專利名稱：貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲波應(yīng)用裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是一種壓電電機(jī)，其利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為超聲電機(jī)的定子的振動能，再通過摩擦作用把振動能轉(zhuǎn)化為運動部件的旋轉(zhuǎn)或者直線運動。它一般主要由定子、轉(zhuǎn)子(動子)及預(yù)壓力機(jī)構(gòu)等組成。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲波電機(jī)具有許多特點和優(yōu)點，比如結(jié)構(gòu)緊湊，能量密度(轉(zhuǎn)矩/質(zhì)量)大，易于微型化；低速大力矩，無需齒輪減速機(jī)構(gòu)，可以實現(xiàn)直接驅(qū)動；電機(jī)響應(yīng)速度快，并且能實現(xiàn)斷電自鎖；位置和速度控制性好，位移分辨率高；超聲波電機(jī)是通過振動摩擦進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的，在轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生磁場，亦不受外界磁場干擾，抗電磁干擾能力強(qiáng)；安靜無噪聲，超聲波電機(jī)工作在超聲頻段，由于不需要齒輪等減速機(jī)構(gòu)，所以可以安靜無噪聲的運行；設(shè)計靈活，結(jié)構(gòu)形式多樣化。超聲電機(jī)重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動電壓低等特點，使其特別適合用于設(shè)備和機(jī)構(gòu)的直接驅(qū)動，而不需要減速機(jī)構(gòu)?？v扭復(fù)合型超聲電機(jī)是超聲電機(jī)的一種重要類型。其利用了定子的縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動，這兩種振動的復(fù)合使得定子驅(qū)動端面的質(zhì)點產(chǎn)生橢圓運動，再通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦作用驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。與行波型超聲電機(jī)相比，相同直徑下，縱扭復(fù)合型超聲電機(jī)能提供大得多的扭矩，其定子驅(qū)動端面質(zhì)點的發(fā)向和切向振動可分別由縱振、扭振壓電元件獨立激發(fā)而成，這樣就可以通過改變縱振、扭振兩相的輸入電壓的大小，方便地控制電機(jī)的機(jī)械輸出特性?？v扭型超聲電機(jī)基本上可以分為兩大類，一類是縱扭模態(tài)復(fù)合型，另一類是模態(tài)轉(zhuǎn)換型。圖1為一種縱扭型超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，電機(jī)的定子為細(xì)長軸型，電機(jī)采用兩組壓電陶瓷片，在定子上激勵出一階的縱向振動和二階的扭轉(zhuǎn)振動。在設(shè)計時，將定子的一階縱向振動模態(tài)頻率和二階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率設(shè)計為相同，電機(jī)的工作模態(tài)為一階縱向振動模態(tài)和二階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)的復(fù)合振動模態(tài)。工作時，兩相激勵信號的頻率相同，且為定子的復(fù)合振動頻率。有些縱扭電機(jī)將縱振壓電陶瓷片和扭振壓電陶瓷片分別裝在定子、轉(zhuǎn)子上，其工作效果也與圖1所示電機(jī)類似，沒有本質(zhì)區(qū)別。如圖2(a)和(b)所示，縱振陶瓷片比較簡單，為上下方向(軸向)極化，上下方向加電場的圓片。扭振陶瓷片要相對復(fù)雜很多。圖2(a)為縱扭型電機(jī)所用的扭轉(zhuǎn)型壓電陶瓷片，其由8個扇形小片21、22、23、24、25、26、27和28粘接而成。211為每個小片的極化方向。29為壓電陶瓷上所施加的激勵電場的方向。利用壓電陶瓷的dl5逆壓電效應(yīng)，可在陶瓷片上產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)角210。扭轉(zhuǎn)型壓電陶瓷片存在結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，加工成本高，容易失效且不容易微型化等缺點，嚴(yán)重影響了縱扭電機(jī)的普及。為了解決這些問題，人們提出了模態(tài)轉(zhuǎn)換型縱扭超聲電機(jī)。如圖3所示，Yukiyasu Kato在美國專利(US6469419B2)中提出的斜槽式模態(tài)轉(zhuǎn)換式樣縱扭超聲電機(jī)，定子上的斜槽起到將縱向振動轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)振動的作用。34為一組縱振壓電陶瓷片，36為定子的二階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài),37為定子的一階縱向振動模態(tài)。另外，Akio Kumada還提出了一種斜梁模態(tài)轉(zhuǎn)化型的縱扭電機(jī)(US4642509)，其同樣采用縱振壓電陶瓷片激勵出定子的縱向振動，靠斜梁轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)振動。但這兩種電機(jī)都存在旋轉(zhuǎn)方向不可調(diào)，且力矩速度調(diào)節(jié)困難等問題。微型化也是超聲波電機(jī)的一個發(fā)展趨勢。減少壓電陶瓷的的加工制作困難，簡化電機(jī)結(jié)構(gòu)并在狹小的空間里獲得大力矩是一個迫切需要解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。一種貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子和預(yù)壓力機(jī)構(gòu)，其中，所述定子包括定子金屬基體和粘貼在定子金屬基體上的縱振壓電片和扭振壓電片，所述定子基體為，在中空圓柱體上切出均布的四個平面，用于粘貼縱振壓電片和扭振壓電片，所述縱振壓電片和扭振壓電片均對稱安裝，成對使用；所述轉(zhuǎn)子包括上轉(zhuǎn)子、下轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸，所述上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸組成一個同步旋轉(zhuǎn)的整體，所述轉(zhuǎn)子通過預(yù)壓力機(jī)構(gòu)壓緊在定子的兩個端面上，縱振壓電片和扭振壓電片在定子上激勵出縱振和扭振的復(fù)合振動，定子通過摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。所述定子通過縱振壓電片和扭振壓電片的激勵形成一階縱振和一階扭轉(zhuǎn)振動復(fù)合振動模態(tài)，作為工作模態(tài)，其中，所述一階縱振模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率相同，并通過該頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，所述在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。所述定子的扭振壓電片上表面電極分成上左、上右、下左、下右四部分，下表面被完整電極，扭振壓電片任意兩個不相鄰的區(qū)域極化方向相同，另外兩個不相鄰區(qū)域則與上述極化方向相反，激勵時四個區(qū)域施加相同的交變電場，在定子金屬基體上激勵出一階彎曲變形，扭振壓電片成對使用，將彎曲變形轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形。所述預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧、軸承和卡箍，所述轉(zhuǎn)子的一端由軸承支撐，其另一端由彈簧壓緊在定子端面上，軸承的一端端面貼緊在定子中部的安裝面上，其另一端與轉(zhuǎn)子軸的端面貼合，所述彈簧通過卡箍鎖緊。所述軸承的軸向安裝表面設(shè)置在定子高度的中部。所述超聲電機(jī)的夾持位置位于定子中部的外表面，并采用柔性夾持方式。所述定子通過縱振壓電片和扭振壓電片形成一階縱振和二階扭轉(zhuǎn)振動復(fù)合振動模態(tài)的工作模態(tài)，其中，所述一階縱振模態(tài)和二階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率相同，并通過該頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，所述在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。所述定子的扭振壓電片上表面電極分成左右兩部分，下表面被完整電極，扭振壓電片左右兩部分極化方向相反，施加相同的交變激勵信號，貼在定子金屬基體的兩側(cè)，單片使用時，在定子金屬基體上激勵二階彎曲變形，成對使用時，則將定子金屬基體的彎曲變形將轉(zhuǎn)化為二階扭轉(zhuǎn)變形。所述預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧和卡箍，所述轉(zhuǎn)子通過彈簧壓緊在定子的兩個端面上，且同步旋轉(zhuǎn)，所述彈簧通過卡箍鎖緊。所述定子和/或轉(zhuǎn)子上設(shè)有齒槽，所述齒槽的齒端設(shè)有摩擦副。所述縱振壓電片和扭振壓電片為壓電陶瓷材料或壓電單晶。本發(fā)明提供的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，使用一組對稱的彎曲型壓電貼片激勵定子的扭轉(zhuǎn)振動，采用另一組縱振壓電貼片激勵定子的扭轉(zhuǎn)振動，從而在定子上激勵出縱扭振動，通過摩擦面驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，能實現(xiàn)調(diào)速和雙向驅(qū)動。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易于加工、調(diào)速方便、容易微型化，在生物、醫(yī)療、微機(jī)械、自動控制、光學(xué)鏡頭、機(jī)器人和航空航天國防科技等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)縱扭電機(jī)圖，圖中，11為轉(zhuǎn)子，12為定子，13為軸，14為螺母，15為彈簧，16為軸承，17為摩擦材料，18為縱振壓電片，19為支撐盤，110為扭振壓電片，111為螺栓；圖2為現(xiàn)有技術(shù)扭轉(zhuǎn)壓電陶瓷片的極化和拼裝，其中，(a)為扭轉(zhuǎn)壓電陶瓷片的拼裝和變形示意圖，(b)為扭轉(zhuǎn)壓電陶瓷片的極化示意圖，圖中，21、22、23、24、25、26、27和28為扇形壓電陶瓷小片，29為電場施加方向，210為施加電場后壓電陶瓷的扭轉(zhuǎn)角，211為扇形壓電陶瓷小片的極化方向；圖3為現(xiàn)有技術(shù)開斜槽的模態(tài)轉(zhuǎn)換型縱扭超聲電機(jī)，圖中，31為轉(zhuǎn)子，32為轉(zhuǎn)子上的斜槽，33為定子配重塊，34為縱振壓電陶瓷片，35為定子上的斜槽，36為定子的二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)振型，37為定子的一階縱振模態(tài)振型；圖4為本發(fā)明縱向振動陶瓷片及其變型示意圖，其中，(a)為縱向振動陶瓷片極化和結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為縱向振動陶瓷片變形示意圖，圖中，41為縱振壓電片，42、43為電極面，44為極化方向,45為電場方向；圖5為本發(fā)明二分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動陶瓷片及其變型示意圖，其中，(a)為二分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動陶瓷片極化和結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為二分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動陶瓷片變形示意圖，圖中，51為二階扭振壓電片，52、53、54為電極面，55、56為極化方向，57、58為電場方向；圖6為本發(fā)明四分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動片及其變型示意圖，其中，(a)為四分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動陶瓷片極化和結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為四分區(qū)扭轉(zhuǎn)振動陶瓷片變形示意圖，圖中，61為一階扭振壓電片，62、63、64、66、68為電極面，65、67、69、610為極化方向，611、612、613、614 為電場方向；圖7為本發(fā)明縱扭復(fù)合型電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，71為定子機(jī)體；圖8為本發(fā)明定子一階縱振模態(tài)；圖9為本發(fā)明定子一階扭振模態(tài)；圖10為本發(fā)明定子二階扭振模態(tài)；圖11為本發(fā)明電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，111為上轉(zhuǎn)子，113為下轉(zhuǎn)子，112為定子金屬基體，114為彈簧，115為卡箍；圖12為本發(fā)明電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖中，121為定子金屬基體，122為軸承，123為軸，124為轉(zhuǎn)子，125為彈簧，126為卡箍。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。實施例1本實施例包括定子、轉(zhuǎn)子和預(yù)壓力機(jī)構(gòu)，其中，定子包括定子金屬基體和粘貼在定子金屬基體上的縱振壓電片和扭振壓電片，定子基體為，在中空圓柱體上切出均布的四個平面，用于粘貼縱振壓電片和扭振壓電片，縱振壓電片和扭振壓電片均對稱安裝，成對使用；轉(zhuǎn)子包括上轉(zhuǎn)子、下轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸，上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸組成一個同步旋轉(zhuǎn)的整體，轉(zhuǎn)子通過預(yù)壓力機(jī)構(gòu)壓緊在定子的兩個端面上，縱振壓電片和扭振壓電片在定子上激勵出縱振和扭振的復(fù)合振動，定子通過摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步地，定子通過縱振壓電片和扭振壓電片形成一階縱振和二階扭振的復(fù)合振動工作模態(tài)，一階縱振模態(tài)和二階扭振模態(tài)頻率接近，用工作模態(tài)的頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。進(jìn)一步地，定子的扭振壓電片上表面電極分成左右兩部分，下表面被完整電極，扭振壓電片左右兩部分極化方向相反，施加相同的交變激勵信號，貼在定子金屬基體的兩側(cè)，單片使用時，在定子金屬基體上激勵二階彎曲變形，成對使用時，則將定子金屬基體的彎曲變形將轉(zhuǎn)化為二階扭轉(zhuǎn)變形。進(jìn)一步地，預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧和卡箍，轉(zhuǎn)子通過彈簧壓緊在定子的兩個端面上，進(jìn)一步地，彈簧通過卡箍鎖緊。進(jìn)一步地,定子和/或轉(zhuǎn)子上設(shè)有齒槽，進(jìn)一步地，齒槽的齒端設(shè)有摩擦副。進(jìn)一步地，縱振壓電片和扭振壓電片為壓電陶瓷材料或壓電單晶。具體為，如圖4(a)和(b)所示，縱振壓電片沿著厚度方向44極化，上下表面41、43被電極，在上下電極42、43之間施加一個交變電場45時,會產(chǎn)生沿長度方向伸長或縮短的變形。如圖5 (a)和(b)所不,扭振壓電片51上表面52、54和下表面53被電極,其中上表面電極分成左部分54和右部分52。扭振壓電片51左右兩邊極化相反,左邊極化方向55,右邊56則方向相反。激勵時,上表面52、54接相同的交變電壓,下表面53接地,會在壓電上激勵出如圖5(b)所示的二階彎曲變形。該壓電片與貼在圓柱金屬基體的兩側(cè)，成對使用，單面電極與金屬基體粘接在一起，彎曲變形將轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形?？v扭型超聲電機(jī)的定子由定子金屬基體71、兩片對稱安裝的縱振壓電片41和兩片對稱安裝的扭振壓電片51組成。定子金屬基體由銅或其他金屬材料構(gòu)成。在兩片對稱安裝的縱振壓電片41上施加交變激勵信號，將在定子上激勵出如圖8所示的縱向振動。在兩片對稱安裝的扭振壓電片51上施加交變激勵信號，將在定子上激勵出如圖10所示的二階扭轉(zhuǎn)振動。若將定子的一階縱振模態(tài)頻率和二階扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動頻率設(shè)計為相同，則可激勵出定子的一階縱振和二階扭轉(zhuǎn)振動的復(fù)合振動?？v、扭振動的相位差為90度，電機(jī)的性能最好。因此，應(yīng)該調(diào)整兩相激勵信號的相位差，使得縱、扭振動的相位差盡量接近90度。電機(jī)工作時，用同一頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，定子上、下端面上質(zhì)點的運動軌跡為橢圓。如圖11所示，定子由兩片縱振壓電片41、兩片扭振壓電片51和定子金屬基體112組成。轉(zhuǎn)子由上轉(zhuǎn)子111、下轉(zhuǎn)子113和轉(zhuǎn)子軸組成一個同步旋轉(zhuǎn)的整體，預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧114和卡箍115，轉(zhuǎn)子通過彈簧114壓緊在定子的兩個端面上，彈簧114由卡箍115鎖緊。定子驅(qū)動與其接觸的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為振動能，再轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的運動輸出。夾持時在定子中部采用柔性夾持方式，盡量減少夾持對振動性能的減弱?？v扭型超聲電機(jī)的定子也可由三片縱振壓電片和三片扭振壓電片組成，縱振壓電片和扭振壓電片交替均布在定子金屬基體上。同樣，壓電片還可更多。定子上或轉(zhuǎn)子上可以開齒槽，用于退至屑和冷卻。帶齒端可以粘貼摩擦材料，也可定子、轉(zhuǎn)子上同時處理上摩擦材料，構(gòu)成摩擦副，降低磨損率，提高性能。實施例2實施例2的結(jié)構(gòu)和激勵方式與實施例1類似，其與實施例1的區(qū)別在于在振動模態(tài)的選擇上，實施例2選用了一階縱振和一階扭振的復(fù)合振動工作模態(tài)，相應(yīng)的扭振陶瓷的分區(qū)和極化方式與實施例1中不同；由于定子兩端的驅(qū)動方向相反，因此，僅能利用定子的一端驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)；由于縱、扭振動有共同的階平面，位于定子高度的中部，這給電機(jī)的裝夾和固定帶來了方便。本實施例中，定子通過縱振壓電片和扭振壓電片形成一階縱振和一階扭轉(zhuǎn)振動復(fù)合振動模態(tài)的工作模態(tài)，其中，所述一階縱振模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率相同，并通過該頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，所述在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。進(jìn)一步地，定子的扭振壓電片上表面電極分成上左、上右、下左、下右四部分，下表面被完整電極，扭振壓電片任意兩個不相鄰的區(qū)域極化方向相同，另外兩個不相鄰區(qū)域則與上述極化方向相反，激勵時四個區(qū)域施加相同的交變電場，在定子金屬基體上激勵出一階彎曲變形，扭振壓電片成對使用，將彎曲變形轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形。進(jìn)一步地，預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧、軸承和卡箍，所述轉(zhuǎn)子的一端由軸承支撐，其另一端由彈簧壓緊在定子端面上，軸承的一端端面貼緊在定子中部的安裝面上，其另一端與轉(zhuǎn)子軸的端面貼合，所述彈簧通過卡箍鎖緊。進(jìn)一步地，超聲電機(jī)的夾持位置位于定子中部的外表面，并采用柔性夾持方式。具體為，實施例2所用的扭振陶瓷片如圖6(a)和(b)所示，扭振壓電片61上表面63、64、66、68和下表面62被電極,其中上表面電極分成四部分63、64、66、68。極化時,斜對角的區(qū)域64、68極化方向相同。另一個對角66、63則極化方向相反。激勵時，信號611、612、613、614相同，為同一交變電場,會在壓電上激勵出的一階彎曲變形。該壓電片與貼在圓柱金屬基體的兩側(cè)，成對使用，單面電極與金屬基體粘接在一起，彎曲變形將轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形。如圖7和圖9所示，若縱扭型超聲電機(jī)的定子由定子金屬基體71、兩片對稱安裝的縱振壓電片41和兩片對稱安裝的扭振壓電片61組成。將定子的一階縱振模態(tài)頻率和一階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率設(shè)計為相同，用同一頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，則可激勵出定子的一階縱振和一階扭轉(zhuǎn)振動的復(fù)合振動。應(yīng)該盡量使定子縱、扭振動的相位差接近90度。定子只有一個端面為驅(qū)動表面。預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧、軸承和卡箍，轉(zhuǎn)子的一端由軸承支撐，其另一端由彈簧壓緊在定子端面上，軸承的一端端面貼緊在定子中部的安裝面上，其另一端與轉(zhuǎn)子軸的端面貼合，進(jìn)一步地，彈簧通過卡箍鎖緊。
進(jìn)一步地，軸承的軸向安裝表面設(shè)置在定子高度的中部。具體為，如圖12所示。轉(zhuǎn)子123—端由軸承支承，轉(zhuǎn)子的另一端由彈簧125壓緊在定子端面上。軸承的一端端面貼緊在定子中部的安裝面上，另一端與轉(zhuǎn)子軸的端面貼合。預(yù)壓力系統(tǒng)由卡箍126鎖緊。定子的一階縱振模態(tài)頻率和一階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率設(shè)計為相同。激勵時，交變激勵信號(正弦或者矩形波)在定子上激勵出相位差盡量接近90度的一階縱向振動和一階扭轉(zhuǎn)振動，但激勵信號的相位差并不一定是90度。定子端面上質(zhì)點的運動軌跡為橢圓，通過摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，包括定子、轉(zhuǎn)子和預(yù)壓力機(jī)構(gòu)，其中，所述定子包括定子金屬基體和粘貼在定子金屬基體上的縱振壓電片和扭振壓電片，所述定子基體為，在中空圓柱體上切出均布的四個平面，用于粘貼縱振壓電片和扭振壓電片，所述縱振壓電片和扭振壓電片均對稱安裝，成對使用；所述轉(zhuǎn)子包括上轉(zhuǎn)子、下轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸，所述上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸組成一個同步旋轉(zhuǎn)的整體，所述轉(zhuǎn)子通過預(yù)壓力機(jī)構(gòu)壓緊在定子的兩個端面上，縱振壓電片和扭振壓電片在定子上激勵出縱振和扭振的復(fù)合振動，定子通過摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述定子通過縱振壓電片和扭振壓電片的激勵形成一階縱振和一階扭轉(zhuǎn)振動復(fù)合振動模態(tài)，作為工作模態(tài)，其中，所述一階縱振模態(tài)和一階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率相同，并通過該頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，所述在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述定子的扭振壓電片上表面電極分成上左、上右、下左、下右四部分，下表面被完整電極，扭振壓電片任意兩個不相鄰的區(qū)域極化方向相同，另外兩個不相鄰區(qū)域則與上述極化方向相反，激勵時四個區(qū)域施加相同的交變電場，在定子金屬基體上激勵出一階彎曲變形，扭振壓電片成對使用，將彎曲變形轉(zhuǎn)化為扭轉(zhuǎn)變形。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧、軸承和卡箍，所述轉(zhuǎn)子的一端由軸承支撐，其另一端由彈簧壓緊在定子端面上，軸承的一端端面貼緊在定子中部的安裝面上，其另一端與轉(zhuǎn)子軸的端面貼合，所述彈簧通過卡箍鎖緊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述超聲電機(jī)的夾持位置位于定子中部的外表面，并采用柔性夾持方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述定子通過縱振壓電片和扭振壓電片形成一階縱振和二階扭轉(zhuǎn)振動復(fù)合振動模態(tài)的工作模態(tài)，其中，所述一階縱振模態(tài)和二階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)頻率相同，并通過該頻率對電機(jī)進(jìn)行激勵，所述在定子上激勵出的縱、扭振動的相位差接近90度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述定子的扭振壓電片上表面電極分成左右兩部分，下表面被完整電極，扭振壓電片左右兩部分極化方向相反，施加相同的交變激勵信號，貼在定子金屬基體的兩側(cè)，單片使用時，在定子金屬基體上激勵二階彎曲變形，成對使用時，則將定子金屬基體的彎曲變形將轉(zhuǎn)化為二階扭轉(zhuǎn)變形。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述預(yù)壓力系統(tǒng)包括彈簧和卡箍，所述轉(zhuǎn)子通過彈簧壓緊在定子的兩個端面上，且同步旋轉(zhuǎn)，所述彈簧通過卡箍鎖緊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述定子和/或轉(zhuǎn)子上設(shè)有齒槽，所述齒槽的齒端設(shè)有摩擦副。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或6所述的貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，其特征在于，所述縱振壓電片和扭振壓電片為壓電陶瓷材料或壓電單晶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種貼片式縱扭模態(tài)復(fù)合型超聲電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子和預(yù)壓力機(jī)構(gòu)，其中，所述定子包括定子金屬基體和粘貼在定子金屬基體上的縱振壓電片和扭振壓電片，所述定子基體為，在中空圓柱體上切出均布的四個平面，用于粘貼縱振壓電片和扭振壓電片，所述縱振壓電片和扭振壓電片均對稱安裝，成對使用；所述轉(zhuǎn)子包括上轉(zhuǎn)子、下轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子軸，所述上轉(zhuǎn)子和下轉(zhuǎn)子通過轉(zhuǎn)子軸組成一個同步旋轉(zhuǎn)的整體，所述轉(zhuǎn)子通過預(yù)壓力機(jī)構(gòu)壓緊在定子的兩個端面上，縱振壓電片和扭振壓電片在定子上激勵出縱振和扭振的復(fù)合振動，定子通過摩擦驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明實現(xiàn)調(diào)速和雙向驅(qū)動，并具有成本低、精度高、制作簡單等優(yōu)點，利于微型化和產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號H02N2/10GK103001532SQ201210496699
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者鹿存躍, 徐亮, 楊明 申請人:上海交通大學(xué)