[发明专利]具有离合和位移放大机构的盘式超声波电机及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于机械设备、精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动的具有离合和位移放大机构的盘式超声波电机及其工作方法。

背景技术

超声波电机是利用压电材料晶体在外电场作用下发生形变，以此为驱动力来产生运动的电动机。这种超声波电机有以下特点：

1、它不需要像传统感应式电机那样，是根据载流导体在磁场中受到电动力的原理，把电能转换为直线运动的机械能。

2、没有定子和转子部分的线圈和铁心，结构简单、体积小、重量轻、制造方便。

3、不受磁场影响、不产生电磁波。

4、力矩大、响应快，可超低速运行，速度易于控制。

5、步距小、精度高。

超声波电机适用于精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动。

超声波电机的工作原理是利用压电材料的逆压电效应。如果将压电晶体置于外电场中，由于电场作用会引起晶体内部正负电荷重心位移，这一极化位移又导致晶体发生形变。如果外加电场的极性与压电体的极化方向一致，则压电体与电场垂直方向的长度增长；反之，当外加电场的极性与压电体的极化方向相反，则压电体与电场垂直方向的长度缩短。去除电场后，压电体恢复常态。重复地给压电体施加电场和去除电场，压电体就会重复地产生位移。这种位移就是超声波电机工作的动力。

但是，现有的超声波电机由于结构和力传递方式的原因，存在推力小、效率低、损耗大、寿命短、难以做到低速和超低速运行等缺陷，需要改进。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种推力大、效率高、损耗小、能够超低速运行、使用寿命长的具有离合和位移放大机构的盘式超声波电机。

本发明的另一目的是提供一种基于上述具有离合和位移放大机构的盘式超声波电机的工作方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：具有离合和位移放大机构的盘式超声波电机，主要由呈圆盘形结构的定子、以及套装在定子外壁上并形成滑动配合的盘形转子构成，所述定子的一端端面上设置有延伸至转子内壁的离合压电条凹槽，所述离合压电条凹槽的侧壁分别连通有位置相对的旋转力臂凹槽和弹簧凹槽，所述旋转力臂凹槽远离离合压电条凹槽的一侧连通有驱动压电条凹槽；所述离合压电条凹槽内设置有离合压电条，旋转力臂凹槽内设置有旋转力臂，弹簧凹槽内设置有弹簧，驱动压电条凹槽内设置有驱动压电条。

所述离合压电条凹槽、与离合压电条凹槽连通并位于其逆时针旋转方向一侧的旋转力臂凹槽、与离合压电条凹槽连通并位于其顺时针旋转方向一侧的弹簧凹槽、与旋转力臂凹槽远离离合压电条凹槽一侧连通的驱动压电条凹槽、设置在离合压电条凹槽内的离合压电条，设置在旋转力臂凹槽内的旋转力臂，设置在弹簧凹槽内的弹簧，设置在驱动压电条凹槽内的驱动压电条构成顺时针旋转驱动单元；所述离合压电条凹槽、与离合压电条凹槽连通并位于其顺时针旋转方向一侧的旋转力臂凹槽、与离合压电条凹槽连通并位于其逆时针旋转方向一侧的弹簧凹槽、与旋转力臂凹槽远离离合压电条凹槽一侧连通的驱动压电条凹槽、设置在离合压电条凹槽内的离合压电条，设置在旋转力臂凹槽内的旋转力臂，设置在弹簧凹槽内的弹簧，设置在驱动压电条凹槽内的驱动压电条构成逆时针旋转驱动单元；所述顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均至少为一个。

当电机只需单方向运行的功能时只设立顺时针旋转驱动单元或逆时针旋转驱动单元，当需要正反向运行的功能时则顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元都要设置，即顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元均至少为一个。

作为本发明的一种优选方式，顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元都为一个；本发明中的顺时针旋转驱动单元和逆时针旋转驱动单元的数目不限于此，也可根据实际需要另行选择。

现有的用于制造压电条的压电材料或元件，每次通断电周期的位移（伸缩）只能做到器件尺寸的千分之几或百分之几，如要增加每次通断电周期的位移（伸缩），必然增加压电条的长度或使用量，提高电机的制造成本。为了克服上述缺点，提高每个动作周期的位移行程，降低制造成本，本发明主张了位移放大机构，方法是：采用旋转力臂和旋转力臂转轴构成位移放大机构，旋转力臂靠近驱动压电条的一端的力臂小于另一端力臂的长度，驱动压电条的位移就被放大，调整旋转力臂两端的长度，即可调整位移放大的比例；同上述原理，旋转力臂靠近驱动压电条的一端的力臂大于另一端力臂的长度，驱动压电条的位移就缩小，驱动力就被放大。