多振子旋转型压电电机制造技术

本发明专利技术提供一种多振子旋转型压电电机，包括上端盖(3)、下端盖(17)、散热机壳(15)、传动轴(1)、1个以上的压电动力单元；电机功率、转矩会随着所述的压电动力单元数量增加而增加；采用了偶数个振子的压电驱动器，每个矩形压电驱动器均有4片矩形的压电陶瓷片，结构新颖。预紧单元是独特的，保证矩形压电驱动器受到的压力平均。采用压电振子频率跟踪技术，实现了多振子模糊同步，确保每个压电振子都处在其谐振频率上。传动轴和转子分别开四个对称的花键槽进行连接，满足转子和驱动轴之间的传动精度，又保证转子和驱动轴的垂直度。本发明专利技术提供一种大功率压电电机。压电动力单元为2个时电机功率为33.6W，扭矩为3.5N.m。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种多振子旋转型压电电机。
技术介绍
压电电机做为ー种具有研发潜カ和广阔的市场前景的新型驱动器，仍然处于ー个需要不断探索、研发、完善的初级阶段。压电电机利用压电陶瓷的逆压电效应及其与弾性体组成的定子机构的机械振动，通过定子机构和移动体之间的摩擦、声悬浮等介质来驱动移动体以直线或者旋转运动形式输出。鉴于压电陶瓷的极化及弾性体的振动形式多祥性，可采用不同的振动模态来产生カ矩和转速，因而可以研制出各种各样的压电电机。但是传统的压电电机最大弱点即是输出功率和转矩较小，多数应用在小型的精密仪器仪表上，限制了其商业化与实用化。(參考文献赵淳生，超声电机技术与应用.2007，科学出版社，ISBN703019750X, 9787030197504 ;陈永校，郭吉丰；超声波电动机；浙江大学出版社，1994)。
技术实现思路
为了解决已有技术的问题，本专利技术提供了ー种多振子旋转型压电电机。采用矩形薄板型纵弯压电振子；通过频率跟踪器对每ー个压电振子进行控制，形成一致的椭圆振动；采用三角形驱动头，増加弯曲切向力的同时，降低振子驱动头对转子摩擦的粘连性，使多振子达到协同运动。这将对压电电机的功率和转矩进行翻倍叠加。本专利技术提供的多振子旋转型压电电机波动较小，转速更加平稳。多振子压电电机是将压カ均匀分布在多个振子上，有效地减小了振子的磨损，进而提高了它的使用寿命。它是ー种大功率、大力矩压电电机。本专利技术提供的ー种多振子旋转型压电电机包括上端盖、下端盖、散热机壳、传动轴、I个以上的压电动力単元；上端盖、下端盖分别与散热机壳连接，传动轴上端穿过上轴承与上端盖连接，传动轴下端置于轴承中与下端盖连接；所述的压电动カ单元是由I个定子単元、I个转子単元、I个预紧単元和频率跟踪器组装成的；所述的压电动カ単元均轴向顺次安装在传动轴上，再置于散热机壳内；压电动カ单元通过转子带动传动轴旋转；因此，多振子旋转型压电电机功率、转矩随着所述的压电动力単元数量増加而增加；同时，多振子旋转型压电电机功率还随定子単元配置的矩形压电驱动器的个数增加而增加；①每个定子单元包括底座、驱动头、回字形振子安装片、矩形压电驱动器；②底座为中空的圆柱体；圆柱体内壁中有ー个圆环形凸台，圆环形凸台内部为通孔，圆环形凸台下部为下空腔，圆环形凸台的下表面均布4个安装电路板用的有内螺纹孔的圆柱；底座的圆柱体外壁上均布多个凸台，每个凸台的上下端面均有用于固定回字形振子安装片的2个螺纹孔；相邻两个凸台之间形成ー个矩形凹槽，每个凹槽内均放置ー个矩形压电驱动器；③回字形振子安装片的中心矩形孔的两端各有ー个固定圆孔，矩形孔的外围有两个对称的横置的U字型贯通槽，两个横置的U字型贯通槽之间分别形成2个对称的连接桥；④矩形压电驱动器包括一个横截面为王字型框和4个沿厚度方向极化的矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)，矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)顺时针粘接于王字型框内；矩形压电驱动器的数量为2k，k为I以上的自然数；斜对角的两块压电陶瓷片(A、C)正面连接后为第一电极；斜对角的两块压电陶瓷片(B、D)正面连接后为第二电极；4块矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)背面全部镀银电极为第三电极，第三电极接地，为第一电极和第二电极的共地电极；王字型框为弹性材料；压电驱动单元的王字型框置于底座的凹槽内，2个回字形振子安装片通过矩形孔分别套在王字型框两个端部并且把两者粘接成一体，再用螺钉分别通过固定圆孔和固定孔把回字形振子安装片与底座连接； ⑤每个驱动头均是ー个截面为等腰三角形的棱柱，等腰三角形的底面分别与矩形压电驱动器的王字型框表面粘接固定，等腰三角形顶角端均与粘接在转子上的圆环状的摩擦条的表面接触；高频交变电信号要使每个压电动カ単元的矩形压电驱动器均分别绕两个连接桥微震动，所有的驱动头就同时驱动每个圆环状的摩擦条按相同的方向转动进而使转子也同向转动；⑥圆形的上端盖的下面是ー个圆形凸台，圆形凸台的直径小于上端盖的上端面的直径，圆形凸台的中央也有ー个中心有内置轴承的圆孔的圆形凸台，圆形的上端盖的中央的孔与圆孔贯通，通过螺栓把轴承与圆形盖板连接；传动轴的第一轴段穿过轴承及圆形的上端盖中央通孔，传动轴可以在轴承中转动；⑦圆形的下端盖与上端盖的形状相同，只是圆形的下端盖的凸台的安装轴承的孔是盲孔，传动轴的第七轴段末端就安装在该盲孔轴承中；⑧散热机壳的壳体外侧有多个固定座肋板，固定座肋板间有散热条，以便更好的散热；散热机壳的其中ー个固定座肋板上有电源安装座；固定座肋板上有2个以上的阶梯孔，用螺钉II通过该孔和固定安装螺纹孔把散热机体壳和底座连接；散热机壳的壳体的底端环绕内壁分别有圆形凹槽；上端盖和下端盖的圆形凸台与散热机壳的壳体的底端环绕内壁的圆形凹槽分别相互咬合，再用螺钉I通过固定耳上的孔和阶梯孔把上端盖和下端盖与散热机壳连接；这样可以保证上端盖和下端盖与散热机壳连接的稳定度，保证传动轴的同轴度；⑨传动轴是ー个变径轴；传动轴的第一轴段与第七轴段直径相同；第二轴段与第六轴段直径相等，第一轴段较第二轴段的直径细；第三轴与第五轴直径相等，该轴段均布花键凸台和花键凹槽；第三轴段与第五轴段之间有ー个以上的与压电动力単元相对应的第四轴段，第四轴段直径最粗，该轴段的两端分别形成轴肩，轴肩上分布连接固定孔；⑩转子单元包括转子和圆环状摩擦条，圆环状摩擦条置于转子的圆盘下面的凹槽内，两者粘接成一体； (11)转子是ー个圆盘，圆盘的中心处有凸台，凸台中心有花键槽孔，花键槽孔与传动轴的第三轴段的花键凸台和花键凹槽配合；凸台上有四个均布的阶梯孔，四个弹簧分别置于四个阶梯孔内，四个带有外螺纹的内六角螺钉III分别穿过四个弹簧及传动轴的第四轴段的轴肩上的连接固定孔后把圆盘和圆环状摩擦条与传动轴连接，使圆盘和圆环状摩擦条与传动轴一起转动，从而把多振子旋转型压电电机的转カ传递出去；分别调节4个带有外螺纹的螺栓III松紧，可以调节驱动头与圆环状的摩擦条的压力大小，使所有的驱动头统ー受力，调节转子的最佳输出转矩和速度；(12)所述的转子上的凸台及其上四个均布的阶梯孔，四个弹簧分别置于四个通孔里，四个带有外螺纹的内六角螺钉III分别穿过四个弹簧及传动轴的第四轴段的轴肩上的连接固定孔后把圆盘和圆环状摩擦条与传动轴连接后组成预紧单元；(13)螺钉IV是ー个有圆柱帽和螺杆的螺钉，圆柱帽中央有ー个螺纹孔；(14)电源连接器安装在散热机壳上的电源安装座槽内；外部电源通过电源连接器对电路板上的频率跟踪器提供驱动电压，频率跟踪器制作在电路板上，频率跟踪器均并联连接；电路板置于底座下空腔内有内螺纹孔的圆柱上，用螺钉IV的螺杆穿过圆柱的螺纹 孔，把电路板和底座紧固连接；(15)频率跟踪器包括方向控制器、相位检测器、低通滤波器、压控振荡器、分频器及功率放大器；方向控制器与压电驱动器的第一电极和压电驱动器的第二电极分别连接后再与相位检测器连接，压电驱动器的第三电极接地；方向控制器还与相位检测器连接；压控振荡器一端连接分频器、功率放大器后再与矩形压电驱动器的斜对角的压电陶瓷片(A、C)的第一电极和压电陶瓷片(B、D)第二电极连接；其另一端与与滤波器、相位检测连接；所述的频率跟踪器，通过方向控制器选择矩形的矩形压电驱动的驱动电极，进而控制多振子旋转型压电电机的运动方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种多振子旋转型压电电机，其特征在于，其包括上端盖(3)、下端盖(17)、散热机壳(15)、传动轴(I)、1个以上的压电动力単元；上端盖(3)、下端盖(17)分别与散热机壳(15)连接，传动轴(I)上端穿过上轴承(2)与上端盖(3)连接，传动轴(I)下端置于轴承(16)中与下端盖(17)连接； 所述的压电动カ单元是由I个定子単元、I个转子単元、I个预紧単元和频率跟踪器组装成的；所述的压电动カ单元均轴向顺次安装在传动轴(I)上，再置于散热机壳(15)内；压电动力单元通过转子(6)带动传动轴(I)旋转；①每个定子单元包括底座(12)、驱动头(5)、回字形振子安装片(9)、矩形压电驱动器(8)； ②底座(12)为中空的圆柱体；圆柱体内壁中有一个圆环形凸台(1207)，圆环形凸台(1207)内部为通孔(1206)，圆环形凸台(1207)下部为下空腔(1204)，圆环形凸台(1207)的下表面均布4个安装电路板用的有内螺纹孔的圆柱(1203);底座(12)的圆柱体外壁上均布多个凸台(1201)，每个凸台(1201)的上下端面均有用于固定回字形振子安装片(9)的2个螺纹孔(1202);相邻两个凸台(1201)之间形成ー个矩形凹槽(1208)，每个凹槽(1208)内均放置ー个矩形压电驱动器(8)； ③回字形振子安装片(9)的中心矩形孔(903)的两端各有ー个固定圆孔(901)，矩形孔(903)的外围有两个对称的横置的U字型贯通槽(902)，两个横置的U字型贯通槽(902)之间分别形成2个对称的连接桥(904)； ④矩形压电驱动器(8)包括一个横截面为王字型框(801)和4个沿厚度方向极化的矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)，矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)顺时针粘接于王字型框(801)内；矩形压电驱动器⑶的数量为2k，k为I以上的自然数；斜对角的两块压电陶瓷片(A、C)正面连接后为第一电极；斜对角的两块压电陶瓷片(B、D)正面连接后为第二电极；4块矩形的压电陶瓷片(A、B、C、D)背面全部镀银电极为第三电极，第三电极接地，为第一电极和第二电极的共地电极； 王字型框(801)为弹性材料；压电驱动单元(8)的王字型框(801)置于底座(12)的凹槽(1208)内，2个回字形振子安装片(9)通过矩形孔(903)分别套在王字型框(801)两个端部并且把两者粘接成一体，再用螺钉分别通过固定圆孔(901)和固定孔(1202)把回字形振子安装片(9)与底座(12)连接； ⑤每个驱动头(5)均是ー个截面为等腰三角形的棱柱，等腰三角形的底面分别与矩形压电驱动器(8)的王字型框(801)表面粘接固定，等腰三角形顶角端均与粘接在转子(6)上的圆环状的摩擦条(7)的表面接触；高频交变电信号要使每个压电动カ単元的矩形压电驱动器(8)均分别绕两个连接桥(904)微震动，所有的驱动头(5)就同时驱动每个圆环状的摩擦条(7)按相同的方向转动进而使转子(6)也同向转动； ⑥圆形的上端盖(3)的下面是ー个圆形凸台(304)，圆形凸台(304)的直径小于上端盖(3)的上端面(303)的直径，圆形凸台(304)的中央也有ー个中心有内置轴承(2)的圆孔(305)的圆形凸台，圆形的上端盖(3)的中央的孔(302)与圆孔(305)贯通，通过螺栓把轴承(2)与圆形盖板连接；传动轴(I)的第一轴段(101)穿过轴承(2)及圆形的上端盖(3)中央通孔(302)，传动轴(I)可以在轴承(2)中转动；⑦圆形的下端盖(17)与上端盖(3)的形状相同，只是圆形的下端盖(17)的凸台的安装轴承的孔是盲孔，传动轴(I)的第七轴段(108)末端就安装在该盲孔轴承中； ⑧散热机壳(15)的壳体(1506)外侧有多个固定座肋板(1502)，固定座肋板(1502)间有散热条(1503);散热机壳(15)的其中ー个固定座肋板(1502)上有电源安装座(1504)；固定座肋板(1502)上有2个以上的阶梯孔(1501)，用螺钉II (10)通过该孔(1501)和固定安装螺纹孔(1205)把散热机体壳(15)和底座(12)连接; 散热机壳(15)的壳体(1506)的底端环绕内壁分别有圆形凹槽； 上端盖(3)和下端盖(1 7)的圆形凸台(304)与散热机壳(15)的壳体(1506)的底端环绕内壁的圆形凹槽分别相互咬合，再用螺钉I (4)通过固定耳(1507)上的孔(1505)和阶梯孔(301)把上端盖(3)和下端盖(17)与散热机壳(15)连接； ⑧散热机壳(15)的壳体上有多个固定座肋板(1502)，固定座肋板(1502)上有2个以上的阶梯孔(1501)，用螺钉II(IO)通过该孔(1501)把底座(12)和散热机壳(15)连接；固定座肋板(1502)间有散热条(1503)，以便更好的散热；散热机壳(15)的其中ー个固定座肋板(1502)上还有电源安装座(1504);底座(12)用螺钉通过每个凸台(1201)的前端面的固定安装螺纹孔(1205)与散热机体壳(15)连接；散热机壳(15)的壳体(1506)内壁的上部有多个固定耳(1507)，用螺钉I (4)通过固定耳(1507)上的孔(1505)与上端盖(3)的固定孔把两者连接； ⑨传动轴(I)是ー个变径轴；传动轴(I)的第一轴段(101)与第七轴段(108)直径相同；第ニ轴段(102)与第六轴段(107)直径相等，第一轴段(101)较第二轴段(102)的直径细；第三轴段(103)与第五轴段(106)直径相等，该轴段均布花键凸台和花键凹槽(104)；第三轴段(103)与第五轴段(106)之间有ー个以上的与压电动力単元相对应的第四轴段(105)，第四轴段(105)直径最粗，该轴段的两端分别形成轴肩，轴肩上分布连接固定孔(109)； ⑩转子単元包括转子(6)和圆环状摩擦条(7)，圆环状摩擦条(7)置于转子(6)的圆盘下面的凹槽内，两者粘接成一体； (11)转子(6)是ー个圆盘，圆盘(601)的中心处有凸台(602)，凸台(602)中心有花键槽孔￠05)，花键槽孔￠05)与传动轴(I)的第三轴段(103)的花键凸台和花键凹槽(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕琼莹，焦海坤，曹国华，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：