[实用新型]超声波电机

说明书

本实用新型属于一种电机，它是以超声波振动为动能，并靠摩擦力旋转的电机。

历来作为动力源的电机，都需要线圈和磁场，并通过交变电流和磁场的相互作用使转子旋转，这种电机具有转速高、输出功率大，极适合于拖动领域，但用于控制领域时，它存在结构复杂，调速困难，体积大，重量重，控制反应慢，成本高等缺点。

本实用新型的目的是提供一种能避免上述不足的超声波电机。

下面分两方面介绍本实用新型的技术方案。

1、超声波电机的原理

在涌上岸边的波浪上放竹竿时，竹竿会向岸边慢慢移动。另外放在自转轮上面的输送带靠摩擦力横向移动。

超声波电机就是利用了这种现象，电机定子在圆周方向象波浪那样波动，而定子表面各顶点象自转滚轮那样运动，此时只与波峰接触的转子象输送带一样运动。

图1是弹性体表面运动模型。

振动体（定子）是压电陶瓷4和弹性金属板3紧密地粘在一起，而移动体（转子）是耐磨材料2和金属或塑料1粘在一起。当高频交流电作用在压电陶瓷时，压电陶瓷发生超声波机械振动，则振动体（定子）也和压电陶瓷共振并在定子表面上产生一种特殊波。该波的质点位移只有两个分量，一个与波的方向平行，另一个与传播方向垂直，同时也垂直于半无限大介质的表面。而且这两个位移分量相位差90°，所以该波的质点运动轨迹为椭圆。使得转子通过耐磨材料产生回转扭矩，因振动体（定子）与移动体（转子）是相互加压接触状态，所以位于振动体（定子）之上的移动体（转子）靠摩擦力向某一个方向移动。

2、超声波电机的结构

弹性金属圆板固定在电机盖上，压电陶瓷环粘在圆板上，二者组成定子，压电陶瓷经分相极化处理，并按正、负极相间方式配置电极，在定子的下面是转子。耐磨材料粘在转子上，定子与耐磨材料接触，输出轴与转子连在一起。当高频交流电作用在压电陶瓷时，压电陶瓷发生超声波机械振动，定子也和压电陶瓷共振并在定子表面产生波动，转子通过耐磨材料，产生回转扭矩和转动，则输出轴也转动，输出功率。

本实用新型与现有技术相比，有如下特点：

1、能够直接获得低转速、大扭矩。

2、控制反映快，能够用于精确的速度控制和位置控制。

3、为了产生摩擦力，定子与转子是相互加压状态，所以在停止状态下所保持的扭矩大。不需电磁阀。

4、因不需线圈，结构简单，能够降低成本，适合大批量生产。

5、设计自由度高，能够作成各种形状的电机。

下面结合附图进一步说明本实用新型。

图2是本实用新型的结构示意图。

图3是行进波发生原理及电极配置图。

参见图2，弹性金属圆板6固定在电机盖10上，压电陶瓷环5粘在圆板上，二者组成定子，在定子的下面是转子9，石棉树脂磨擦垫8粘在转子上，定子与磨擦垫接触，轴承11外环固定在电机底座12上，输出轴7与转子和轴承内环连接。

参见图3，压电陶瓷环被分相极化处理，并按正负极相间方式配置电极。当接通高频电压时，其共给频率与弹性金属板固有频率相同时，则振动体（定子）发生共振，并向圆周方向产生弯曲振动行进波。这样能够用较小的压电陶瓷振动，产生较大的回转扭矩。压电陶瓷厚度方向振动的频率与外加频率相等，而产生的正弦行进波与电极的配置相对应。

为了完成上述的功能，电气回路应该具备自动寻找共振频率的功能和二组相位差90°的正弦波发生器16。

13是左侧电极群发生的波，14是右侧电极发生的波，15是合成的行进波。