[发明专利]一种杆式贴片纵扭复合型超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种杆式贴片纵扭复合型超声电机，属于超声电机领域。

背景技术

纵扭复合型超声电机的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已经不下于几十种。传统纵扭复合型超声电机含有两个PZT振子——纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个互相垂直的振动，这两种振动可单独调节，互不耦合。纵扭复合型超声电机与其它类型的超声电机相比，因具有输出力矩特别大、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而成为近年来国内外研究的热点之一。近二十年来科研工作者提出了各种各样的纵扭复合型超声电机结构。1994年，Ueha以夹心式压电定子结构取代具有层叠压电定子的结构研制出了一台直径为80mm的纵扭多模态型超声电机；从1992年开始，日本山形大学的Tomikawa对纵扭型超声电机进行了大量的研究。根据电机的结构特点，他把自己研制的电机分为多模态定子型和单一模态定子型两类；2000年左右，Tsujino对斜槽式模态转换型超声电机进行了研究，该电机仅需要一组压电振子激励，但是只能实现单向旋转；2010年左右赵淳生、杨淋提出了一种贴片式纵扭复合型超声电机，该电机需要三组压电陶瓷片分别用于激励电机定子纵振模态和扭振模态，所需压电陶瓷片数量多且粘贴工艺要求高，该结构不易于微型化。

目前，现有的纵扭复合电机存在以下缺点：

1、定子基体的扭转振动有三种激励方式，一是由基于d15效应的扭振压电陶瓷产生，但这种扭振压电陶瓷工艺复杂，加工困难，成本高；二是由基于d33效应的纵振压电陶瓷激励的纵向振动转化而得到，该方式需要设计相应的模态转化器，结构复杂，且只能实现单向旋转，三是由相互之间呈一角度的基于d31效应的一组压电陶瓷片来激励，粘贴工艺要求高，不易于实现电机微型化。

2、传统夹心式纵扭复合型超声电机结构复杂、零件较多、装配工序较多，且容易产生装配误差，造成纵向振动和扭转振动频率不一致。

发明内容

本发明提供一种杆式贴片纵扭复合型超声电机，是一种转速平稳，输出性能优异，成本低，可微型化的纵扭复合超声电机，这种电机成本低，零件数量少，加工工艺和装配工艺简单，电机定子结构更简单，只需要调节槽的长度和宽度就可以使电机的纵扭振振动频率一致，纵向振动和扭转振动频率一致性较好，电机易于微型化，输出力矩大，在空间尺寸受限的场合中有其不可替代的优势。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种杆式贴片纵扭复合型超声电机，包括定子和转子组件，其中，转子组件包括第一预压转子系统、第二预压转子系统和转动轴，第一预压转子系统、第二预压转子系统分别布设在定子组件两端，且呈镜像排列；第一预压转子系统、第二预压转子系统和定子均同轴套接在转动轴上，所述定子为空心圆管状金属基体，在金属基体中间的外圆周上切出六个相同大小的矩形平面，每隔两个矩形平面分别切出一道沿轴向分布的槽，且槽的位置设置在相邻两个平面的交接处，共设置三道槽，槽的两端设有与槽宽相等的半圆形开孔；在每两道槽之间的两个矩形平面上分别粘贴两个基于d31效应的矩形压电陶瓷片，形成一个激励单元；在定子的两端分别开设有轴承孔，轴承孔内分别布设有轴承；

作为本发明的进一步优选，第一预压转子系统、第二预压转子系统均包括转子、摩擦材料、硅橡胶弹簧、压盖和锁紧螺母，其中，转子与定子接触的一侧粘贴有摩擦材料，硅橡胶弹簧、压盖、锁紧螺母依次设置在转子的另一侧，且转子、硅橡胶弹簧、压盖均套接在转动轴上，硅橡胶弹簧、压盖通过锁紧螺母与转动轴之间的联接压紧在转子上；

作为本发明的进一步优选，在金属基体中间的外圆周上切出六个相同大小的矩形平面，六个矩形平面两两呈120度均匀分布；在定子的金属基体上均匀开设有三个长条形切槽，槽的两端设有与槽宽相等的半圆形开孔，用于调节电机扭转振动频率，且每两个长条形切槽之间设有两个矩形平面；

作为本发明的进一步优选，所述的每两道槽之间的两个矩形平面上分别沿定子轴向粘贴两个基于d31效应的矩形压电陶瓷片，形成一个激励单元，所有激励单元的压电陶瓷片的极化方向均指向圆心或者背离圆心；每个激励单元的两个矩形压电陶瓷片之间分别施加相位差为90°的正弦激励电压或余弦激励电压，用于激发出单元的对称振动模态和反对称振动模态，三组激励单元沿定子周向的综合激励效果最终表现为定子体的1阶纵向振动模态和2阶扭转振动模态；

作为本发明的进一步优选，所述的在定子的两端分别开设的轴承孔为阶梯式轴承孔，轴承孔内分别布设有第一径向轴承、第二径向轴承，定子两个端面上开设有均匀分布的切槽。