專利名稱：一種斜齒駐波型超聲波電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種斜齒駐波型超聲波電機，屬于利用壓電效應的電機。
背景技術：
目前，各類機電產品需要微型化，而電機的微型化是基本要求，但由于電磁電機磁隙及線圈體積的要求，微型化受到限制。而目前巳開發(fā)的微小型超聲波電機尚未發(fā)現(xiàn)限制其最小體積的本質因素，因而其體積尚可進一步減小。行波型的超聲波微電機，要實現(xiàn)直徑10mm以下、力矩在10mN以上的大力矩比較困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種體積小、力矩大的斜齒駐波型超聲波電機。
為達上述目的，本發(fā)明的技術方案斜齒駐波型超聲波電機包括機殼，同軸線裝置在機殼內的定子、轉子以及定轉子壓緊機構，定子由下金屬體、上金屬體和置于上、下金屬體間的壓電縱振子組成，所說的壓電縱振子自上而下由第一電極、第一壓電陶瓷片、中間電極、第二壓電陶瓷片和第二電極迭置而成，在上金屬體的上表面沿周向均布有斜齒，轉子由轉軸和垂直于轉軸的圓柱體組成，呈“十”字狀，轉軸的長軸側以滑動配合置于定子軸孔中，轉軸的短軸軸線上具有盲孔，定轉子壓緊機構由置于盲孔內的彈簧、滾珠和設在機殼端部的緊壓滾珠的沉頭螺絲組成，轉子的圓柱體通過定轉子壓緊機構緊壓在上金屬體的斜齒上。
工作原理將壓電縱振子的第一、第二電極接地，中間電極接交流電信號，利用壓電材料的逆壓電效應，將交流電信號轉變成定子表面超聲頻率的機械縱向振動，借助于定子表面的斜齒與轉子的相互壓緊，使斜齒端面質點產生橢圓運動，實現(xiàn)轉子單方向旋轉運動。通過變頻、調幅可調節(jié)電機轉速。通過調節(jié)定轉子壓緊機構的松緊度可調節(jié)電機力矩。
本發(fā)明的有益效果斜齒駐波型超聲波電機結構緊湊簡單，體積小，能量密度比電磁型電機大，易調速，力矩大，該結構的電機能實現(xiàn)直徑小于10mm，空轉轉速在240r/min以上，堵轉力矩達到10mN.m以上。本發(fā)明的電機具有摩擦自鎖功能，且在高頻域振動，能量衰減極快，有極高動態(tài)響應特性(機械時間常數(shù)在幾ms以內)、由于轉子轉動慣量小，易實現(xiàn)高精度的定位控制；可用于直接驅動，如用于航空航天領域可減輕飛行物的重量，并易與系統(tǒng)一起集成。


圖1是斜齒駐波型超聲波電機結構示意圖；圖2是斜齒駐波型超聲波電機定子上金屬體表面斜齒分布示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，斜齒駐波型超聲波電機包括機殼4，同軸線裝置在機殼內的定子、轉子以及定轉子壓緊機構，定子由下金屬體2、上金屬體5和置于上、下金屬體間的壓電縱振子3組成。圖示具體實例中，定子的下金屬體2是具有大、小頭的階梯狀圓柱體，軸向有通孔，其大頭柱體的外徑與機殼4的內徑緊配固定，小頭柱體的端段有外螺紋，環(huán)狀上金屬體5與下金屬體2的小頭柱體螺紋擰接，并通過螺紋將壓電縱振子緊壓在下金屬體2的臺階平面上，壓電縱振子自上而下由第一電極、第一壓電陶瓷片、中間電極、第二壓電陶瓷片和第二電極迭置而成，其中的壓電陶瓷片可以采用PZT-4陶瓷材料片。在上金屬體5的上表面沿周向均布有斜齒9(見圖2所示)，斜齒與定子的上金屬體表面成50°～70°傾角，一般在周向均勻的分布3～18個這樣的斜齒。轉子由轉軸1和垂直于轉軸的圓柱體10組成，呈“十”字狀，轉軸1的長軸側以滑動配合置于定子軸孔中，轉軸1的短軸側軸線上具有盲孔11，定轉子壓緊機構由置于盲孔內的彈簧8、滾珠7和設在機殼4端部的緊壓滾珠7的沉頭螺絲6組成，依靠沉頭螺絲在機殼螺孔中旋轉，下壓滾珠，通過彈簧將壓力傳遞給轉子，使轉子的圓柱體10緊壓在上金屬體5的斜齒9上。
權利要求
1.一種斜齒駐波型超聲波電機，其特征在于它包括機殼(4)，同軸線裝置在機殼內的定子、轉子以及定轉子壓緊機構，定子由下金屬體(2)、上金屬體(5)和置于上、下金屬體間的壓電縱振子(3)組成，所說的壓電縱振子自上而下由第一電極、第一壓電陶瓷片、中間電極、第二壓電陶瓷片和第二電極迭置而成，在上金屬體(5)的上表面沿周向均布有斜齒(9)，轉子由轉軸(1)和垂直于轉軸的圓柱體(10)組成，呈“十”字狀，轉軸(1)的長軸側以滑動配合置于定子軸孔中，轉軸(1)的短軸軸線上具有盲孔(11)，定轉子壓緊機構由置于盲孔內的彈簧(8)、滾珠(7)和設在機殼(4)端部的緊壓滾珠(7)的沉頭螺絲(6)組成，轉子的圓柱體(10)通過定轉子壓緊機構緊壓在上金屬體(5)的斜齒(9)上。
2.根據(jù)權利要求1所述的斜齒駐波型超聲波電機，其特征在于斜齒(9)與定子的上金屬體表面成50°～70°傾角。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的斜齒駐波型超聲波電機，其特征在于均布在定子上金屬體(5)表面的斜齒(9)有3～18個。
4.根據(jù)權利要求1所述的斜齒駐波型超聲波電機，其特征在于定子的下金屬體(2)是具有大、小頭的階梯狀圓柱體，軸向有通孔，其大頭柱體的外徑與機殼(4)的內徑緊配固定，小頭柱體的端段有外螺紋，環(huán)狀上金屬體(5)與下金屬體(2)小頭柱體螺紋擰接。
5.根據(jù)權利要求1所述的斜齒駐波型超聲波電機，其特征在于所說的壓電陶瓷片是PZT-4陶瓷材料片。
全文摘要
本發(fā)明的公開的斜齒駐波型超聲波電機包括機殼，同軸線裝置在機殼內的定子、轉子以及定轉子壓緊機構，定子由下金屬體、上金屬體和置于上、下金屬體間的壓電縱振子組成，在上金屬體的上表面沿周向均布有斜齒，轉子通過定轉子壓緊機構緊壓在上金屬體的斜齒上。該電機利用壓電材料的逆壓電效應，將交流電信號轉變成定子表面超聲頻率的機械縱向振動，借助于定子表面的斜齒與轉子的相互壓緊，使斜齒端面質點產生橢圓運動，實現(xiàn)轉子單方向旋轉運動。斜齒駐波型超聲波電機具有結構緊湊簡單、體積小、易調速、力矩大的特點，可用于直接驅動，微型化潛力大，易與系統(tǒng)一起集成。
文檔編號H02N2/10GK1731667SQ20051006045
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月23日 優(yōu)先權日2005年8月23日
發(fā)明者郭吉豐, 沈潤杰, 王光慶, 賈叔仕, 傅平, 余作霸 申請人:浙江大學