旋转型声表面波电机制造技术

本发明专利技术的旋转型声表面波电机，属声表面波电机领域。它由定子组件、叉指换能器、转子及支架组件构成。该电机利用声表面波可以在曲面传播的特性，设计出一种半环形定子，在其内表面激发出声表面波，把转子夹在两个定子半环中间，通过摩擦力的作用，以旋转运动的形式把动力传递出去。该种电机响应快、输出力高，易于小型化，可实现高精度的定位控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的旋转型声表面波电机，属声表面波电机领域。
技术介绍
声表面波电机是在超声电机的发展过程中自然产生的一种新型电机，它是声表面波技术在超声电机中的应用，其原理是以电声换能器在压电材料定子表面产生声表面波，来获得定子表面质点的椭圆运动，通过定子和滑快之间的液体耦合或者直接摩擦耦合将运动传递出去一种新型作动器。目前，基于声表面波技术的直线型电机在日本发展的非常迅速，国内也有相关报道。《微电机》杂志2004年第37卷第3期“声表面波直线电机研究发展”一文，对这种声表面波技术的直线型电机做过一定的介绍。但关于旋转型声表面波电机方面研究，国内外尚未有研制成功的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研制一种结构简单、大扭矩、效率高、响应速度快、步距小、应用范围更广的旋转型声表面波电机。本专利技术利用声表面波可以在曲面传播的特性，设计出一种半环形定子，在其内表面激发出声表面波，把转子夹在两个定子半环中间，通过摩擦力的作用，以旋转运动的形式把运动传递出去。本专利技术的旋转型声表面波电机，由定子组件、叉指换能器、转子及支架组件构成，其特征在于所述的定子组件包括上定子半环和与之相对设置的下定子半环，其中上定子半环和下定子半环相对的端面分别成由外环面向内环面缩进的斜面形状；所述的转子被上定子半环和下定子半环夹持于中间，且转子表面布有微米级凸台；所述的叉指换能器包括上、下两组叉指换能器对，它们为能量循环方法结构，其中上叉指换能器对加工在上定子半环上与下定子半环相对的两个斜面上，下叉指换能器对加工在下定子半环上与上定子半环相对的两个斜面上；所述支架组件包括上安装座和下安装座，上定子半环和下定子半环下分别粘固在上安装座和下安装座内环面上，上安装座和下安装座通过弹簧垫片和压紧螺栓为电机提供工作时所需的预压力。旋转型声表面波电机除具有超声电机的一般特点外，其最大的特点是由于其驱动频率很高(MHz)，而一般超声电机的驱动频率在kHz级，所以说相对于一般的超声电机来说，声表面波电机所利用的声表面波的波长很短，非常利于小型化；采用高频正弦信号激励，可实现正、反转运动，驱动电路简单；采用了大行程定子结构设计方法，克服了直线型声表面波电机行程短的缺陷，实现了连续的旋转运动；转子表面布满微米级的凸台，凸台直径与凸台间隙之间比例关系的设定很好的解决了既需要通过增大定转子之间接触面积增大转子输出力，又要防止凸台过密造成表面波传播过程中相移问题的矛盾；两个环形定子夹持转子结构，有效的解决了预压力施加问题，提高力矩的潜力较大；叉指换能器的结构采用能量循环方法设计，使的电机的效率得到了很大的提高。附图说明图1是旋转型声表面波电机定、转子结构示意图。图2是旋转型声表面波电机定、转子及支架机构结构示意图。图3是定子基片及加工在倾斜面上的叉指换能器示意图。图4是声表面波驱动下转子顺时针转动示意图。图5是声表面波驱动下转子逆时针转动示意图。图1中标号名称1-转子，2-上叉指换能器对，3-上定子半环，4-下定子半环，5-下叉指换能器对。图2中标号名称6-上安装座，7-下安装座，8-压紧螺栓，9-弹性垫片。图3中标号名称10-左转换电极，11-左反射电极，12-右反射电极，13-右转换电极，14-驱动电源，15-为转换电极循环能量输入端，16-为驱动信号输入端，17-为驱动信号输出端，18-功率合成器。图4中标号及符号名称19-定子半环表面质点椭圆运动方向，20-声表面波的传播方向，21-转子所受摩擦力方向，22-转子旋转方向，23-两定子半环联合作用加在转子上面的预压力；P、Q、R、S、T为定子半环与转子之间的接触点。具体实施例方式下面具体说明旋转型声表面波电机工作原理及具体实施方式。结合图1和图2所示，由定子组件、叉指换能器、转子及支架组件构成，其特征在于所述的定子组件包括上定子半环3和与之相对设置的下定子半环4，其中上定子半环3和下定子半环4相对的端面分别成由外环面向内环面缩进的斜面形状；所述的转子1被上定子半环3和下定子半环4夹持于中间，且转子1表面布有微米级凸台；所述的叉指换能器包括上、下两组叉指换能器对，它们为能量循环方法结构，其中上叉指换能器对2加工在上定子半环3上与下定子半环4相对的两个斜面上，下叉指换能器对5加工在下定子半环4上与上定子半环状3相对的两个斜面上；所述支架组件包括上安装座6、下安装座7，上定子半环3和下定子半环4下分别粘固在上安装座6和下安装座7内环面上，上安装座6与下安装座7通过弹簧垫片9和压紧螺栓8为电机提供工作时所需的预压力。如图3所示，上下定子半环的两个端面加工成如图所示的倾斜面，同时倾斜面和上下定子半环形内表面之间采取圆弧面过渡。主要有两个作用，一是使得为了使加工在其上的叉指换能器避开转子的工作面；二是为了保证由叉指换能器所激发的声表面波能够有效的通过过渡面在内环面传播，避免声表面波传播过程中大的反射损耗。转子表面采用干蚀法加工出微米级大小的圆柱形凸台，其凸台直径与凸台间隙的尺寸之比控制在1∶4～1∶8之间。加工凸台的目的是增大定转子之间的接触压强，从而减小空气挤压膜，污染物的影响；控制凸台直径与凸台间隙之间尺寸比值的目的是减小声表面波传播过程中的相位改变，同时也利于空气流的通过，从而减小空气阻力。图3为定子基片及加工在定子倾斜面上的叉指换能器示意图，上下定子半环及上下叉指换能器的结构一样。如图3所示，功率合成器型能量循环方法设计的叉指换能器包括两组单向叉指换能器和一个功率合成器18。如图3所示，左边一组单向叉指换能器作为发射器，右边一组吸收声表面波并将机械能转换成电能输入到功率合成器中，然后同电源输入的能量合成一块再传给左边这组单向叉指换能器。每组单向叉指换能器都由一个反射电极11和一个转换电极10组成，两个电极的周期节长和声孔径宽均相同。当在转换电极10上加上高频电信号后，在定子半环表面激发的声表面波会在转换电极10的左右两个方向传播，反射电极11的作用就是把向左传播的声表面波全部反射到右侧，通过合理安排反射电极11和转换电极10之间的距离，使得反射后的波和原来向右传播的波相位差为2nπ(n为整数)，那么向右传播的波的强度就得以加强，当波传播到右转换电极13时，由压电效应，转换电极13把机械能转换成电能通过标号为15的输入端输入到功率合成器18中，汇合由标号为16的输入端输入的高频电信号一起，在标号为17的输出端输出高频电信号又加在左转换电极10上，如此往复。如图3所示，当在标号为16的输入端加上声同步频率的电信号后，从标号为17的输出端输出的高频电信号加在下叉指换能器5上，通过逆压电效应，在定子半环4上的内表面激发出声表面波。同样，上叉指换能器2在上定子半环3上激发出和下定子半环4方向相反的声表面波。在两者的协同作用下，夹在定子中间的转子1在一定的预载荷作用下与定子半环3和定子半环4的环形表面接触，转子与定子之间在定子表面质点椭圆运动的作用下产生摩擦力，摩擦力推动转子沿着与波传播方向相反的方向旋转。通过切换驱动信号，可以实现电机的反向转动。如图4所示，当整个定子半环3和定子半环4内环形表面上所激发出的声表面波为逆时针方向传播时，定子表面质点为逆时针的椭圆运动，定子和转子相互接触产生整体顺时针方向的摩擦力，从而推本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种旋转型声表面波电机，由定子组件、叉指换能器、转子及支架组件构成，其特征在于：所述的定子组件包括上定子半环（３）和与之相对设置的下定子半环（４），其中上定子半环（３）和下定子半环（４）相对的端面分别成由外环面向内环面缩进的斜面形状；所述的转子（１）被上定子半环（３）和下定子半环（４）夹持于中间，且转子（１）表面布有微米级凸台；所述的叉指换能器包括上、下两组叉指换能器对，它们为能量循环方法结构，其中上叉指换能器对（２）加工在上定子半环（３）上与下定子半环（４）相对的两个斜面上，下叉指换能器对（５）加工在下定子半环（４）上与上定子半环状（３）相对的两个斜面上；所述支架组件包括上安装座（６）、下安装座（７），上定子半环（３）和下定子半环（４）分别粘固在上安装座（６）和下安装座（７）的内环面上，上安装座（６）与下安装座（７）通过弹簧垫片（９）和压紧螺栓（８）为电机提供工作时所需的预压力。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵淳生，时运来，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]