子1的端面压在左匹配块3的端面上，右转子10的端面压在右匹配块7的端面上，左转子1和右转子10的中心分别固定在转轴9的两头。该电机具有柱体型超声波电机的全部优点，此外，该电机还具有输出力矩大、转速高的优点。

说明书

一、技术领域

本发明是一种柱体弯曲振动型超声波电机，尤其是一种双转子结构的柱体弯曲振动型超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

二、背景技术

目前，环形行波型超声波电机已有较成熟的设计方法，但该型电机在小直径条件下，输出性能逐渐失去低速大扭矩的特点，而且由于其结构的限制，效率也很难提高。而柱体弯曲振动型超声波电机采用兰杰文振子结构，机械效率高。该电机是靠圆柱定子端部的摇头振动并通过摩擦来驱动转子，所以定子的直径越小，摇头振动的幅值越大，小型化更能显示出这种电机的优越性。因此，这种电机特别适合对电机的重量、体积、性能等方面有特殊要求的应用场合，如精密光学仪器、导弹导引头的跟随控制装置、照相机调焦等。另外，由于柱体弯曲振动型超声波电机采用兰杰文振子，结构简单，压电陶瓷不需粘接，其装配工艺容易实现自动化，因而制造成本低，便于推广应用。

柱体弯曲振动型超声波电机的研究较晚，日本的Minoru Kurosawa于1989年首先介绍了具有一个转子的此类电机；Takeshi Morita等于1995年采用水热沉积法(hydrothermal Method)在金属管上沉积压电陶瓷薄膜做成棒状定子，对其原理做了定性分析；Takeshi Morita和Pin Lu等分别报道了棒状定子电机的结构、原理和性能等；褚祥诚等研究一种直径为1.8mm的棒状压电陶瓷微马达，阐述了压电微马达的驱动机理、部分制作工艺及工作特性；Shuxiang Dong等研制了直径15mm、单转子、基于圆盘弯曲振动模态的柱体超声波电机，该电机最大转矩0.055Nm、最低转速70r/min。

三、技术内容

1、技术问题

本发明的目的在于提供一种双转子柱体弯曲振动型超声波电机，该电机具有柱体型超声波电机的全部优点，此外，该电机还具有输出力矩大的优点。

2、技术方案

一种双转子柱体弯曲振动型超声波电机，由定子和转子组合而成，该电机的定子由左匹配块、压电环、电极片、轴套、右匹配块组成，在轴套外周的中段设有两组片压电环，在每两片压电环之间设有电极片，在两组片压电环的两端的轴套上设有左匹配块和右匹配块，转轴穿过轴套，左匹配块通过左轴承与转轴相接，右匹配块通过右轴承与转轴相接；左转子的端面压在左匹配块的端面上，右转子的端面压在右匹配块的端面上，左转子和右转子的中心分别固定在转轴的两头，每片压电环的电极分割为两个部分，并且相互反相极化，四片压电环按极性相反两两叠合成两组，两组压电环在空间互差90度，左匹配块和右匹配块的内壁分别通过螺纹结构连接在轴套两端的外壁上，两组压电陶瓷分别激励两个方向的弯曲振动，并传递给定子弹性体，并在定子弹性体表面产生弯曲行波，进而通过摩擦，驱动压紧在定子表面的转子旋转，从而通过轴输出转矩。

3、技术效果

本发明在于提供一种双转子柱体弯曲振动型超声波电机，它具备柱体型超声波电机的全部优点，并采用两个转子，充分利用柱体的弯曲振动，使电机输出转矩更大。制作的直径为20mm的双转子柱体弯曲振动型超声波电机，其最大输出转矩达0.18Nm、最高转速为250r/min。由上可见，本发明的双转子柱体弯曲振动型超声波电机是以压电体、振动体和移动体组成的柱体状超声波电机，它与传统电磁电机相比，具有结构简单、转矩密度大、重量轻、运行无噪声等突出特点；与环形超声波电机相比，它采用兰杰文振子结构、变截面形式，机械效率高，而且小直径时优点更突出；与其它柱体超声波电机相比，它采用了双转子，因而能量利用率高，输出转矩更大。

四、附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。其中有左转子1、左轴承2、左匹配块3、压电环4、电极片5、轴套6、右匹配块7、右轴承8、转轴9、右转子10。

图2是本发明中压电环4的电极化结构示意图。其中的“+”为正向极化，“-”为反向极化。

五、具体实施方案

左匹配块3及右匹配块7、压电环4(两组四片)、电极片5(三组)通过轴套6栓接而成定子。轴套6套在轴9上。定子的两个端面分别与左转子1和右转子10的环形端面接触。转子通过与轴的螺纹配合，压紧在定子表面。四片压电陶瓷环按极性相反两两叠合成两组，两组压电陶瓷环的极性在同轴心的平面上互差90°安装。左匹配块3和右匹配块7的内壁分别通过螺纹结构连接在轴套6两端的外壁上。超声频率的两相交流电通过电极片5引入压电陶瓷环，两相交流电在时间上互差90°，用来激励两个正交的弯曲振动模态。