一种m相驱动步进超声波电机制造技术

本发明专利技术涉及一种m相驱动步进超声波电机，包括基座，依次坐落在基座上的定子和转子，以及对定子和转子施加预紧力的压紧装置，还包括从定子向外延伸而成的三条悬臂梁，在悬臂梁的下表面还设有压电陶瓷片，所述的悬臂梁围绕转子的中心轴均匀布置，并分别对应连接输入电信号的三相。与现有技术相比，本发明专利技术通过在定子和专利的接触处，对转子进行机械加工出沟槽，再配合定子的三相振动，可以有效的实现机械步进特性。

【技术实现步骤摘要】
一种m相驱动步进超声波电机
本专利技术涉及一种电机，尤其是涉及一种m相驱动步进超声波电机。
技术介绍
超声波电机是20世纪80年代中期发展起来的一种全新概念的型驱动装置。它利用压电材料的逆压电效应，使弹性体(定子)在超声频段产生微观机械振动(振动频率在20kHz以上)，通过定子和转子(或动子)之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子(或动子)的宏观的单方向转动(或直线运动)。它打破了由电磁效应获得转速和转矩的传统电机的概念。该种电机具有转速低、力矩大、结构紧凑、体积小、噪声小等优点，它与传统电磁式电机最显著的差别是无磁且不受磁场的影响。超声电机技术在20世纪末期得到迅速发展，并在航空航天、机器人、汽车、精密定位仪、微型机械等领域得到成功的应用。取得了较好的应用效果。1973年，美国IBM公司的H.V.Bath博士首先研制成功原理性超声电机。与此同时.前苏联的V.V.Lavrinenko等人也研制出几乎与Bath相同的原理性超声电机。80年代，日本以指田年生为代表的一批学者致力于将美、苏的原理性样机开发成实用性超声电机。到80年代末90年代初，日本的超声电机开始进入商业应用。超声电机技术在20世纪末期发展和应用中，日本一直处于世界领先地位。起初，日本新生工业公司研制了一种特殊的超声波电机，这种电机不用磁铁和线圈，向国内外十个国家申请了专利，并与大手摄像机厂等共同进行实用化研究。这类压电器件上都要采用PZT。此外，Canon公司投入了近10亿日元建了一条超声电机自动化生产线，每月能生产超声电机20～40万台。它所生产的超声电机在很多产品上都得到了成功的应用。Nikon，Olympus等公司的照相机也在逐步应用超声电机。日本Seiko公司研制出Φ8mm、厚度4.5mm和Φ4.5mm、厚度2.5nm的两种小型超声电机，分别用作手表日历驱动和振动报时。由于超声电机能减轻机器人质量，简化结构，提高响应速度，世界各国都正在把超声电机用于机器人。Seiko公司将两个小型超声电机用于昆虫机器人。该机器人在日本精密工程学会举行的微型机器人竞赛中，连续三次获胜。日本山形大学将超声电机应用于光控的爬行机器人。本丰田公司还在某些豪华轿车上，用超声电机来操纵反光镜和座椅靠头。美国、德国、法国、英国等不甘落后，在20世纪末期都投入了大批人力、物力开发超声电机，努力追赶日本。特别是美国，仅Pennsylvania州立大学在1994～1998年就投人1.5亿美元专门从事压电材料和超声电机研究。美国喷气推进实验室(JPL)和麻省理工学院(MIT)联合研制的超声电机应用于火星探测微着陆器。该电机的扭矩达2.8N·m，使用最低温度达-100℃，比用传统的电机减轻质量30％。美国NASA的CoddarSpaceFlightCenter将超声电机应用于空间机器人技术。其中微型机械手MicroArmI使用了扭矩0.05N·m的超声电机。火星机械手MarsArmⅡ使用了三个扭矩为0.68N·m和一个扭矩为0.1lN·m的超声电机。它们比使用同等功能的传统电机轻40％。在德国，UniversityofPaderborm和DarmstadtUniversityofTechnology在研究超声电机，且GmbH公司的超声电机产品已用于奔驰汽车自动窗门。在英国，UniversityofCambridge工程系对超声电机进行了研究和开发，EMS公司开始小批量生产。在法国，BesanconUniversity和UniversityofFrancheCome也在研究和开发超声电机。意大利、瑞士、新加坡以及韩国等国的名牌大学都有人在研究和开发超声电机技术。我国超声电机研究是从20世纪90年代开始的，其中清华大学、哈尔滨工业大学、吉林工业大学、浙江大学先后开展了超声电机的研究并研制出一些原理性样机。近几年又相继开展了大扭矩、小型和特种超声电机的研究，取得了不少研究成果。1995南京航空航天大学开始了超声电机的研究工作。1995年底研制成功首台实际能运行的环形行波超声电机，并于1996年1月通过中国航空总公司的技术鉴定，获得1996年度江苏省国防科技进步二等奖。此后，又研制了l0多种旋转型超声电机和直线型超声电机，其中TRUM系列旋转型超声电机已接近国际同类产品水平。1999年5月3日～4日在南京航空航天大学主持召开了我国首次超声电机技术研讨会，来自全国30多个单位的70多名代表聚集一堂，交流研究成果，共商我国发展超声电机技术策略。此次会议对我国超声电机的进一步发展具有深远的意义。它将瞄准21世纪我国国民经济各个领域对超声电机技术的需求，发展拥有我国自主知识产权的超声电机技术，开拓我国的超声电机新产业。可以预计，为了发展我国人造卫星、运载火箭、飞机、机器人、微型机械、汽车、磁悬浮列车以及其他精密仪器，也将需要大量的、高性能的超声电机。至于电机的步进特性，我国有一些步进式的电机，如清华大学褚祥诚等人用一组电脉冲序列控铡摇头型超声电机使其产生步进运动；浙江大学金勇等人对纵扭复合型超声电机起动、停止特性的研究，通过驱动电源的通、断控制电机步进；南京航空航天大学的新型自校正步迸超声电机、多相式步进超声电机；lijima的模态旋转型驻波步进超声电机；Kuskaba的驻波型自校正超声电机。这些电机的输入电脉冲数与步数不再一一对应，而是由n个脉冲组成的一组脉冲与电机运行的一步相对应。按实现步进的方法可将步进超声电机分为机构综合型、驱动控制型和电脉冲型。机构综合型步进超声电机有王桂芹的新型自校正步进超声电机；Kuskaba的驻波型自校正步进超声电机；Iijima的模态旋转型驻波步进超声电机等等。这类电机的共同特征是开环控制且无累积误差。驱动力是其定、转子间作用力的切向分量，提高正压力可增大驱动力但可能使得定、转子接触面产生塑性变形，使电机不能正常工作。因此其力矩不易提高。驱动控制型步进超声电机是由驱动电源的通、断使电机产生起、停两实现步进运动的超声电机。典型的作品有：清华大学楮祥诚等人研究的摇头型超声电机的步进控制；浙江大学金勇等人研究的纵扭复合型超声电机的步进控制等。这类超声电机由电源通、断来控制电机起动、停止，以获得一个步距的位移，通过调整组脉冲数可使得步距在很大范围内可调。准确把握超声电机起动、停止特性是获得等步距的关键，但由于没有很接近实际的数学棱型，由实验得到的特性曲线个体差募较大，且一般是时变的。电脉冲型步进超声电机指的是单个电脉冲激励产生的位移响应为一个步距，这是最接近传统意义的步进电机，并能充分发挥超声电机高分辨率的优势，超声电机单脉冲位移响应在nm或μm级。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种m相驱动步进超声波电机。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种m相驱动步进超声波电机，包括基座，依次坐落在基座上的定子和转子，以及对定子和转子施加预紧力的压紧装置，还包括从定子向外延伸而成的m条悬臂梁，在悬臂梁的下表面还设有压电陶瓷片，所述的悬臂梁围绕转子的中心轴均匀布置，并分别对应连接输入电信号的m相，其中，m为正整数。优选的，所述的转子在与定子接触的底部围绕转子中心设有n条沟槽，其中，n≠Km，m为悬臂梁的数目，K为正整数，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种m相驱动步进超声波电机，包括基座，依次坐落在基座上的定子和转子，以及对定子和转子施加预紧力的压紧装置，其特征在于，还包括从定子向外延伸而成的m条悬臂梁，在悬臂梁的下表面还设有压电陶瓷片，所述的悬臂梁围绕转子的中心轴均匀布置，并分别对应连接输入电信号的m相，其中，m为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种m相驱动步进超声波电机，包括基座，依次坐落在基座上的定子和转子，以及对定子和转子施加预紧力的压紧装置，其特征在于，还包括从定子向外延伸而成的m条悬臂梁，在悬臂梁的下表面还设有压电陶瓷片，所述的悬臂梁围绕转子的中心轴均匀布置，并分别对应连接输入电信号的m相，其中，m为正整数。2.根据权利要求1所述的一种m相驱动步进超声波电机，其特征在于，所述的转子在与定子接触的底部围绕转子中心设有n条沟槽，其中，n≠Km，m为悬臂梁的数目，K为正整数，相邻两条沟槽之间夹角为360/n度，所述的悬臂梁摆动的末端位置设有可卡入沟槽中的步进尖端；悬臂梁摆动驱动转子转动，步进尖端卡入沟槽，实现步进。3.根据权利要求2所述的一种m相...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈润杰，苗壮，蒋何，杜胜利，路肖肖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31