[发明专利]集成压电超声和电磁混合驱动的电机

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流力矩电机，尤其是涉及一种集成压电超声和电磁混合驱动的电机。

背景技术

传统的电磁电机，由于绕组的结构原因，难以实现低速大转矩，而且减速主要使用刹车片等大型的刹车机构，响应速度慢；如果为获得控制系统所要求的低速大转矩的特性，往往需要使用减速传动机构，大大增加了机械部件的复杂性和重量而且减速齿轮对驱动系统的反冲效应，对进给量的放大效应以及对驱动控制的柔性影响也是不可避免的，严重阻碍了控制系统的快速性和精确性的提高。

超声波电机(Ultrasonic Motor，简称USM)是近年发展起来的一种新型微特电机，它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将弹性材料的微观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。他与电磁电机相比有很多优点：易调速，控制精度高，低速区平稳脉动小，实现直接驱动，单位质量输出力矩大，响应速度极快，结构设计灵活，紧凑简单，噪声小，无电磁干扰，停电后具有摩擦自锁功能等。但是由于超声波电机的输出力矩、转速特性与激振频率、电压、相位和外界负载相关，具有较大的非线性性，至今还无法建立一个精确的数学控制模型，所以在保证一定输出扭矩的前提下调速很困难，调速的范围也较小；可靠性低和寿命也限制了其应用范围和发展。

因此如何更好地应用电磁驱动技术和压电超声驱动技术的优点，扬长避短，互相补充，设计一种高功率质量比、高动态响应性、高控制精度、低速大力矩直接驱动、小体积和无源自锁的电机具有非常重要的实际价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成压电超声和电磁混合驱动的电机，可以实现低速、大力矩，具有无源自锁，响应速度快等目的。

本发明采用以下技术方案：

将输出轴的一端支承在电机后端盖上，输出轴的另一端支承在电机前端盖上，两端盖间装有硅钢片并用连接螺钉连接成一整体，硅钢片上绕有电磁定子绕组，电磁定子绕组面对的输出轴轴环上安装复用转子，电磁驱动线圈接线端安装在电机前端盖上并伸出在外，传感器转子安装在输出轴上靠近电机后端盖，正对的传感器定子固定在电机后端盖上，电机前端盖内侧开有薄壁环形的套筒，套筒上依次装有环形的扭振压电片和纵振压电片，用环形的压电驱动定子压紧，扭振和纵振压电片接线端安装在电机前端盖上并伸出在外，法兰安装在输出轴的轴环上，紧靠在复用转子左侧，预紧弹簧安装在复用转子和复用转子右侧的轴环之间，通过紧固螺栓连接复用转子和法兰并压紧压电驱动定子，复用转子和压电驱动定子之间装有耐磨材料。

与背景技术相比具有的有益效果是：

1、充分利用无刷直流力矩电机的本体，几乎没有体积的扩大，充分整合两种驱动的优点；

2、电器时间常数小，动态相应速度快，低速响应速度可以达到毫秒级、线性度好、精度高、结构紧凑、运行可靠、可以获得很好的精度和动态性能；

3、易调速，启动和低速的时候两种驱动方式同时进行，输出力矩大、低速区平稳无脉动；控制上可以实现步进，而且定位精度很高。

4、在高速运行的时候，可以提高纵振动压电片的振动频率，靠超声波振动产生的悬浮能力将USM转子和定子分开，此时只有电磁驱动起作用，具有电磁驱动的调速范围宽、调速稳定等优点；

5、无齿轮减速装置产生的间隙，可以实现精确的定位；

6、具有摩擦自锁功能，在需要停机时，可以摩擦制动，响应速度快。

附图说明

附图是本发明的电机装配图。

图中：1.扭振和纵振压电片接线端，2.扭振压电片，3.输出轴，4.前端盖轴承，5.电机前端盖，6.紧固螺栓，7.电子换向开关电路，8.电磁驱动线圈接线端，9.纵振压电片，10.压电驱动定子，11.复用转子，12.法兰，13.传感器转子，14.轴端挡圈，15.后端盖轴承，16.电机后端盖，17.预紧弹簧，18.连接螺钉，19.传感器定子，20.硅钢片，21.电磁定子绕组，22.耐磨材料，23.套筒。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

如附图所示的集成压电超声和电磁混合驱动的电机。