一种利用平动齿轮传动的压电电机制造技术

本发明专利技术涉及一种利用平动齿轮传动的压电电机，属于压电电机技术领域。包括定子、转子、XY微位移平台、第一驱动机构和第二驱动机构；转子为直齿齿轮，设于XY微位移平台上；定子为直齿齿圈设于定子座内，定子和转子啮合传动；第一驱动机构、第一配重块、第二驱动机构和第二配重块通过柔性铰链均布在定子座的外圆周上；第一驱动机构由一对位移放大机构和压电叠堆构成A组振子；第二驱动机构由一对位移放大机构和压电叠堆构成B组振子；A组振子和B组振子均在谐振状态下工作，A组振子的输出位移或B组振子的输出位移通过柔性铰链和定子座传递到定子上，再由转子输出。本发明专利技术有利于发挥压电驱动器的高功率密度输出特性，能量损耗减小，传动效率高。传动效率高。传动效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种利用平动齿轮传动的压电电机


[0001]本专利技术属于压电电机
，具体涉及一种利用平动齿轮传动的压电电机。

技术介绍

[0002]压电电机是当前新型驱动器的研究热点，驱动原理上利用了压电陶瓷的电致伸缩效应，具有分辨率高，响应速度快，无电磁干扰，断电自锁等优点。目前发展起来的压电电机主要是利用定子的机械振动，通过定子和转子间的摩擦耦合实现连续旋转或直线运动，摩擦损耗导致了这些电机的输出效率大大降低。为了解决摩擦损耗的问题，目前常见的做法是研发新型摩擦材料，虽然这种方法能够提高电机的使用寿命和效率，但并没有改变摩擦驱动的本质，没有从根本上消除滑动摩擦和摩擦损耗。本专利技术将平动齿轮传动与压电驱动相结合，提出了一种利用平动齿轮传动的压电电机，极大的减小了系统的摩擦损耗，同时两组压电振子均工作在谐振状态下，输出功率较大。
[0003]一种利用压电振子输入的能量带动偏心转子转动的压电马达，该压电马达的平均效率为25.3％，最大输出功率为8.45W。现存的压电马达中功率超过1W,效率超过10％的压电马达大多都是超声电机，而工作在低频下的压电马达输出功率大多很低，其本质原因还是因为摩擦损耗较大。另一种压电摆线马达，该压电马达的定子是内齿轮，转子是外齿轮，由于是利用齿轮传动，所以从本质上减小了摩擦损耗。但是该齿轮的模数为0.082，定转子的齿数分别为405和400，单个齿的全齿高为0.013mm，加工难度极大。由于其定转子的齿形极小，其负载能力儿也会大大减弱，最大输出转矩为0.014Nm，最大效率为25.5％。r/>
技术实现思路

[0004]为了解决现有的压电摩擦型电机摩擦损耗大、功率损失大、传动效率低、传动精度不高等问题，本专利技术提供一种利用平动齿轮传动的压电电机。
[0005]一种利用平动齿轮传动的压电电机包括定子12、转子13、XY微位移平台9、第一驱动机构和第二驱动机构；
[0006]所述转子13为直齿齿轮，通过轮轴、轴承和轴承座10的配合活动设于XY微位移平台9上；
[0007]所述定子12为直齿齿圈，定子12固定设于定子座11内，定子座11为圆环状；定子12和转子13啮合传动；
[0008]所述定子座11的外圆周上分别通过柔性铰链设有第一驱动机构、第一配重块16、第二驱动机构和第二配重块17；第一驱动机构和第二驱动机构相邻；第一配重块16和第二配重块17；第一驱动机构和第一配重块16在X方向上，第二驱动机构和第二配重块17在Y方向上；
[0009]所述第一驱动机构包括第一振子座1、第一压电叠堆2、第一位移放大机构3、第二位移放大机构4；所述第一压电叠堆2固定设于第一位移放大机构3上，第一位移放大机构3、第一压电叠堆2和第二位移放大机构4构成A组振子；
[0010]所述第二驱动机构包括第二振子座5、第二压电叠堆6、第三位移放大机构7、第四位移放大机构8；所述第二压电叠堆6设于第三位移放大机构7上，第三位移放大机构7、第二压电叠堆6和第四位移放大机构8构成B组振子；
[0011]所述A组振子和B组振子均在谐振状态下工作，A组振子的输出位移或B组振子的输出位移通过柔性铰链和定子座11传递到定子12上，再由转子13输出。
[0012]进一步限定的技术方案如下：
[0013]所述定子12的外圆周和定子座11的内圆周之间通过过盈配合固定连接。
[0014]所述第一位移放大机构3、第二位移放大机构4、第三位移放大机构7和第四位移放大机构8均为结构相同的菱形空心框架；菱形空心框架中的一条对角线为长对角线，另一条对角线为短对角线；所述第一压电叠堆2固定设于第一位移放大机构3的长对角线上，所述第二压电叠堆6固定设于第三位移放大机构7的长对角线上。
[0015]所述第一位移放大机构3的输入刚度为第一压电叠堆2的输出刚度的十分之一到六分之一，第三位移放大机构7的输入刚度为第二压电叠堆6的输出刚度的十分之一到六分之一。
[0016]所述A组振子的激励信号和B组振子的激励信号的相位差为90
°
。
[0017]所述转子13的外圆周上均布设有四个轮齿段，每个轮齿段上设有4-8轮齿，转子13的四个轮齿段分别和定子12啮合传动；转子13的齿数比定子12的齿数少1-4个；定子12的齿顶圆和转子13的齿顶圆之间的间隙为0.1-1mm。
[0018]所述第一配重块16的质量和第二配重块17的质量相同，质量为20-500g。
[0019]所述XY微位移平台9为XY-60-L型号的微位移平台。
[0020]本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：
[0021]1.本专利技术将平动齿轮传动与压电驱动相结合，极大的减小了系统的摩擦损耗，传动比精确可控，传动精度大大提高。现有的压电马达，无论是摩擦型还是齿轮传动，其输出效率大都在26％以下，本专利技术由于采用的是内平动齿轮传动，其摩擦损耗大大减小，输出效率越高代表系统的能量损耗越小。
[0022]参见图5所示t0时刻齿轮啮合的受力分析示意图进行分析，由图可知：
[0023]F1＝F
out
sinα
[0024]则转子的输出力矩T＝F1×
r，该电机的输出功率P
out
＝T
×
n
÷
9550，这里n代表转子输出转速。
[0025]激励电压为400V时，理论最大输出功率为27.05W。本实例中压电叠堆工作在200Hz，其理论最大输入功率为33.452W。
[0026]由于齿轮啮合传动过程中没有相对滑动，因而效率极高，该电机的理论效率为80.86％。
[0027][0028]2.本专利技术的压电陶瓷工作在谐振状态下，有利于发挥压电叠堆高功率密度输出的特点，进而提升利用平动齿轮传动的压电电机的输出性能。该马达在工作频率为200Hz(谐振)时，理论输出扭矩为1.7934N
·
m，输出扭矩越大，代表系统的带负载能力越强。
[0029]3.本专利技术的断电齿轮自动复位，无需再调整，无电磁干扰，可靠性高，稳定性好。
附图说明
[0030]图1是本专利技术的结构示意图；
[0031]图2是核心传动部分的结构示意图；
[0032]图3是压电叠堆与位移放大机构的装配示意图；
[0033]图4a是位移放大机构的变形前(实线)与变形后(虚线)的几何关系示意图；
[0034]图4b是位移放大机构的放大原理图；
[0035]图5a是齿轮啮合的受力分析示意图；
[0036]图5b是图5a中虚线方框内结构的局部放大图；
[0037]图6a是核心传动部分的初始位置图；
[0038]图6b是图6a中内齿轮与外齿轮位置关系的局部放大图；
[0039]图7是A组振子和B组振子的激励电压与相位差关系图；
[0040]图8a是对应着图7中电压激励下t0时刻定子与转子的相对位置；
[0041]图8b是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用平动齿轮传动的压电电机，其特征在于：包括定子(12)、转子(13)、XY微位移平台(9)、第一驱动机构和第二驱动机构；所述转子(13)为直齿齿轮，通过轮轴、轴承和轴承座(10)的配合活动设于XY微位移平台(9)上；所述定子(12)为直齿齿圈，定子(12)固定设于定子座(11)内，定子座(11)为圆环状；定子(12)和转子(13)啮合传动；所述定子座(11)的外圆周上分别通过柔性铰链设有第一驱动机构、第一配重块(16)、第二驱动机构和第二配重块(17)；第一驱动机构和第二驱动机构相邻；第一配重块(16)和第二配重块(17)；第一驱动机构和第一配重块(16)在X方向上，第二驱动机构和第二配重块(17)在Y方向上；所述第一驱动机构包括第一振子座(1)、第一压电叠堆(2)、第一位移放大机构(3)、第二位移放大机构(4)；所述第一压电叠堆(2)固定设于第一位移放大机构(3)上，第一位移放大机构(3)、第一压电叠堆(2)和第二位移放大机构(4)构成A组振子；所述第二驱动机构包括第二振子座(5)、第二压电叠堆(6)、第三位移放大机构(7)、第四位移放大机构(8)；所述第二压电叠堆(6)设于第三位移放大机构(7)上，第三位移放大机构(7)、第二压电叠堆(6)和第四位移放大机构(8)构成B组振子；所述A组振子和B组振子均在谐振状态下工作，A组振子的输出位移或B组振子的输出位移通过柔性铰链和定子座(11)传递到定子(12)上，再由转子(13)输出。2.根据权利要求1所述的一种利用平动齿轮传动的压电电机，其特征在于：所述定子(12)的外圆周和定子座(11)的内圆周之间通过过盈配合固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘巧生，汪权，黄梓良，李英豪，姜海洋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：