[发明专利]一种薄板式旋转超声电机

说明书

技术领域：

本发明涉及一种薄板式旋转超声电机。

背景技术：

超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体在超声频段产生微幅振动，并通过定、转子之间的摩擦将其转换成转子(动子)的回转(直线)运动的新型电机。其中，行波型旋转超声电机基本原理是通过激发圆环或圆板上弯曲振动(或面外振动)行波，形成定子表面的椭圆运动。轨迹椭圆的切向轴的长度除了与法向轴的长度成正比之外，同时还与定子的厚度成正比，椭圆的切向轴越长、电机转速越高，反之亦然。然而，定子弯曲振动幅值也与厚度有关：定子越厚，振幅越小。因此，通过增加定子厚度来提高电机转速的方法是不可行的。目前，行波型旋转超声电机采用定子端面开设齿槽的结构形式，在一定程度上能缓和两方面的矛盾。但同时带来了一个新问题：齿槽增加了定子的复杂性，不利于设计与加工；也不利于微、小型化，应用范围受限。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷提出一种结构简单、易于微、小型化、大扭矩、效率高、响应速度快、应用范围更广的薄板式旋转超声电机。

薄板式旋转超声电机，由轴承、基座、转子和定子构成，转子、定子和基座共轴承设置，其特征在于：还包括橡胶弹簧，所述定子由环形金属薄片和环形压电陶瓷片共轴承复合构成，环形金属薄片的顶部连接转子，环形金属薄片的底部连接环形压电陶瓷片的顶部，环形压电陶瓷片的底部与基座相对设置，所述环形压电陶瓷片的底部均布单向极化的分区扇形镀银电极；橡胶弹簧穿过环形压电陶瓷片压在环形金属薄片和基座之间，所述橡胶弹簧隔离环形压电陶瓷片和轴承、固定定子，同时提供定、转子间的预压力。

本发明的有益效果：该型超声电机除具有超声电机的一般特点外，结构更加紧凑，易于微、小型化；可实现正、反转运动，由两路正弦信号激励，驱动电路简单；定子的压电陶瓷环采用均匀电极分区。

附图说明：

图1是薄板式双行波型旋转超声电机定、转子结构示意图。

图2是薄板式双行波型旋转超声电机定子结构示意图。

图3是薄板式双行波型旋转超声电机的工作模态示意图。其中图(a)为定子面外振动模态B₁₂；图(b)为定子面内振动模态θ₁₂。

图4是薄板式双行波型旋转超声电机工作模态的激励。其中图(c)为给端口(13)施加交变激励电压Esin(ω₁t)时，定子产生振动，形成驻波w_A(θ，t)＝Wsin(2θ)sin(ω₁t)；图(d)为给端口(14)施加交变激励电压Ecos(ω₁t)时，定子产生振动，形成驻波w_B(θ，t)＝Wcos(2θ)cos(ω₁t)。驻波w_A(θ，t)＝Wsin(2θ)sin(ω₁t)和w_B(θ，t)＝Wcos(2θ)cos(ω₁t)的叠加形成面外行波。图(e)为给端口(13)施加交变激励电压Esin(ω₂t)时，定子产生振动，形成驻波δ_A(θ，t)＝Ucos(2θ)sin(ω₂t)；图(f)为给端口(14)施加交变激励电压Ecos(ω₂t)时，定子产生振动，形成驻波δ_B(t)＝-Usin(2θ)cos(ω₂t)。驻波δ_A(θ，t)＝Ucos(2θ)sin(ω₂t)和δ_B(t)＝-Usin(2θ)cos(ω₂t)的叠加形成面内行波。

注：图中均以陶瓷环4n＝8均匀扇形电极分区为例说明。

图1、图2中标号及符号名称：1橡胶弹簧，2环形压电陶瓷片，3弹簧挡圈，4轴承，5基座，6环形金属薄片，7转子，8扇形镀银电极。

图4中标号名称：13、14定子环行波驱动信号输入端。

具体实施方式：

下面以扇形镀银电极8的分区数为8为例说明薄板式双行波型旋转超声电机工作原理及具体实施方式。