一种集成压电超声和电磁混合驱动的电机，其特征在于：将输出轴（３）的一端支承在电机后端盖（１６）上，输出轴（３）的另一端支承在电机前端盖（５）上，两端盖间装有硅钢片（２０）并用连接螺钉（１８）连接成一整体，硅钢片（２０）上绕有电磁定子绕组（２１），电磁定子绕组（２１）面对的输出轴（３）轴环上安装复用转子（１１），电磁驱动线圈接线端（８）安装在电机前端盖（５）上并伸出在外，传感器转子（１３）安装在输出轴上靠近电机后端盖（１６），正对的传感器定子（１９）固定在电机后端盖（１６）上，电机前端盖（５）内侧开有薄壁环形的套筒（２３），套筒（２３）上依次装有环形的扭振压电片（２）和纵振压电片（９），用环形的压电驱动定子（１０）压紧，扭振和纵振压电片接线端（１）安装在电机前端盖（５）上并伸出在外，法兰（１２）安装在输出轴（３）的轴环上，紧靠在复用转子（１１）左侧，预紧弹簧（１７）安装在复用转子（１１）和复用转子（１１）右侧的轴环之间，通过紧固螺栓（６）连接复用转子（１１）和法兰（１２）并压紧压电驱动定子（１０），复用转子（１１）和压电驱动定子（１０）之间装有耐磨材料（２２）。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无刷直流力矩电机，尤其是涉及一种集成压电超声和电磁混合 驱动的电机。技术背景传统的电磁电机，由于绕组的结构原因，难以实现低速大转矩，而且减速主要使用刹车片等大型的刹车机构，响应速度慢；如果为获得控制系统所要求的 低速大转矩的特性，往往需要使用减速传动机构，大大增加了机械部件的复杂 性和重量而且减速齿轮对驱动系统的反冲效应，对进给量的放大效应以及对驱 动控制的柔性影响也是不可避免的，严重阻碍了控制系统的快速性和精确性的 提高。超声波电机(Ultrasonic Motor，简称USM)是近年发展起来的一种新型微特电 机，它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将弹性材料的微观形变通过共 振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。他与电磁电机相比有很多优 点易调速，控制精度高，低速区平稳脉动小，实现直接驱动，单位质量输出 力矩大，响应速度极快，结构设计灵活，紧凑简单，噪声小，无电磁干扰，停 电后具有摩擦自锁功能等。但是由于超声波电机的输出力矩、转速特性与激振 频率、电压、相位和外界负载相关，具有较大的非线性性，至今还无法建立一 个精确的数学控制模型，所以在保证一定输出扭矩的前提下调速很困难，调速 的范围也较小；可靠性低和寿命也限制了其应用范围和发展。因此如何更好地应用电磁驱动技术和压电超声驱动技术的优点，扬长避短， 互相补充，设计一种高功率质量比、高动态响应性、高控制精度、低速大力矩 直接驱动、小体积和无源自锁的电机具有非常重要的实际价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种集成压电超声和电磁混合驱动的电机，可以实 现低速、大力矩，具有无源自锁，响应速度快等目的。 本专利技术采用以下技术方案-将输出轴的一端支承在电机后端盖上，输出轴的另一端支承在电机前端盖 上，两端盖间装有硅钢片并用连接螺钉连接成一整体，硅钢片上绕有电磁定子 绕组，电磁定子绕组面对的输出轴轴环上安装复用转子，电磁驱动线圈接线端安装在电机前端盖上并伸出在外，传感器转子安装在输出轴上靠近电机后端盖， 正对的传感器定子固定在电机后端盖上，电机前端盖内侧开有薄壁环形的套筒, 套筒上依次装有环形的扭振压电片和纵振压电片，用环形的压电驱动定子压紧， 扭振和纵振压电片接线端安装在电机前端盖上并伸出在外，法兰安装在输出轴 的轴环上，紧靠在复用转子左侧，预紧弹簧安装在复用转子和复用转子右侧的 轴环之间，通过紧固螺栓连接复用转子和法兰并压紧压电驱动定子，复用转子 和压电驱动定子之间装有耐磨材料。与
技术介绍
相比具有的有益效果是1、 充分利用无刷直流力矩电机的本体，几乎没有体积的扩大，充分整合两 种驱动的优点；2、 电器时间常数小，动态相应速度快，低速响应速度可以达到毫秒级、线 性度好、精度高、结构紧凑、运行可靠、可以获得很好的精度和动态性能；3、 易调速，启动和低速的时候两种驱动方式同时进行，输出力矩大、低速 区平稳无脉动；控制上可以实现步进，而且定位精度很高。4、 在高速运行的时候，可以提高纵振动压电片的振动频率，靠超声波振动 产生的悬浮能力将USM转子和定子分开，此时只有电磁驱动起作用，具有电磁 驱动的调速范围宽、调速稳定等优点；5、 无齿轮减速装置产生的间隙，可以实现精确的定位；6、 具有摩擦自锁功能，在需要停机时，可以摩擦制动，响应速度快。 附图说明附图是本专利技术的电机装配图。图中1.扭振和纵振压电片接线端，2.扭振压电片，3.输出轴，4.前端盖 轴承，5.电机前端盖，6.紧固螺栓，7.电子换向开关电路，8.电磁驱动线圈接 线端，9.纵振压电片，10.压电驱动定子，11.复用转子，12.法兰，13.传感器 转子，14.轴端挡圈，15.后端盖轴承，16.电机后端盖，17.预紧弹簧，18.连接螺 钉，19.传感器定子，20.硅钢片，21.电磁定子绕组，22.耐磨材料，23.套筒。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。如附图所示的集成压电超声和电磁混合驱动的电机。输出轴3的一端支承在电机后端盖16的后端盖轴承15上，用轴端挡圈14 定位，输出轴3的另一端支承在电机前端盖5的前盖轴承4上，两端盖间装有 硅钢片20并用连接螺钉18连接成一整体，构成了整个电机的安装空间；硅钢片20上绕有电磁定子绕组21，电磁定子绕组21面对的输出轴3轴环上安装复 用转子11，电磁驱动线圈接线端8安装在电机前端盖5上并伸出在外，传感器 转子13安装在输出轴上靠近电机后端盖16，正对的传感器定子19固定在电机 后端盖16上，电子换向开关电路7位于前端盖5外并与电磁驱动线圈接线端8 相连；以上结构构成了本电机的电磁驱动部分，采用了方波自控式永磁无刷直 流电机,以霍尔传感器传感器转子13、传感器定子19取代碳刷换向器，电磁定子 绕组21做成三相对称星形接法，复用转子11上粘有已充磁的永磁体，电子换 向开关电路7控制电磁驱动的启动和停止，并接受传感器转子13、传感器定子 19输出的位置信号和速度反馈信号进行系统控制。电机前端盖5内侧开有薄壁环形的套筒23，铸造而成，套筒23外侧车有外 螺纹，套筒23上依次装有环形的扭振压电片2和纵振压电片9，环形的压电驱 动定子10是一个螺母，安装在套筒23最左侧，与套筒23配合并压紧扭振压电 片2和纵振压电片9，扭振和纵振压电片接线端1安装在电机前端盖5上并伸出 在外,法兰12安装在输出轴3的轴环上，紧靠在复用转子ll左侧，预紧弹簧17 安装在复用转子11和复用转子11右侧的轴环之间，通过紧固螺栓6连接复用 转子11和法兰12并压紧压电驱动定子10,复用转子11和压电驱动定子10之 间装有耐磨材料22;通过扭振和纵振压电片接线端1施加同频不同相的交流电 信号分别作用于纵振压电片9、扭振压电片2，且施加的电信号频率是定子整体 的谐振频率，使压电驱动定子10产生纵扭振动，这两种同频振动在压电驱动定 子10的接触面质点产生椭圆运动轨迹，在耐磨材料22的作用下，借助弹性体 谐振放大，通过摩擦耦合产生复用转子ll的旋转运动。由于高频(振动20KHz 以上)和转子的转动惯量的作用，可以使转子匀速转动，并且达到低速大力矩 的特性，高速运行的时候，纵振压电片9、扭振压电片2通以与振子处于最佳减 摩状态的频率相同的交流电，使得压电驱动定子10和复用转子11之间产生间 隙，大大降低电磁驱动的摩擦力，使得压电超声不起作用，充分发挥电磁驱动 调速范围宽、调速稳定等优点，当急停时，预紧弹簧17提供的预紧力产生减速 的摩擦力，同时通过给扭振压电片2反向电压，可以作为电磁驱动的负载而达 到刹车的目的，同时具备一般刹车结构无法具有的响应速度快的优点。整个电机的工作过程是在启动和低速运转的时候，压电超声驱动和电磁驱动两种驱动方式同时工 作，无刷直流电动机的传感器位置编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超 前转子磁场轴线位置，所以不论复用转子11的起始位置处在何处，电动机可以产生很大的转矩；通过施加同频不同相的高频交流电信号(频率20KHz以上) 分别作用于纵振压电片9、扭振压电片2，且施加的电信号频率是压电驱动定子 IO整体的谐振频率，使压电驱动定子10产生纵扭振动，这两种同频振动在压电 驱动定子10的接触面质点产生椭圆运动轨迹，压电驱动定子10本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种集成压电超声和电磁混合驱动的电机，其特征在于：将输出轴（３）的一端支承在电机后端盖（１６）上，输出轴（３）的另一端支承在电机前端盖（５）上，两端盖间装有硅钢片（２０）并用连接螺钉（１８）连接成一整体，硅钢片（２０）上绕有电磁定子绕组（２１），电磁定子绕组（２１）面对的输出轴（３）轴环上安装复用转子（１１），电磁驱动线圈接线端（８）安装在电机前端盖（５）上并伸出在外，传感器转子（１３）安装在输出轴上靠近电机后端盖（１６），正对的传感器定子（１９）固定在电机后端盖（１６）上，电机前端盖（５）内侧开有薄壁环形的套筒（２３），套筒（２３）上依次装有环形的扭振压电片（２）和纵振压电片（９），用环形的压电驱动定子（１０）压紧，扭振和纵振压电片接线端（１）安装在电机前端盖（５）上并伸出在外，法兰（１２）安装在输出轴（３）的轴环上，紧靠在复用转子（１１）左侧，预紧弹簧（１７）安装在复用转子（１１）和复用转子（１１）右侧的轴环之间，通过紧固螺栓（６）连接复用转子（１１）和法兰（１２）并压紧压电驱动定子（１０），复用转子（１１）和压电驱动定子（１０）之间装有耐磨材料（２２）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：魏燕定，周豪，杨德亮，陈波扬，许俊龙，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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