一种叠加型纵振模态旋转压电马达制造技术

本发明专利技术涉及一种叠加型纵振模态旋转压电马达，属于压电驱动技术领域。本发明专利技术包括螺柱、后盖板、压电陶瓷片、电极片、模态转换器、下端弹簧、锥形转子、上端弹簧、螺母。所述后盖板、压电陶瓷片、电极片、模态转换器构成所述旋转压电马达的定子组件；所述锥形转子为旋转压电马达的转子部分。所述上端弹簧、下端弹簧和螺母构成压电马达转子和定子组件的正压预紧力调整机构。本发明专利技术通过叠加两组压电陶瓷片的纵向振动模态来带动模态转换器倾斜，进而在摩擦力的作用下驱动锥形转子旋转。本发明专利技术具有结构紧凑，驱动效率高，便于微型化等特点。

A Superposition Longitudinal Vibration Mode Rotating Piezoelectric Motor

The invention relates to a superimposed longitudinal vibration mode rotary piezoelectric motor, which belongs to the field of piezoelectric driving technology. The invention comprises a stud, a rear cover plate, a piezoelectric ceramic sheet, an electrode sheet, a mode converter, a lower end spring, a conical rotor, an upper end spring and a nut. The rear cover plate, the piezoelectric ceramic sheet, the electrode sheet and the mode converter constitute the stator assembly of the rotary piezoelectric motor, and the tapered rotor is the rotor part of the rotary piezoelectric motor. The upper end spring, the lower end spring and the nut constitute a positive pressure pre-tightening force adjusting mechanism of the piezoelectric motor rotor and the stator assembly. The invention drives the mode converter to tilt by superimposing two sets of longitudinal vibration modes of piezoelectric ceramic plates, and then drives the conical rotor to rotate under the action of friction force. The invention has the advantages of compact structure, high driving efficiency and easy miniaturization.

【技术实现步骤摘要】
一种叠加型纵振模态旋转压电马达
本专利技术涉及压电驱动
，特别涉及一种叠加型纵振模态旋转压电马达。
技术介绍
压电式微动机构已经在微量给进、光纤对接和工业机器人等领域广泛应用，压电材料同时也是智能材料中最常用的驱动元件材料，具有良好的动态特性和高分辨率。随着压电技术的发展以及应用，压电技术广泛应用于机器人、医疗及航空航天领域，形成了一种独特的体系。为了适应现代电子技术对马达微小化的要求，压电马达问世，压电马达的优点突出：不需要润滑，没有齿轮箱，结构紧凑；同时也具有体积小、响应快、精度高和无磁场干扰等特点。由于没有皮带和齿轮，并可由微型计算机控制，压电马达的可控性增大。在公开号为CN203261258U，专利技术名称为《一种单信号驱动旋转超声电机》的专利文献中，公开了一种利用条状驱动齿将夹心式振子产生的纵向振动转换为驱动齿顶部质点的椭圆振动，进而利用摩擦力驱动转子旋转的超声电机。该专利技术结构简单，装配容易，但驱动齿加工精度要求高，生产成本高，对该超声电机的推广和应用造成了一定阻碍。本专利技术利用具有旋转对称齿的模态转换器，借助于摩擦力驱动锥形转子，降低了压电马达各零件的加工精度，提高了压电马达的机械性能。在公开号为CN102005965A，专利技术名称为《一种单相电源驱动的超声波电机》的专利文献中，公开了一种向设置于空心金属直管外侧横截面上的两片弛豫铁电单晶压电片施加单向交流电，可以同时激发出定子沿X轴和Y轴两个一阶弯曲振动，进而利用摩擦力驱动转子旋转的超声波电机。这种电机结构简单，但推力有限，且不可避免因超负荷引起滑动，若预压力小则摩擦结合面有可能产生滑动摩擦，若预压力过大引起塑性变形，则难以实现正确驱动，并且还容易产生磨损问题。本专利技术采用锥形结构的转子，可以有效减少定子组件和转子之间的滑动摩擦。压电马达的电气参数和机械参数优秀，某些特性优于最好的传统电磁式马达，但是也存在输出力小、结构复杂等一些局限性，部分旋转压电马达的定子与转子的预压力无法有效调整，导致无法有效调节摩擦力，本专利技术利用弹簧与螺母有效准确地调整正压预紧力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种叠加型纵振模态旋转压电马达，从而解决现在技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种叠加型纵振模态旋转压电马达，主要包括定子组件和转子，其特征在于：所述定子组件包括后盖板1、压电陶瓷片2、电极片9、带旋转齿的模态转换器3；所述转子为锥形转子4，在锥形转子4的外弧面粘接有摩擦层，与前述模态转换器3上部的旋转齿接触后产生摩擦耦合。所述的定子部分与转子通过螺柱7连接，同时定子组件也是压电马达的能量转换部分，将电能转换为定子部分的振动能量。所述的模态转换器3为一体化结构，包括下端的四棱柱部分和上端的旋转齿部分，所述的旋转齿分别分布在四棱柱上端面四条边的中点，所述旋转齿的数量为4个。所述旋转齿设置为梯形结构的目的是为了增加旋转齿的斜面和锥形转子的外弧面之间摩擦结合面的面积，保证压电马达位移输出的大步距。所述锥形转子4的外弧面与锥形转子4轴线形成30°～60°的夹角，和模态转换器3上端旋转齿的斜面与模态转换器3轴线形成的夹角大小一致。所述锥形转子4采用锥形结构的转子可以减少旋转齿齿斜面和转子锥形外弧面之间的滑动摩擦，降低转子和旋转齿发生的弹性形变量，有效延缓磨损问题的出现。所述上端弹簧5、下端弹簧6和螺母8构成压电马达转子和定子组件的正压预紧力调整机构。所述下端弹簧6可以调节锥形转子与模态转换器之间的距离，使金属转子的外弧面不与模态转换器上端旋转齿的斜面接触，同时可以调节锥形转子外弧面与模态转换器上端旋转齿斜面之间的距离。该压电马达的压电陶瓷片工作在d33振动模式，d33模式是压电陶瓷片的纵向伸缩振动的基音模式，这种振动模式实现能量转换的机电耦合效率高；所述压电陶瓷片2优先选择具有较高d33压电常数的PZT-5H压电材料，每个压电陶瓷片的上下端面均设置一片电极片。更进一步，所述模态转换器旋转齿与转子接触的斜面粘接有A摩擦材料。更进一步，所述锥形转子与模态旋转齿接触的的外弧面上粘接有B摩擦材料。更进一步，电极片不与压电陶瓷片接触的表面涂有绝缘材料。附图说明图1和图2是叠加型纵振模态旋转压电马达结构示意图。图中标号名称：1-后盖板；2-压电陶瓷片；3-带旋转齿的模态转换器；4-锥形转子；5-上端弹簧；6-下端弹簧；7-螺柱；8-螺母；9-电极片。图3是图1或图2中两对压电陶瓷片的空间位置示意图。图4（1）是压电马达定子组件的一个基本振动模态示意图；图4（2）是所述基本振动模态下模态转换器的运动示意图；图4（3）是锥形转子的旋转示意图。图中标号名称：31-第一旋转齿；32-第二旋转齿；33-第三旋转齿；34-第四旋转齿。图5是压电马达定子组件的一个循环中完整的基本振动模态示意图。具体实施方式为了更清楚的说明本方案的技术特点，下面结合附图对本专利技术进行详细阐述。一种叠加型纵振模态旋转压电马达如图1和图2所示，包括螺柱7和依次套在螺柱7上的后盖板1、压电陶瓷片2、电极片9、带旋转齿的模态转换器3、锥形转子4、上端弹簧5、下端弹簧6、螺母8；定子组件是由后盖板1、压电陶瓷片2、电极片9、带旋转齿的模态转换器3联接而成。通过螺柱7上外螺纹和螺母8的内螺纹联接，把后盖板1、压电陶瓷片2、电极片9和带旋转齿的模态转换器3压紧固定。螺柱7的一端旋合在后盖板1一端端面的中心处；四片压电陶瓷片2套在后端盖1与带旋转齿的模态转换器3之间的螺柱7上；每个压电陶瓷片2沿厚度方向极化，极化方向一致。带旋转齿的模态转换器3为一体化结构，包括下端的四棱柱部分和上端的旋转齿部分，旋转齿分布在四棱柱上端面四条边的中点，旋转齿的数量为4个，每个旋转齿的几何中心轴线和长方体部分的轴线平行。锥形转子4的外弧面与锥形转子4的轴线形成30°～60°的夹角，和模态转换器3上端旋转齿的斜面与模态转换器3轴线形成的夹角大小一致。调节螺母8的位置可改变旋转齿斜面和锥形转子外弧面接触后的摩擦结合面的正压预紧力，保证压电马达位移输出的大步距。所述旋转压电马达的压电陶瓷片2的空间分布如图2所示，压电陶瓷片21和压电陶瓷片24位于同一平面，压电陶瓷片22和压电陶瓷片23位于同一平面，压电陶瓷片21和压电陶瓷片24的位置与压电陶瓷片22和压电陶瓷片23的位置在水平方向形成90°夹角。一种叠加型纵振模态旋转压电马达的一个工作模态示意图如图4所示，四片压电陶瓷片的电极片分别接入振动频率相同，相位差为1/4周期的超声交流电信号；如图4（1）所示，当压电陶瓷片22处于波峰状态，压电陶瓷片23处于波谷状态时，压电陶瓷片22由于逆压电效应激发纵向伸长运动，压电陶瓷片23由于逆压电效应激发纵向收缩运动，压电陶瓷片2上端的模态转换器3会发生如图4（2）所示的倾斜运动，使第一旋转齿31与锥形转子4的外弧面形成摩擦结合面，第一旋转齿31的斜面与锥形转子4外弧面产生接触摩擦；此时压电陶瓷片24处于波谷状态，压电陶瓷片2上端的模态转换器3会叠加一个倾斜运动，第一旋转齿31的斜面与锥形转子4的外弧面所产生的接触摩擦力的水平分力为锥形转子4提供驱动力，发生如图4（3）所示的旋转运动。图5所示的是一种叠加型纵振模态旋转压电马达定子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠加型纵振模态旋转压电马达，包括定子组件和转子，其特征在于：所述定子组件中的后盖板、压电陶瓷片、电极片、模态转换器依次套在螺柱上；所述转子为锥形金属体，其外弧面与模态转换器旋转齿的斜面接触后形成摩擦结合面；所述的定子部分与转子之间的正压预紧力可通过上端弹簧、下端弹簧和螺母进行调整。

【技术特征摘要】
1.一种叠加型纵振模态旋转压电马达，包括定子组件和转子，其特征在于：所述定子组件中的后盖板、压电陶瓷片、电极片、模态转换器依次套在螺柱上；所述转子为锥形金属体，其外弧面与模态转换器旋转齿的斜面接触后形成摩擦结合面；所述的定子部分与转子之间的正压预紧力可通过上端弹簧、下端弹簧和螺母进行调整。2.根据权利要求1所述的叠加型纵振模态旋转压电马达，其特征在于：所述压电陶瓷片由上下两组叠加组成，两组压电陶瓷片在水平方向形成90°夹角；所述压电陶瓷片均沿d33方向极化，极化方向一致。3.根据权利要求1或2所述的叠加型纵振模态旋转压电马达，其特征在于：所述螺柱与后盖板固定连接，所述锥形转子的轴线与螺柱轴线重合。4.根据权利要求1所述的叠加型纵振模态旋转压电马达，其特征在于：所述压电陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷玉枫，刘佩珊，张锦，高崇仁，吉正杰，冯毅杰，王向梅，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西,14