[发明专利]旋转式超声电机及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用压电效应的电动机技术，尤其涉及一种旋转式超声电机及其实现方法。 

背景技术

目前已有的旋转式超声电机中，主要采用柱型的定子，和定子配合的转子的一端为内圆柱面，并且为单转子输出，普遍存在加工工艺复杂、驱动力不大的缺陷。专利号为“200410065703.9”的“微型杆式行波型超声电机”依靠定、转子之间的端面摩擦接触，在其接触区的圆盘面或者圆环面的内、外圈部分由于定、转子之间相对速度的差异，其内、外圈接触区磨损程度不同，转子的输出力矩与接触区的圆盘面或圆环面的面积有关，尚未达到最大的输出力矩；另外，压电陶瓷采取二分区，为产生相互垂直的弯曲振动的合成，必须保证两组压电陶瓷片的极化分区线相互垂直，由此引起该电机装配工艺复杂，成本增加。专利号为“200410065700.5”的“双转子柱体行波型单相驱动超声电机”，依靠半球面转子与金属柱体的内锥面接触，实际接触区为一圆周接触线而非面接触，容易磨损，另外需要将压电陶瓷片相互垂直粘接在空心金属弹性体的四个扁平面上，粘接和加工工艺复杂，成本高。 

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种输出转矩较大、结构简单、易于加工和控制的旋转式超声电机。 

本发明的另一目的在于提供旋转式超声电机的实现方法。 

本发明的目的通过以下的技术方案实现：旋转式超声电机，包括螺杆、压紧机构、轴承、转子、定子、压电元件，其特征在于：在所述螺杆上依次设置有压电元件、定子、转子、轴承和压紧机构，压电元件、定子、压紧机构固定设置于螺杆上；定子与转子相邻的一端为圆锥面，转子与定子相邻的一端为与所述圆锥面配合的内圆锥面。 

所述压紧机构包括依次设置于螺杆上的托盘、碟形弹簧和紧定螺母，碟形弹簧通过托盘压紧轴承。 

所述压电元件为压电陶瓷片。 

所述压电陶瓷片分为四个圆心角为90°的区，其中相邻的两个区沿轴向正向同向极化，另外两个区沿轴向反向同向极化。 

所述定子的圆柱面周向有凹槽。 

在所述螺杆的一端从内到外依次设置有压电元件、定子、转子、轴承和压紧机构，另一端的结构跟上述一端的结构完全对称，两个压电元件的相对位置应使其相应的极化方向相反。 

上述的旋转式超声电机的实现方法，其特征在于：通过压紧机构调整转子和定子之间圆锥面接触的预紧力，定子、转子圆锥面将沿轴向的预紧力转化为沿径向的预紧力，在相位差为90°的交变电流作用下，利用压电元件激励出定子的超声频域振动，产生同频、同型、相位差为90°弯曲振动的两个驻波，两个驻波合成形成圆锥面的周向行波，在圆锥面的微观质点处形成椭圆运动的轨迹，在上述径向的预紧力作用下产生摩擦力，然后借助摩擦力驱动转子作旋转运动。 

本发明相对于现有技术具有如下的优点：本发明的压电陶瓷片分为四个圆心角为90°的区，其中相邻的两个区沿轴向正向同向极化，另外两个区沿轴向反向同向极化。通过螺杆和紧定螺母、碟型弹簧和托盘调整转子和定子之间圆锥面接触的预紧力，定子、转子圆锥形接触面则将沿轴向的预紧力转化为沿径向的预紧力。旋转式超声电机在相位差为90°的交变电流作用下，利用压电陶瓷片激励出定子的超声频域振动(同频、同型、相位差为90°弯曲振动的两个驻波)，两个驻波合成形成圆锥面的周向行波，亦即在圆锥面的微观质点处形成椭圆运动的轨迹，进而在径向预紧力作用下产生摩擦力，然后借助摩擦力驱动转子作旋转运动，可以获得较大的转矩和断电自锁力。旋转式超声电机为双转子时，工作原理相同，不同的是两个转子作旋转运动，驱动力更大，平稳性更好。 

旋转式超声电机是直接由电能转换成旋转运动的机械能的新型电机，可实现正、反向连续运动，正反向运动切换灵活，性能一致。此电机具有结构简单、驱动力大、直接驱动、控制性好、无噪声、无磁场作用等优点，特别适合小型、小转矩、多转子输出的旋转运动装置。 

附图说明

图1是本发明一种旋转式超声电机(双转子)的结构示意图。 

图2是图1的两个压电陶瓷片的极化示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。 

实施例