一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，屬于超聲電機領域。
【背景技術】
[0002]縱扭復合型超聲電機的研究大致可追溯到20世紀的80年代末，到目前為止，其結構種類已不下于幾十種?？v扭復合型超聲電機含有兩個PZT振子一縱振子和扭轉振子，縱、扭轉振子分別激發(fā)出兩個相互垂直的振動，這兩種振動可單獨調(diào)節(jié)，互不耦合?？v扭復合型超聲電機與其它類型的超聲電機相比，因具有輸出力矩特別大、可控性強、正反轉特性一致、低速穩(wěn)定性好、動態(tài)響應性能好等特點而成為近年來國內(nèi)外研究的熱點之一。按照縱、扭模態(tài)之間的相互關聯(lián)性可以將縱扭復合型超聲電機劃分為兩小類，即縱扭多模態(tài)型超聲電機和縱扭模態(tài)轉換型超聲電機。近幾十年以來人們對兩種類型的研究，提出各種各樣的縱扭復合型超聲電機結構。1994年，Ueha以夾心式壓電定子結構取代具有層疊壓電定子的結構研制出了一臺直徑為80mm的縱扭多模態(tài)型超聲電機;從1992年開始，日本山形大學的Tomikawa對縱扭型超聲電機進行了大量的研究。根據(jù)電機的結構特點，他把自己研制的電機分為多模態(tài)定子型和單一模態(tài)定子型兩類;2000年左右，Tsujino對斜槽式模態(tài)轉換型超聲電機進行了研究，該電機僅需要一組壓電振子激勵，但是只能實現(xiàn)單向旋轉。
[0003]目前，現(xiàn)有的縱扭復合電機存在以下缺點:
[0004]1、定子基體的扭轉振動有兩種激勵方式，一是由基于dl5效應的扭振壓電陶瓷產(chǎn)生，但這種扭振壓電陶瓷工藝復雜，加工困難，成本高;二是由基于d33效應的縱振壓電陶瓷激勵的縱向振動轉化而得到，該方式需要設計相應的模態(tài)轉化器，結構復雜，且只能實現(xiàn)單向旋轉。
[0005]2、縱扭復合型超聲電機結構復雜、裝配工序較多，且容易產(chǎn)生裝配誤差，造成縱向振動和扭轉振動頻率不一致。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型提供一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，是一種轉速平穩(wěn)，且易裝配，低成本的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，這種電機定子基體上設置了兩組肋板，分別粘貼基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，用來激發(fā)出定子基體所需的I階縱向振動模態(tài)和2階扭轉振動模態(tài)，從而避免使用基于dl5效應的扭振陶瓷片，使電機能正常工作的同時能夠方便地安裝在各種場合，從而為該電機的產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎。
[0007]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0008]—種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉子組件，所述轉子組件組包括第一轉子、第二轉子和轉動軸，所述第一轉子、第二轉子分別設置在定子組件兩端，且第一轉子、定子組件和第二轉子均同軸套接在轉動軸上，
[0009]所述定子組件包括定子基體、肋板、扭振壓電陶瓷片、縱振壓電陶瓷片和徑向軸承組，所述定子基體為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2n個肋板，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在肋板上;所述徑向軸承組包括第一徑向軸承和第二徑向軸承，所述定子基體兩端與轉動軸接觸處分別設有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承和第二徑向軸承；
[0010]所述轉子組件還包括彈簧、摩擦材料、壓蓋和鎖緊螺母，所述彈簧套接在轉動軸上，設置在定子基體兩側;所述第一轉子與定子基體接觸一側表面、第二轉子與定子基體接觸一側表面均固定有摩擦材料;所述第一定子的另一側、第二定子的另一側設置有壓蓋，所述壓蓋通過鎖緊螺母鎖緊；
[0011]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板，所述四個肋板分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設置，四個肋板之間呈兩兩90度設置;所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在四個肋板上；
[0012]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板的表面積；
[0013]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述定子基體兩端面均勻布設有摩擦齒。
[0014]通過以上技術方案，相對于現(xiàn)有技術，本實用新型具有以下有益效果:
[0015]本實用新型用于激勵定子基體的扭轉振動的壓電陶瓷成本低，加工工藝簡單，且裝配工序簡單，電機定子結構更簡單，可操作性強，不會造成對縱向振動和扭轉振動頻率不一致影響。
【附圖說明】
[0016]下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0017]圖1是本實用新型的優(yōu)選實施例的立體圖；
[0018]圖2是本實用新型的優(yōu)選實施例的剖視圖；
[0019]圖3是本實用新型提c出的貼片式雙轉子位移型縱扭復合超聲電機的工作模態(tài);①是分布在定子中的2階扭振模態(tài)振型，②是分布在定子中的I階縱振模態(tài)振型；
[0020]圖4是本實用新型提出的貼片式雙轉子位移型縱扭復合超聲電機的壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式;圖中③是壓電陶瓷的極化方向，④是壓電陶瓷，⑤是正弦信號。
[0021]圖中:1.轉動軸;2.彈簧;3.第一轉子;4.定子基體;5.第一徑向軸承;6.縱振壓電陶瓷片;7.扭振壓電陶瓷片;8.肋板;9.摩擦齒；10.鎖緊螺母;11.壓蓋;12.摩擦材料，13.第二轉子，14.第二徑向軸承。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)在結合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。
[0023]如圖1-圖2所示，本實用新型提供一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉子組件，所述轉子組件組包括第一轉子3、第二轉子13和轉動軸1，所述第一轉子3、第二轉子13分別設置在定子組件兩端，且第一轉子3、定子組件和第二轉子13均同軸套接在轉動軸I上，
[0024]所述定子組件包括定子基體4、肋板8、扭振壓電陶瓷片7、縱振壓電陶瓷片6和徑向軸承組，所述定子基體4為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2η個肋板8，所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6分別交替固定在肋板8上;所述徑向軸承組包括第一徑向軸承5和第二徑向軸承14，所述定子基體4兩端與轉動軸I接觸處分別設有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承5和第二徑向軸承14;
[0025]所述轉子組件還包括彈簧2、摩擦材料12、壓蓋11和鎖緊螺母10，所述彈簧2套接在轉動軸I上，設置在定子基體4兩側;所述第一轉子3與定子基體4接觸一側表面、第二轉子13與定子基體4接觸一側表面均固定有摩擦材料12;所述第一定子的另一側、第二定子的另一側設置有壓蓋11，所述壓蓋11通過鎖緊螺母10鎖緊；
[0026]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板8，所述四個肋板8分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設置，四個肋板8之間呈兩兩90度設置;所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6分別交替固定在四個肋板8上；
[0027]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述扭振壓電陶瓷片7和縱振壓電陶瓷片6均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板8的表面積。
[0028]作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述定子基體4兩端面均勻布設有摩擦齒9;能夠及時排除定、轉子工作期間產(chǎn)生的摩擦碎肩，保持電機工作穩(wěn)定。
[0029]圖3-圖4所示，本實用新型所述肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機的壓電陶瓷極化布置及電激勵方法為:縱振肋板組每個肋板8兩側分別粘貼極化方向相反的矩形壓電陶瓷片，在壓電陶瓷上施加相位為Φ的正弦激勵信號，激勵出縱振肋板的I階縱向振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的I階縱向振動模態(tài);扭振肋板組每個肋板8兩側分別粘貼極化方向相同的矩形壓電陶瓷片，在壓電陶瓷上施加同頻率且相位Φ ±90°的正弦激勵信號，激勵出扭振肋板的I階彎曲振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的2階扭轉振動模態(tài)。定子中時間和空間上相位差均為90°的I階縱向振動模態(tài)和2階扭轉振動模態(tài)的合成能夠使定子端面指點產(chǎn)生橢圓運動，用于驅(qū)動轉子轉動。
[0030]以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權利要求范圍來確定其技術性范圍。
【主權項】
1.一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉子組件，所述轉子組件組包括第一轉子、第二轉子和轉動軸，所述第一轉子、第二轉子分別設置在定子組件兩端，且第一轉子、定子組件和第二轉子均同軸套接在轉動軸上，其特征在于: 所述定子組件包括定子基體、肋板、扭振壓電陶瓷片、縱振壓電陶瓷片和徑向軸承組，所述定子基體為呈圓柱狀的金屬體，所述金屬體圓周外表面均勻分布有2η個肋板，所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在肋板上;所述徑向軸承組包括第一徑向軸承和第二徑向軸承，所述定子基體兩端與轉動軸接觸處分別設有軸承孔，所述軸承孔內(nèi)置有第一徑向軸承和第二徑向軸承； 所述轉子組件還包括彈簧、摩擦材料、壓蓋和鎖緊螺母，所述彈簧套接在轉動軸上，設置在定子基體兩側;所述第一轉子與定子基體接觸一側表面、第二轉子與定子基體接觸一側表面均固定有摩擦材料;所述定子基體的一側設置有壓蓋，所述壓蓋通過鎖緊螺母鎖緊。2.根據(jù)權利要求1所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述金屬體圓周外表面均勻分布有四個肋板，所述四個肋板分為縱振肋板組和扭振肋板組，且縱振肋板組和扭振肋板組交替設置，四個肋板之間呈兩兩90度設置;所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片分別交替固定在四個肋板上。3.根據(jù)權利要求2所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述扭振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片均為矩形壓電陶瓷片，且所述矩形壓電陶瓷片的面積小于肋板的表面積。4.根據(jù)權利要求3所述的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，其特征在于:所述定子基體兩端面均勻布設有摩擦齒。
【專利摘要】本實用新型涉及一種肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，包括定子組件和轉子組件，所述轉子組件組包括第一轉子、第二轉子和轉動軸，所述第一轉子、第二轉子分別設置在定子組件兩端，且第一轉子、定子組件和第二轉子均同軸套接在轉動軸上，是一種轉速平穩(wěn)，且易裝配，低成本的肋板激發(fā)式位移型縱扭復合超聲電機，這種電機定子基體上設置了兩組肋板，分別粘貼基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，用來激發(fā)出定子基體所需的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉振動模態(tài)，從而避免使用基于d15效應的扭振陶瓷片，使電機能正常工作的同時能夠方便地安裝在各種場合，從而為該電機的產(chǎn)業(yè)化打下良好的基礎。
【IPC分類】H02N2/10, H02N2/12
【公開號】CN205356186
【申請?zhí)枴緾N201520906427
【發(fā)明人】楊淋, 朱星星, 陳翔宇
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2016年6月29日
【申請日】2015年11月16日