交叉组合激励方式的定子及使用该定子的微超声电机制造技术

交叉组合激励方式的定子及使用该定子的微超声电机，它属于超声振动应用领域，它是为了克服现有微超声电机工作效率低、微细化时输出转矩小的问题。本发明专利技术的交叉组合激励方式的定子，它由压电陶瓷元件和定子匹配块构成，所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极；本发明专利技术的微超声电机是一种采用八个外电极的压电陶瓷元件作为定子的弯曲振动模态微超声电机。本发明专利技术显著提高了电机的工作效率，改善了电机的机械特性，促进了弯曲振动超声电机的实用化和微细化。本发明专利技术的微超声电机相比于传统的使用具有四个外电极定子的超声波电机，其性能有明显的改善，空载转速提高了约２３％，堵转力矩提高了约４５％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声振动应用领域，具体涉及一种利用弯曲振动模态采用全新分区激励方式的超声波振动激励定子和使用这种定子的微超声电机。
技术介绍
弯曲振动模态超声电机是超声电机的一种，它相对别的超声电机结构比较简单。根据定子形状的不同，弯曲振动模态超声电机可分为压电片夹心式超声电机、压电柱式超声电机和压电管式超声电机，其中超声电机的工作效率是标志其能否实用化的一个重要衡量参数。影响此类电机效率的主要因素有电机的设计结构和定子的分区激励方式。如图1所示，已有的压电管式超声电机定子(压电陶瓷管)的分区激励方式为将压电陶瓷管1外侧的银膜均匀分为四份银极1-1、1-2、1-3和1-4，并将其分别通以sin、cos、-sin和-cos四路交流电信号进行激励；如图2所示，已有的压电柱式超声电机定子(压电陶瓷柱)的分区激励方式为将压电陶瓷柱2外侧的银膜也均匀分为四份银极2-1、2-2、2-3和2-4并分别通有sin、cos、-sin和-cos四路交流电信号进行激励，例如公开号为1440115A的专利。上述弯曲振动模态超声电机的主要优势在于定子的分区激励方式较简单，但其电机的工作效率低、输出转矩小，在电机进一步微细化时这一问题显得尤为突出。
技术实现思路
为了克服现有微超声电机工作效率低、微细化时输出转矩小的问题，本专利技术提供了一种交叉组合激励方式的定子及使用该定子的微超声电机。本专利技术提供的交叉组合激励方式的定子，它由压电陶瓷元件和定子匹配块构成，所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极。本专利技术中使用交叉组合激励方式定子的微超声电机，它含有由压电陶瓷元件和定子匹配块构成的定子、转子及预压力机构，它是一种弯曲振动模态的微超声电机，所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极。由于本专利技术的超声电机使用了全新分区激励方式的定子——采用交叉组合激励方式的定子，显著提高了电机的工作效率，改善了电机的机械特性，促进了弯曲振动超声电机的实用化和微细化，因此本专利技术在航空航天、医疗器械、智能机器人、国防科技等方面有着广阔的应用前景。在同样的激励电压峰峰值下，本专利技术的微超声电机相比于传统的使用具有四个外电极定子的超声波电机，其性能有明显的改善，空载转速提高了约23％，堵转力矩提高了约45％。附图说明图1为已有的压电管式超声电机定子(压电陶瓷管)的分区方式示意图；图2为已有的压电柱式超声电机定子(压电陶瓷柱)的分区方式示意图；图3为本专利技术设计的超声电机定子中压电陶瓷管3的分区方式示意图；图4为图3中压电陶瓷管3的后视图；图5为具体实施方式三中压电陶瓷元件的结构示意图；图6为具体实施方式七中套筒4的结构示意图；图7为具体实施方式八中套筒4的结构示意图；图8为具体实施方式九中套筒4的结构示意图；图9为本专利技术提出的交叉组合激励方式的管状微超声电机的结构示意图。具体实施例方式具体实施方式一参见图3至图5，本具体实施方式提供的交叉组合激励方式的定子，它由压电陶瓷元件和定子匹配块构成，所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极。所述压电陶瓷元件是压电陶瓷管、压电陶瓷柱、带导电轴的压电柱(外表面贴有带电极的压电陶瓷片的金属柱)或带导电管的压电管(外表面贴有带电极的压电陶瓷片的金属管)。当所述压电陶瓷元件为压电陶瓷管时，极化方向是从压电陶瓷管的外表面到压电陶瓷管的内表面或从压电陶瓷管的内表面到压电陶瓷管的外表面；其它情况的压电陶瓷元件的极化方向与上述类似，本专利技术的径向极化采用常规方法。具体实施方式二参见图3和图4，本具体实施方式采用以下方法获得所述具有八个外电极的压电陶瓷元件一、选择已经极化后的内外表面都镀有一层银膜的压电陶瓷管3(从中科院北京声学所购买)，它采用从外表面到内表面的径向极化方式；二、用胶布条将上述压电陶瓷管3的表面银膜均匀分为八份，然后将上述压电陶瓷管3的内外表面都涂上防腐漆并晾干，所述防腐漆不溶于硝酸，如DY-ZB-288防护漆；三、撕下压电陶瓷管3外表面的胶布条并将压电陶瓷管3放入到硝酸溶液中，停留片刻后取出，原先贴有胶布条的位置银膜被硝酸腐蚀掉了，而原先没有贴胶布条的位置由于防腐漆的保护银膜被保留了下来；四、利用丙酮溶液除去压电陶瓷管3内外表面的防腐漆，即可获得外表面具有八个银电极的压电陶瓷管3，这八个银电极分别是第一银电极3-1-1、第二银电极3-1-2、第三银电极3-1-3、第四银电极3-1-4、第五银电极3-1-5、第六银电极3-1-6、第七银电极3-1-7和第八银电极3-1-8。本具体实施方式提供了一种采用化学方法获得所述具有八个外电极的压电陶瓷元件的方法，该方法简单、易操作。在本具体实施方式中，压电陶瓷管3可以替换为压电陶瓷柱、带导电轴的压电柱、带导电管的压电管中的任意一种。具体实施方式三参见图5，在本具体实施方式中，所述具有八个外电极的压电陶瓷元件由法兰盘11、第一压电管3-1和第二压电管3-2构成，所述第一压电管3-1和第二压电管3-2的外表面都均匀分布有四个极化方向相同的供激励振动用的外电极，法兰盘11固定连接在第一压电管3-1和第二压电管3-2之间且第一压电管3-1和第二压电管3-2的中心轴线重合，第一压电管3-1和第二压电管3-2的外表面电极对应连接。采用本具体实施方式时，第一压电管3-1和第二压电管3-2可以购买得到；与具体实施方式二相比，利用法兰盘将两个压电管固定在一起而获得的一个外表面具有八个电极的压电管的方法，操作更简单、更快捷；而且法兰盘11还可以用于固定微超声电机的其它结构部件。在本具体实施方式中，第一压电管3-1和第二压电管3-2可以是压电陶瓷管3或带导电管的压电管，它们还可以是压电陶瓷柱或带导电轴的压电柱。具体实施方式四参见图9，在本具体实施方式中，使用交叉组合激励方式定子的微超声电机，它含有由压电陶瓷元件和定子匹配块构成的定子、转子5及预压力机构，它是一种弯曲振动模态的微超声电机，所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极。具体实施方式五参见图9，本具体实施方式与具体实施方式四的不同点是所述定子匹配块与压电陶瓷元件同轴，而且所述定子匹配块的一端与所述压电陶瓷元件粘接为一体，所述定子匹配块的另一端与转子5的内端面摩擦连接，所述转子5与力矩输出轴6同轴且转子5与力矩输出轴6径向固定连接，所述预压力机构是由同轴地套在力矩输出轴6上且依次紧压着转子5外端面的第一垫圈7-1、弹簧9、第二垫圈7-2和螺母8构成的。其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。压电陶瓷元件与匹配块的粘接可以采用神力铃胶或环氧树脂一类的胶。具体实施方式六参见图6和图9，本具体实施方式与具体实施方式五的不同点在于所述压电陶瓷元件采用具体实施方式二所制备的具有八个外电极的压电陶瓷管3，压电陶瓷管3的第一银电极3-1-1、第二银电极3-1-2、第三银电极3-1-3、第四银电极3-1-4、第五银电极3-1-5、第六银电极3-1-6、第七银电极3-1-7和第八银电极3-1-8依次连接sin、cos、-sin、-cos、-sin、-cos、sin、cos交流电信号的输出端。上述激励方法使定子产生所需的弯曲摇头振动。其它组成和连接关系与具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
交叉组合激励方式的定子，它由压电陶瓷元件和定子匹配块构成，其特征在于所述压电陶瓷元件的外表面均匀分布有八个径向极化的供激励振动用的外电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曲建俊，程廷海，张巍，宋宝玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]