專利名稱：一種壓電電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的壓電電機主要用在照相機自動聚焦、汽車頭靠背自動調(diào)節(jié)、攝像機圓周掃描運動、CRT顯示器高壓電位器的自動調(diào)節(jié)、機床工作臺、機器人、醫(yī)療器械、航天航空、辦公自動化等領(lǐng)域。
阿蘇拉布股份有限公司申請的中國專利CN1407706A中公開了一種壓電電機如圖1。這種電機包括一個定子(2)；轉(zhuǎn)子(20)，能夠在一個垂直于經(jīng)過轉(zhuǎn)子中心的中間運動平面內(nèi)(Pdm)旋轉(zhuǎn)運動；連接件(8)，設(shè)置在定子與轉(zhuǎn)子之間，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子；壓電裝置(12)，能夠受到電激勵，以在連接件上施加一種振動；傳動裝置(40)，將所屬振動從連接件上傳遞到轉(zhuǎn)子上，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子繞軸線(X1)旋轉(zhuǎn)；保持裝置(44)，用于將轉(zhuǎn)子保持在連接件上；將轉(zhuǎn)子置于定子上。連接件設(shè)置成自由地圍繞著經(jīng)過其中心的幾何旋轉(zhuǎn)軸線，連接件通過支撐件支撐在定子上，支撐件的形狀適合于將連接件與轉(zhuǎn)子的接觸區(qū)域內(nèi)的各點(P)的振動轉(zhuǎn)變成基本上垂直于轉(zhuǎn)子平面的基本上橢圓的向前或向后的運動，使得轉(zhuǎn)子可前后驅(qū)動，這種橢圓運動能夠驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。壓電裝置的激勵信號的半周期內(nèi)，連接件的中心和周邊是同向變形還是反向變形決定了轉(zhuǎn)子的正向旋轉(zhuǎn)還是反向旋轉(zhuǎn)。這種壓電電機在電激勵信號的一個周期的最后，支撐腿使盤向下運動，返回到其初始位置，連接盤的這種向下和向后的運動是在盤與轉(zhuǎn)子之間幾乎沒有摩擦力的情況下發(fā)生，防止了轉(zhuǎn)子向后運動的危險。這種壓電電機可以實現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)動，但結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、能夠輸出一個有效的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，低成本并可小型化的壓電電機，該壓電電機可在兩方向上運動。
一種壓電電機，該電機包括彈簧，彈簧在定子和轉(zhuǎn)子之間并套在軸上，保證壓電陶瓷雙晶片與轉(zhuǎn)子有一定的接觸力；轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子通過深溝球軸承安裝在軸的一端上，能夠在一個垂直于經(jīng)過轉(zhuǎn)子中心的幾何旋轉(zhuǎn)軸線的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動；深溝球軸承，隔離轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)子和非轉(zhuǎn)動體軸；
壓電陶瓷雙晶片，本發(fā)明至少有3片壓電陶瓷雙晶片，壓電陶瓷雙晶片受到電激勵時驅(qū)動轉(zhuǎn)子；壓電陶瓷雙晶片過多產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩大，但是損耗和磨損也大；壓電陶瓷雙晶片少于3個，則產(chǎn)生的輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩??；定子，定子用來固定壓電陶瓷雙晶片；機架，起支撐整個電機作用；螺母，與機架配合固定軸；軸，安裝定子、轉(zhuǎn)子、彈簧；彈簧套在軸上；轉(zhuǎn)子通過深溝球軸承安裝在軸的一端上；至少3片壓電陶瓷雙晶片，每片壓電陶瓷雙晶片的一端固定在定子上，另一端與轉(zhuǎn)子接觸，且通過在定子和轉(zhuǎn)子之間套在軸上的彈簧保持壓電陶瓷雙晶片的端面與轉(zhuǎn)子有一定的接觸力；定子中心具有一孔，通過該孔，定子安裝在軸上；彈簧套在軸上；螺母、軸上螺紋、機架上的螺紋孔配合使用，用來固定軸和軸上零件——軸承與軸、軸承與轉(zhuǎn)子之間為過盈配合，定子與軸之間的配合為過渡配合，以保證定子能有軸向位移；通過調(diào)節(jié)螺母壓縮彈簧，來調(diào)節(jié)壓電陶瓷雙晶片與轉(zhuǎn)子之間的接觸力。電機的轉(zhuǎn)向通過調(diào)節(jié)加電壓方向來控制，電機轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)加電壓大小、加壓頻率來調(diào)節(jié)。
給壓電陶瓷雙晶片施加激勵電壓時，雙晶片振動，通過摩擦力和慣性力帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明在于提供一結(jié)構(gòu)簡單、能夠雙向轉(zhuǎn)動、轉(zhuǎn)速可調(diào)、有大的輸出轉(zhuǎn)矩、低成本并可小型化的壓電電機。本發(fā)明的壓電電機同阿蘇拉布股份有限公司發(fā)明的的壓電電機相比，本發(fā)明的電機結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易，成本低并可實現(xiàn)小型化。


圖1阿蘇拉布股份有限公司申請的中國專利CN1407706A的壓電電機示意圖。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的壓電陶瓷雙晶片與電極連接示意圖。
圖5是本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明的軸結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明。
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，其中，001為轉(zhuǎn)子，002為軸承，003為壓電陶瓷雙晶片，004為定子，005為彈簧，006機架，007為螺母，008為軸。如圖1所示，轉(zhuǎn)子(001)通過深溝球軸承(002)安裝在軸(008)的一端(009)上；至少3片壓電陶瓷雙晶片，每一片壓電陶瓷雙晶片(003)的一端通過環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠層(011)粘接或螺釘擰緊均勻固定在定子(004)上；壓電陶瓷雙晶片(003)的另一端，通過接觸區(qū)(Q)，與轉(zhuǎn)子(001)接觸，且通過彈簧(005)保持壓電陶瓷雙晶片(003)與轉(zhuǎn)子(001)有一定的接觸力；定子(004)中心具有一孔(010)，通過該孔(010)，定子(004)安裝在軸(008)上；彈簧(005)套在軸(008)上；螺帽(007)、軸上螺紋(013)、機架(006)上的螺紋孔(012)用來固定軸(008)和軸上零件的；機架(006)可根據(jù)應(yīng)用空間單獨加工，也可是應(yīng)用實體的一部分。壓電陶瓷雙晶片受到一種電激勵時，雙晶片一端固定在定子(004)上，一端振動，振動端面通過接觸區(qū)Q與轉(zhuǎn)子(001)接觸，通過摩擦力和慣性力帶動轉(zhuǎn)子(001)轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，能夠在一個垂直于經(jīng)過轉(zhuǎn)子中心的幾何旋轉(zhuǎn)軸線(X1)的平面(Pdn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動，且可輸出旋轉(zhuǎn)運動。如圖3所示，旋轉(zhuǎn)面(016)用來安裝軸承，輸出可做成圓柱面(015)的旋轉(zhuǎn)面，也可把旋轉(zhuǎn)面做成外齒輪形狀(014)，通過外嚙合輸出旋轉(zhuǎn)運動。
圖4是本發(fā)明的壓電陶瓷雙晶片結(jié)構(gòu)與電極連接示意圖，有兩片壓電陶瓷片組成，壓電陶瓷片1和壓電陶瓷片2表面分別鍍一層銀電極，中間用鈹青銅引出電極，陶瓷片與鈹青銅之間用環(huán)氧樹脂膠粘接。壓電陶瓷雙晶片一端固定在定子上、一端懸臂，壓電陶瓷雙晶片在結(jié)構(gòu)上采用串聯(lián)方式，在加電壓方式上采用并聯(lián)的形式，由于壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，陶瓷片1加正向電壓縮短，陶瓷片2加反向電壓伸長，共同作用懸臂端彎曲變形。
圖5是本發(fā)明的定子結(jié)構(gòu)示意圖，齒數(shù)有壓電陶瓷雙晶片的個數(shù)決定(大于等于三個效果較好)，齒數(shù)均布，鍵槽(017)用來固定壓電陶瓷雙晶片，定子(004)中心有通孔(010)將定子(004)套在軸(008)上。
圖6是本發(fā)明的軸結(jié)構(gòu)示意圖，軸(008)為階梯軸形狀，圓柱面(020)用來安裝深溝球軸承(002)，軸肩(021)用來定位軸承(002)，圓柱面(022)用來安裝定子(004)和彈簧(005)，螺紋(013)旋入機架(006)上的螺紋孔(012)配合螺母(007)固定軸(008)和軸上零件。
權(quán)利要求
1.一種壓電電機，其特征在于，該電機包括轉(zhuǎn)子(001)、深溝球軸承(002)、壓電陶瓷雙晶片(003)、定子(004)、彈簧(005)、螺母(007)、軸(008)、機架(006)；轉(zhuǎn)子(001)，通過深溝球軸承(002)安裝在軸(008)的一端(009)上；深溝球軸承(002)，隔離轉(zhuǎn)子(001)和軸(008)；深溝球軸承(002)與轉(zhuǎn)子(001)、深溝球軸承(002)與軸(008)之間為過盈配合；每片壓電陶瓷雙晶片(003)的一端固定在定子(004)上，另一端通過接觸區(qū)(Q)與轉(zhuǎn)子(001)接觸；定子(004)中心具有一孔(010)，通過該孔(010)定子(004)過渡配合安裝在軸(8)上；彈簧(005)安裝在定子(004)和機架(006)之間并套在軸(008)上；軸上螺紋(013)、機架(006)上的螺紋孔(012)、螺母(007)一起固定軸(008)，通過調(diào)節(jié)螺母(007)壓縮彈簧(005)，來調(diào)節(jié)壓電陶瓷雙晶片(003)與轉(zhuǎn)子(001)之間的接觸力；機架(006)，用于支撐整個電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電電機，其特征在于，所述定子(004)上有3片壓電陶瓷雙晶片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電電機，其特征在于，所述壓電陶瓷雙晶片由壓電陶瓷片1和壓電陶瓷片2兩片壓電陶瓷片組成，壓電陶瓷片1和壓電陶瓷片2表面分別鍍一層銀電極，中間用鈹青銅引出電極，兩片壓電陶瓷片和鈹青銅之間用環(huán)氧樹脂膠粘接；壓電陶瓷雙晶片在結(jié)構(gòu)上采用串聯(lián)方式，在加電壓方式上采用并聯(lián)的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓電電機，其特征在于，所述軸(008)為階梯軸形狀。
全文摘要
一種壓電電機，屬于壓電驅(qū)動器技術(shù)領(lǐng)域，包括轉(zhuǎn)子(001)、深溝球軸承(002)、壓電陶瓷雙晶片(003)、定子(004)、彈簧(005)、螺母(007)、軸(008)、機架(006)；轉(zhuǎn)子(001)通過深溝球軸承(002)安裝在軸(008)的一端上；壓電陶瓷雙晶片(003)的一端固定在定子(004)上，另一端通過接觸區(qū)(Q)與轉(zhuǎn)子(001)接觸；定子(004)通過孔(010)過渡配合安裝在軸(8)上，機架(006)通過螺母(007)支撐整個電機。給壓電陶瓷雙晶片施加激勵電壓，雙晶片振動，通過摩擦力和慣性力帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、安裝容易，成本低并能實現(xiàn)小型化。
文檔編號H02N2/12GK1852016SQ20061001200
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月26日
發(fā)明者高志, 崔艷梅, 張松, 陳翔宇, 李樞, 湯麗萍 申請人:清華大學(xué)