一种电极分割型单驱动双向压电马达制造技术

本发明专利技术公开了一种电极分割型单驱动双向压电马达，包括定子以及可相对定子旋转的转子；所述的定子包括带中心孔的驱动体以及通过界面力连接在驱动体一侧平面的压电片；所述的转子包括贯穿驱动体的中心孔的旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体；所述的帽体与所述的驱动体接触，所述的旋转体与所述的驱动体的中心孔孔壁之间有空隙；所述的压电片包括两片相互独立的压电片或者包括被空隙分隔的两个压电片区域。该压电马达体积小且功耗低，对于压电马达微型化起到重要的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电马达领域，具体涉及一种电极分割型单驱动双向压电马达。
技术介绍
超声波电机(Ultrasonic Motor)简称USM，是一种利用逆压电效应实现电能到机械能转换的电机；一般由定子，转子等部件构成，工作原理为通过压电材料的逆压 电效应，使得与转子相接触的定子表面质点产生椭圆运动，从而导致定子表面质点与转 子之间有相对运动，借助于转子表面的摩擦力，使定子、转子之间产生单方向的滑动摩 擦，最终驱动转子运动。鉴于定子的机械振动是由压电材料根据逆压电效应所产生的， 故超声波电动机又名压电马达。压电马达具有极高的位移分辨率、大力矩和低转速等特点，是一种能直接驱动 负载的高刚度、高响应速度、高精度的驱动器。含有压电马达的部件能构成高保持力、 低噪音的传动系统，容易实现小型化和智能化。所以压电马达在精密机械、测量仪器、 传输系统等领域的应用前景非常广阔。压电马达为了实现双向控制驱动即压电马达的正反转，往往需要两套压电片， 一套压电片加sin θ信号，另外一套压电片加cos θ信号，两套压电片的驱动电压在时间 上形成90度电压相位差，配合设计空间上的相位差即可实现转子的旋转；如果将原来驱 动两套压电片上的电压相位差改为-90度(如将sin θ信号变成cos θ信号，cos θ信号变 成sin θ信号)，那么转子的旋转方向将发生改变，从而实现压电马达的双向控制驱动。由于传统的压电马达要使用两套压电片来控制正反转，每套压电片都需要一个 电路驱动，所以压电马达系统的体积会变得庞大，限制了其在精密机械领域的应用。随 着压电马达微型化小型化的进步，对压电马达系统尺寸减小的要求也越来越高。如果能 减小到只用一个压电片和一个驱动系统，那么压电马达系统的尺寸将大大的减小。
技术实现思路
本专利技术提供了一种体积小且功耗低的电极分割型单驱动双向压电马达。—种电极分割型单驱动双向压电马达，包括定子以及可相对定子旋转的转子； 所述的定子包括带中心孔的驱动体以及通过界面力连接在驱动体一侧平面的压电片；所 述的转子包括贯穿驱动体的中心孔的旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体；所述的 帽体与所述的驱动体接触，所述的旋转体与所述的驱动体的中心孔孔壁之间有空隙；所 述的压电片包括两片相互独立的压电片或者包括被空隙分隔的两个压电片区域。为了达到更好地专利技术效果，优选所述的两片相互独立的压电片沿压电片的中轴面呈镜像对称，或者被空隙分隔 的两个压电片区域沿压电片的中轴面呈镜像对称，这样可使得压电马达的正反转的性能 有良好的一致性。所述的驱动体沿压电片的中轴面呈镜像对称，这样可使得压电马达的正反转的性能有良好的一致性。为了保证压电马达具有较好的镜像对称性，所述的驱动体进一 步优选为柱状，可以为带有一侧平面的类圆柱、三角形柱、方柱、多边形柱状等中的一 种。所述的柱状驱动体进一步优选沿驱动体轴向设置中心孔。所述的压电片采用本领域通用的压电材料片，如可选用压电陶瓷片等。所述的驱动体的材料为金属，如钢等金属。所述的转子的材料为金属，如铜、钢等金属。所述的旋转体的另一端设有弹性机构，用于使转子的帽体与定子的驱动体更加 紧密接触。所述的弹性机构可选用弹性卡片或由弹簧与垫片组成的复合弹性机构。本专利技术压电马达具有特殊的压电片结构两片位于同一平面相互独立的压电片 或者包括被空隙分隔的两个压电片区域的压电片，两片相互独立的压电片或者被空隙分 隔的两个压电片区域相当于两个分割的电极，可以只利用一个sin交流信号对不同的电极 施加电压，压电马达即可实现不同方向的旋转即实现压电马达的正反转，而对不同电极 施加电压的切换只需要一个单刀双掷的开关换向就能轻易实现。从而使得压电马达的电 路驱动部分省掉一个，大大减小了压电马达系统的体积和功耗。本专利技术压电马达的工作原理为向一片压电片或一个压电片区域上施加交流电 压的sin信号，通过压电片的逆压电效应，使得与转子相接触的定子表面质点产生椭圆 运动，从而导致定子表面质点与转子之间有相对运动，借助于转子表面的摩擦力，使定 子、转子之间产生单方向的滑动摩擦，最终驱动转子相对定子转动，该转动假设为顺时 针旋转；将交流电压的sin信号切换至另一片压电片或另一个压电片区域上，基于压电片 的逆压电效应，最终驱动转子相对定子反向转动，该转动则为逆时针旋转。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点本专利技术压电马达将电压片进行电极分割，仅使用一个交流驱动信号通过选择性 切换交流驱动信号施加的对象即可实现压电马达的正反双向转动。本专利技术压电马达具有驱动电压低( 5V)，结构简单，电源驱动简单的特点，大 大减小了压电马达对电源模块的需求，从而大大减小了压电马达系统的体积，对于压电 马达微型化起到重要的作用。附图说明图1为本专利技术压电马达的一种结构示意图；图2为图1中定子的结构示意图；图3为图2中定子的俯视结构示意图；图4为图1中转子的结构示意图；图5为本专利技术压电马达结构原理图；图6为本专利技术压电马达的另一种结构原理图。具体实施例方式如图1、图2、图3和图4所示，本专利技术电极分割型单驱动双向压电马达，包括 定子以及可相对定子旋转的转子，定子可通过夹持固定也可通过与定子固定连接的基座 1进行固定，驱动体3中的中心孔8贯穿基座1;定子包括带中心孔8的驱动体3以及通过胶体粘接在驱动体3 —侧平面的压电片2 ；转子包括贯穿驱动体3的中心孔8的旋转体 5以及与旋转体5—端固定连接的帽体4;帽体4与驱动体3接触，旋转体5与驱动体3 的中心孔8孔壁之间有空隙；压电片2包括两片相互独立的压电片即压电片E1和压电片 E2,或者包括被空隙分隔的两个压电片区域即压电片区域E1和压电片区域E2。旋转体5的另一端套有由垫片和弹簧组成的复合弹性机构6，用于将转子和定子 装配在一起，并提供一个预紧力使定子的驱动体3与转子的帽体4紧密接触。压电片E1和压电片E2沿压电片2的中轴面呈镜像对称，或者压电片区域E1和压 电片区域E2沿压电片2的中轴面呈镜像对称。驱动体3沿压电片的中轴面呈镜像对称，为了保证驱动体3具有较好的镜像对称 性，驱动体3可为柱状，可以为带有一侧平面的类圆柱、三角形柱、方柱、多边形柱状 等中的一种。中心孔8沿柱状驱动体的轴向设置。压电片E1和压电片E2或者压电片区域E1和压电片区域E2均选用压电陶瓷片， 驱动体3的材料为45号金属钢，转子的材料为金属铜。以驱动体3上两个沿压电片2的中轴面呈镜像对称的点A和点B为例，结合图5 和图6，本专利技术电极分割型单驱动双向压电马达的工作原理如下图5中，驱动体3为方柱；图6中，驱动体3为带有一侧平面的圆柱；当利用一个交流电压约为5V的sin θ信号驱动压电片E1或者压电片区域氐时， 压电片E1或者压电片区域E1将交流电压转换成一个交流应力F1施加至驱动体3上，此时 压电片E2或者压电片区域E2由于未被sin θ信号驱动交流应力F2等于0，由于力加载的 不对称性导致点A和点B两点对交流应力F1的响应不一样，使得在Q圈上形成顺时针的 旋度，从而使接触Q圈上的转子发生顺时针旋转。当利用一个交流电压约为5V的sin θ 信号驱动压电片E2或者压电片区域E2时，压电片E2或者压电片区域E2将交流电压转换 成一个交流应力F2施加至驱动体3上，此时压电片E1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极分割型单驱动双向压电马达，包括定子以及可相对定子旋转的转子，其特征在于，所述的定子包括带中心孔的驱动体以及通过界面力连接在驱动体一侧平面的压电片；所述的转子包括贯穿驱动体的中心孔的旋转体以及与旋转体一端固定连接的帽体；所述的帽体与所述的驱动体接触，所述的旋转体与所述的驱动体的中心孔孔壁之间有空隙；所述的压电片包括两片相互独立的压电片或者包括被空隙分隔的两个压电片区域。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邢增平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：97