压电电动机制造技术

压电电动机是一种高效率低成本的新型电机。由转子部件，摩擦部件和产生行波所须电子线路以及产生动力和位移的压电（或电致伸缩）器件组成。压电器件在电源的驱动下产生行波，并带动摩擦部件，驱动转子。压电电动机的转速可以灵活控制，变速范围大。转速的稳定性高。是一种结构简单的高效电机。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种将摩擦传动技术与压电(或电致伸缩)技术相结合的电动机.电磁电动机不适用于小型化和簿型化的设备，而且制造工艺复杂，效率低.超生波电机虽然结构简单，体积小，效率高，但转速的可变范围小，没有同步能力对制造工艺和材料要求太高.本专利技术提供一种效率高，结构简单，低造价，力矩大，体积小的电动机.具有同步能力高和变速范围大，运转无惯性的特点，可以灵活的改变运转方向.可以方便的将多个定子和转子叠起来使用得到更大的功率.本专利技术由转子部件(1)，摩擦部件(2)，和压电(电致伸缩)部件(3)组成，其结构形式可以是园筒形的旋转电机，如图一所示，一个转子(1)在内壁安装有摩擦部件(2)其内部安装有压电器件(3)(为了说明方便，以下将压电或电致伸缩器件均简称压电器件)，压电器件表面安装有摩擦部件，当给压电器件加上驱动电源时，压电器件产生行波变形，并驱动转子旋转.也可以是转子部件(1′)表面安装摩擦部件(2′)，定子部件压电器件(3′)的内部安装摩擦部件.如图一A所示.也可以是平面结构的旋转电机，如图二所示，由转子(4)和定子(5)组成.转子如图三所示，两面安装有供传动用的摩擦部件(9′).定子如图四所示，由起支撑作用(也可兼作中心电极)的柔性薄片(6)，压电器件(7)，压电器件上的电极(8)，和紧贴在压电器件表面，并与压电器件(7)的电极绝缘的摩擦部件(9)组成，当压电器件上加有驱动电源时，压电器件产生按园形传送的行波，通过摩擦传动驱动转子旋转，也可将多个定子转子叠起来用，增大功率.也可以采用图四A，图四B的结构.也可以是直线电机如图五所示，由运动部件(10)和定子(11)组成.定子如图六所示，由摩擦部件(12)，压电器件(13)和压电器件上的电极(14)组成.当电压器件被加上驱动电源时，则压电器件按谐波(行波)变形，并定子(11)驱动运动部件(10)按直线运动.如果压电器件(13)的两面均有摩擦部件(12)，则可将多个定子转子叠起来用，增大功率.其驱动电源可以是电子电路提供的行波，如图七所示，由一个闭合的移位寄存器线列在时钟的控制下将谐波信号一步一步的向前移位，因此行波得以在移位寄存器线列中循环，使运动持续不断.图七的输出为方波，压电器件按方波变形，由于部件本身所起的平滑作用，最终的变形仍然是行波.如图七所示，时钟信号(15)经分频(16)后形成方波，方波信号送入双向移位寄存器阵列(17)，寄存器阵列中的每个触发器的输出端控制一个开关(k)，开关的一端接电源，另一端接压电器件，在时钟的控制下开关的输出端形成了一个随时钟行走的方波.开关可以是晶体管，场效应管，电子管，继电器或可控硅，视所需功率而定.波的运动方向由控制信号(18)电位的高低决定.其驱动电源也可以是多相电源如图八所示，由电子开关提供的多相电源本身即可提供谐波.电子开关提供的波形为方波，压电器件按方波变形，由于部件本身所起的平滑作用，最终的变形仍然是谐波.电子线路也可提供正弦波，但电源的效率比方波低.多相电源的产生电路同图七，只不过在应用时按多相电源对待.可以在一对谐波齿轮中多用几个周期(可看作移位寄存器阵列的重复)，增大驱动力.其驱动电源也可以是三相电源提供谐波如图九所示，三相电源本身可看作简化的多相电源可提供质量较差的行波.作为波发生器的压电器件其形状可以是园柱形结构，如图十所示，电极(19)的排列可以是径向的，也可以是园周排列的，压电器件(20)有多种结构，可以是单晶体型的结构(A)，根据电极在晶体上的不同排列位置，可以采用不同的变形模式，以产生足够的动力和位移(径向)。也可以是双晶体型的结构(B)，由两个晶体和中心金属片(21)组成，中心金属片也起中心电极的作用，当两个晶体上对应的电极(19)分别加上电源时，一个伸长，一个收缩，产生相应的形变。也可以是多层结构的晶体(C)，其特点是可以在较低的电压下提供更大的动力和位移。可以将多层器件作成一个整体，也可分成几个部分(多元结构)。其形状也可以是园片形结构如图十一所示，其形状可以是园形的片或块，可以采用单晶体形(D)，双晶片形(E)，也可以是多层结构(F)，只要提供的(轴向)位移和动力足够即可.图中(22)表示电极，(23)表示压电晶体.波发生器也可以是条形结构如图十二所示，其形状可以是条形的片(G)，块(H)或多层结构(I)，图中(24)表示电极，(25)表示压电晶体.压电谐波电机的驱动电源的效率非常重要，如果电源提供正弦波则电源的转换效率较低(发电机除外)。虽然形状电源效率高，但是所提供的矩形波距谐波相差太远，不令人满意.采用分裂(分段)电极可以解决这个问题，如图十三所示，将一个电极分为数个分电极，依次给各分电极加上不同迟延的电源，则各分电极电场所产生的合形变将近似为谐波形变，经柔性部件平滑后将形成非常满意的行波.图中(26)表示电极，(27)表示分电极，(28)表示压电晶体.本专利技术的优点和积极效果1.高效率.压电器件效率很高，因此一个设计合理的电机效率可达90%.2.结构简单，造价低.只有三部分组成，且原材料价廉.3.工艺简单，效率高.4.功率大.平面结构的电机可以一片片叠加，增加电机的功率.5.无电磁干扰.6.运动无惯性，有良好的同步性能.7.变速范围大，对零到几十兆赫兹以上的频率，压电(或电至伸缩)器件都能响应(视材料而定).8.可以和计算机等数字设备直接连接，可以由计算机直接控制电机的运转，特别适用于计算机外设和机器人中.权利要求1.一种压电电动机，其特征是由转子部件，摩擦部件，产生行波所须的电子线路，以及产生动力和位移的压电(或电致伸缩)器件组成，压电(或电致伸缩)器件在电源的驱动下产生行波，并带动摩擦器件驱动转子。2.按权利要求(1)所述的压电电动机，其特征在于驱动电源可以是三相电源，或多相电源，或者是电子电路提供的谐波(行波).3.按权利要求(1)所述的压电电动机，其特征在于其电源是将直流电源(或整流后的交流电源)接到多个开关上，由电子线路控制开关的通断，在多个开关的输出端形成一个由时钟控制的行波，或者形成一个多相电源.行波的方向(或相位的次序)由一个控制信号电位的高低决定.4.按权力要求(1)的压电电动机，其特征在于由内壁有摩擦元件的转子，外部有摩擦元件的压电(或电致伸缩)器件定子组成.或由内壁有摩擦部件的压电(或电致伸缩)器件定子，外部有摩擦部件的转子组成.5.按权利要求(1)的压电谐波电机，其特征在于转子部件，摩擦部件和压电(或电致伸缩)器均为园片状.6.按权力要求(1)的压电谐波电机，其特征在于转子部件，定子部件部件钧为条状，压电器件可以是条状薄片或者条状体，转子部件和定子部件的接触面上均安装有摩擦部件.7.按权利要求(1)所述的压电电动机，其特征在于压电(或电致伸缩)器件可以是单晶片，双晶片，或者多层结构.可以是单元(单块)，或多元(多块)结构.其材料可以是晶体，陶瓷，或高分子材料.其工作模式可以采用任何一种，只要提供的动力和位移足够即可.8.按权利要求(7)所述的器件的电极，其特征在于其电极由分列(或分段)的多个分电极组成，各分电极接按一定时序延时的驱动电压，各分电极电场综合作用在晶体上最终形成一个近似正弦的谐波(形波)变形.全文摘要压电电动机是一种高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电电动机，其特征是由转子部件，摩擦部件，产生行波所须的电子线路，以及产生动力和位移的压电（或电致伸缩）器件组成，压电（或电致伸缩）器件在电源的驱动下产生行波，并带动摩擦器件驱动转子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝仪兵，
申请(专利权)人：郝义兵，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]