[发明专利]大力矩双转子应力型纵扭复合超声电机及电激励方法在审
申请号: | 201010017669.3 | 申请日: | 2010-01-12 |
公开(公告)号: | CN101719735A | 公开(公告)日: | 2010-06-02 |
发明(设计)人: | 赵淳生;杨淋 | 申请(专利权)人: | 南京航空航天大学 |
主分类号: | H02N2/10 | 分类号: | H02N2/10 |
代理公司: | 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 | 代理人: | 许方 |
地址: | 210016 江*** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 力矩 转子 应力 型纵扭 复合 超声 电机 激励 方法 | ||
技术领域
本发明属于超声电机技术领域,具体涉及一种大力矩双转子应力型纵扭复合超声电 机。
背景技术
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相 比,具有结构紧凑、低速大转矩、响应快(毫秒级)、断电自锁、位置和速度控制性好、 不受电磁干扰以及低噪声运行等优点。纵扭复合型超声电机是超声电机的一大分类,对 它的研究大致可追溯到20世纪80年代末,到目前为止,其结构种类已不下于几十种。 纵扭复合型超声电机通常含有两个振子—纵振子和扭转振子,纵、扭转振子分别激发出 两个相互垂直的振动,两种振动可单独调节,互不耦合。纵扭复合型超声电机具有输出 力矩大、可控性强、正反转特性一致、低速稳定性好、动态响应性能好等特点,现已倍 受关注。但是,一般的纵扭复合型超声电机均采用夹心式的结构来发挥纵振压电陶瓷的 作用,这对纵振压电陶瓷片的利用率较低。1998年,Ueha研制出一种双转子结构的纵扭 复合型超声电机,该电机能有效地利用纵振压电陶瓷片的振动,但缺点是:首先,一部 分纵振压电陶瓷片放在转子上的结构使得这种电机必须添加电刷结构才能工作,电机的 加工工艺复杂;其次,由于接触发生在压电陶瓷片之间,摩擦副的制作变得复杂而困难。 这些都限制了电机输出力矩的进一步提升。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷,提供一种纵振模态同时分布在定、转子中 的双转子应力型纵扭复合超声电机,这种电机在有效地利用纵振压电陶瓷片的振动的同 时不需要电刷结构,且能方便地进行摩擦副的配对,从而有效地提高电机的输出力矩。
本发明为实现上述目的,采用如下技术方案:
本发明大力矩双转子应力型纵扭复合超声电机,包括定子组件和转子组件,其特征 在于:所述定子组件由摩擦片、第一组纵振压电陶瓷、第一配重块(、第一组扭振压电 陶瓷、法兰盘、第二组扭振压电陶瓷、第二配重块、第二组纵振压电陶瓷片、紧固螺栓 以及两个径向轴承组成;转子组件由转动轴、锁紧螺母、两个弹簧盖、弹簧、第一转子、 键、摩擦材料、第二转子组成;定子组件和转子组件共转动轴设置;其中,紧固螺栓由 左向右依次穿过并紧固第一配重块、第一组扭振压电陶瓷、法兰盘、第二组扭振压电陶 瓷和第二配重块,第一配重块的左端面粘贴第一组纵振压电陶瓷,第二配重块的右端面 粘贴第二组纵振压电陶瓷,摩擦片分别粘贴于第一、第二组纵振压电陶瓷的外端面,第 一、第二配重块分别通过径向轴承与转动轴连接;第一转子和第二转子套在转动轴上并 分别通过键与转动轴周向固定,第一转子和第二转子底部与摩擦片之间设置摩擦材料, 转动轴的两端分别穿过由两个弹簧盖加紧弹簧构成的两个预压力装置,预压力装置分别 设置于第一转子和第二转子的顶部并通过锁紧螺母紧固于转动轴上。
大力矩双转子应力型纵扭复合超声电机的激励方法,其特征在于:当第一、第二组 纵振压电陶瓷极化布置方式相反时,用两个相位差为90°的正弦信号同时激励第一、第二 组扭振压电陶瓷和第一、第二组纵振压电陶瓷;当第一、第二组纵振压电陶瓷极化布置 方式相同时,利用三个正弦信号来激励,其中第一组纵振压电陶瓷和第二组纵振压电陶 瓷组加相位差为180°的正弦信号,相位分别记为和而施加在第一、第二组扭 振压电陶瓷上的则为相位相同的正弦信号,且相位为激发同频相 位差为90°的定子组件上的1阶扭转振动和所述超声电机整体的2阶纵向振动,从而驱动 转子转动。
本发明与背景技术相比具有更大堵转力矩,在同等直径尺寸(Φ20mm)下的超声电 机中,本发明提出的电机堵转力矩达到1.28N·m,已达到或超过世界最高水平(0.8N·m)。
附图说明
图1是本发明提出的大力矩双转子应力型纵扭复合超声电机的结构半剖图,图中各 标号名称分别为:
11-摩擦片;12-径向轴承;13-第一配重块;14-第二配重块;15-法兰盘;16-安装孔;17- 紧固螺栓;
21-第一组纵振压电陶瓷;22-第二组纵振压电陶瓷;
31-第一组扭振压电陶瓷;32-第二组扭振压电陶瓷;
41-转动轴;42-锁紧螺母;43-弹簧盖;44-弹簧;45-第一转子;46-键;47-摩擦材料;48- 第二转子。
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