[发明专利]微小型减摩驱动式旋转超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转超声电机，尤其是一种包括扭振、纵振两个工作模态的微小型减摩驱动式旋转超声电机，属于超声电机领域。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动，依靠摩擦力驱动的新型作动器。旋转型超声电机属于超声电机的一种。与传统电磁电机相比，超声电机具有大转矩质量比、快速响应、精密定位和无电磁干扰等优点，在生物医疗、精密驱动、光学器件以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。 

传统的直线型超声电机要求定子有两个工作模态，两模态在驱动端部组合后产生椭圆运动，进而推动压在上面的转子产生直线运动。该类型的超声电机对两相模态的频率一致性要求很高，并且由于预压力的作用，工作模态频率将发生飘移，定子初始设计的模态频率对预压力的敏感度通常不一致，因此，造成电机控制困难，输出效率低等现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种微小型减摩驱动式旋转超声电机，与相同体积的传统型超声电机相比，电机本体具有结构紧凑，性能稳定，输出功率较大的特点。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种微小型减摩驱动式旋转超声电机，包括定子和转子，所述定子包括金属环板，该金属环板的板面一侧设置环形凸缘，而金属环板的板面另一侧则安装压电陶瓷；所述压电陶瓷包括纵振压电陶瓷和扭振压电陶瓷，纵振压电陶瓷的安装部位与环形凸缘相对，扭振压电陶瓷的安装部位位于纵振压电陶瓷的内侧；纵振压电陶瓷、扭振压电陶瓷分别与相应的激励电源连接，以分别对应地促使定子在纵振压电陶瓷安装部位的相对端产生局部微幅振动模态、在扭振压电陶瓷安装部位的相对端产生一阶扭转振动模态；所述定子以一阶扭转振动模态作为摩擦驱动力、以局部微幅振动模态作为摩擦驱动力的减摩模态。

所述扭振压电陶瓷的激励电源为连续式方波信号，且扭振压电陶瓷在连续式方波信号激励下，促使定子在扭振压电陶瓷安装部位的相对端产生一阶扭转振动模态，所述连续式方波信号的激励频率与定子的一阶扭转振动模态频率f1相等；纵振压电陶瓷的激励电源为间隔式正弦信号，且间隔式正弦信号的间隔频率与一阶扭转振动模态频率f1接近，纵振压电陶瓷在间隔式正弦信号激励下，在纵振压电陶瓷安装部位的相对端产生局部微幅振动模态，该局部微幅振动模态的频率f2与间隔式正弦信号的激励频率相等。

所述局部微幅振动模态为一阶局部弯振模态或者一阶局部纵振模态。

局部微幅振动模态的频率f2远大于一阶扭转振动模态频率f1。

所述环形凸缘与金属环板的外缘齐平。

根据以上的技术方案，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明采用扭振压电陶瓷激发定子体产生扭转振动，引起定子外沿上表面的来回转动，作为转子的摩擦驱动力来源；采用纵振压电陶瓷激发定子外沿的局部纵向振动或者局部弯曲振动，引起外沿上表面正/反转过程的摩擦驱动力变化；转子在非对称的摩擦驱动力作用下发生定向转动；通过控制纵向振动或者弯曲振动的频率和幅度，可以达到在较大预压力的情况下，转子仍能定向运动，具有较高的输出功率；

2、本发明所述旋转电机的定子对频率一致性没有要求，因此，便于控制；由扭振压电陶瓷激发的定子的一阶扭转振动模态频率较低，以便获得外沿上表面较大的转动角度；由纵振压电陶瓷激发的定子外沿的一阶纵向振动或者一阶弯曲振动模态频率较高，以便获得较好的减摩效果；转子的转动方向由激励信号的相位差确定，交错激励使电机转子定向转动，同时激励使电机转子反方向转动。

附图说明

图1-1为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机的立体结构示意图；

图1-2为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机的剖面结构示意图。 

图2-1为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机定子的一阶扭转振动模态示意图；

图2-2为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机定子外沿的一阶局部纵向振动模态示意图。

   图3为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机定子的信号端示意图。

   图4为本发明所述微小型减摩驱动式旋转超声电机定子交错激发信号图。