專利名稱：一種旋轉式超聲電機的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲電機技術領域，特別是涉及一種旋轉式超聲電機。
背景技術：
超聲電機是一種新型的電機，它利用壓電材料的逆壓電效應，使定子表面質點產生一定軌跡的微米量級的振動，進而通過摩擦耦合將振動動能轉換成轉子的轉動動能。超聲電機與電磁電機相比存在一些明顯的優點，如低速大轉矩、不需減速機構可直接驅動、無齒輪間隙，定位精度高、大力矩密度時效率高、且具有自保持力矩，慣性小、響應快、運行無噪音、不產生磁干擾且抗磁干擾能力強、結構簡單、加工容易、易小型化等。
目前已有的旋轉型超聲電機中，主要采用面外的彎曲振動模態復合成端面行波，并驅動轉子轉動，普遍存在驅動力矩小，軸向體積大、定轉子的內外徑接觸區磨損差別大等問題；另外，即使采用了面內振動模態，為了能夠施加面內的徑向預緊力，振子或轉子的圓盤或圓環做成兩個半圓盤或半圓環，中間通過彈簧聯接成圓盤或圓環以施加面內的徑向預緊力，目前也很難實現大轉矩、且工作可靠性低。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種輸出力矩大、軸向體積小、工作可靠的面內模態周向行波旋轉式超聲電機。
為了實現上述發明目的，采用的技術方案如下一種旋轉式超聲電機，包括振子和轉子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉子為環狀且套于振子外面，振子與轉子之間設置有可調節預緊力的預緊機構，所述振子的金屬彈性體是薄圓臺，其與轉子的接觸區呈圓臺形，相應地，所述轉子的內環面至少設有一段區域呈與金屬彈性體的接觸區吻合的圓臺形。
本發明加以交流電后，振子的金屬彈性體的圓臺面的微觀質點處形成橢圓運動的軌跡，通過預緊機構的軸向預緊力，使得振子、轉子圓臺形接觸區將沿軸向的預緊力轉化為沿徑向的預緊力，進而使轉子在徑向預緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉子并產生旋轉運動。
振子可采用如上所述的圓臺形，也可采用異型結構，所述異型結構的上端為圓臺形，下端為圓柱形，且圓柱形的截面與圓臺形的下底面相同，不論是采用圓臺形還是異形結構，其與轉子的接觸端均為圓臺形。
為了提高驅動力矩，本發明的超聲電機可包括對稱的兩套振子，相應地，所述轉子兩個側面的內環面均設置有與金屬彈性體的接觸區吻合的圓臺形。
通常，本發明的兩套振子采用完全相同的結構，則所述轉子的兩個內環面呈同軸、上底面相鄰、完全相同的兩個圓臺形。
上述技術方案中，所述壓電陶瓷采用圓盤結構，其上端面分區沿軸向極化，其下端面不分區并通過環氧樹脂與薄圓臺金屬彈性體的底面粘接在一起。通過上端面分區極化，下端面不分區，在實際使用過程中，以下端面作為施加直流電壓的地端，上端面的分區皆可作為直流電壓的正極。
本發明的預緊機構包括螺栓、螺母、和碟型彈簧。
本發明提出的旋轉式超聲電機由上述振子、轉子及預緊機構等部件組成，圓環型轉子的內環的兩個圓臺面吻合地套置于兩個振子的圓臺區，再通過調整預緊機構來調整振子與轉子之間的預緊力。
振子是超聲電機的核心部件。為了實現本發明的最佳效果，本發明提出由兩個相同振子組成的復合振子可采用一種薄圓臺金屬彈性體與圓盤壓電陶瓷的復合體，在相位差為90度的交變電流作用下分別激勵出復合振子同頻、同型、相位差為90度面內振動的駐波，二個面內駐波合成形成圓盤面內的周向行波，亦即在復合振子圓臺面的微觀質點處形成橢圓運動的軌跡，通過調整螺栓和螺母、碟型彈簧調整振子、轉子的軸向預緊力，振子、轉子圓臺形接觸區則將沿軸向的預緊力轉化為沿圓盤徑向的預緊力，進而使轉子在預緊力作用下，依靠摩擦將振子的沿圓周面的行波傳遞給轉子并產生所需的旋轉運動。
本發明的壓電陶瓷圓盤可按偶數分區，實現正、反向連續運動，正反向運動切換靈活，性能一致。
至此，本發明實質為面內模態周向行波旋轉式超聲電機。
本發明的工作原理簡單、軸向體積小、易于實現，由于轉子通過雙復合振子的圓臺面分別與轉子內環的圓臺面接觸，將薄圓臺金屬彈性體沿圓周方向的行波振動轉化為轉子的轉動，雙振子同步驅動，可以獲得較大的驅動力矩和斷電自鎖力，另一方面沿軸向施加的預緊力通過圓臺面接觸實現圓盤徑向預緊力的施加，電機結構簡單、工作可靠。
圖1為本發明的振子結構示意圖；圖2為圖1的俯視圖；圖3為發明的結構示意圖；圖4為圖3的俯視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明。
本發明的結構示意圖如附圖3、附圖4所示，包括上圓盤型壓電陶瓷片3、下圓盤型壓電陶瓷片7、上薄圓臺金屬彈性體4、下薄圓臺金屬彈性體6、圓環型轉子5、緊固螺母1、碟型彈簧2、緊固螺栓8，所述圓盤型壓電陶瓷片3、7分別與薄圓臺形金屬彈性體4、6通過環氧樹脂粘貼形成薄圓臺體的上下兩個復合振子，圓環型轉子5的內環面呈同軸、上底面相鄰、完全相同的兩個圓臺形，與薄圓臺形金屬彈性體4、6的圓臺面配合，振子與轉子的預緊力通過碟型彈簧2，調整螺栓8和調整螺母1調節。
所述振子的結構示意圖如附圖1、附圖2所示，金屬彈性體4、6為薄圓臺，壓電陶瓷圓盤分區沿軸向極化，壓電陶瓷圓盤與薄圓臺金屬彈性體底面用環氧樹脂粘接。
在壓電陶瓷圓盤的極化分區分別接上相位差為90度的交變電流，同時激勵出復合振子同頻、同型、相位差為90度的面內振動的駐波，二個面內駐波合成形成圓盤面內的周向行波，亦即在復合振子的圓臺形表面的微觀質點處形成沿圓周的橢圓運動軌跡，通過緊固螺栓和螺母、碟型彈簧調整復合振子、轉子的軸向預緊力，振子、轉子圓臺形接觸面則將沿軸向的預緊力轉化為沿圓盤徑向的預緊力，進而使轉子在預緊力作用下，依靠摩擦傳動產生所需的旋轉運動。
權利要求
1.一種旋轉式超聲電機，包括振子和轉子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉子為環狀且套于振子外面，振子與轉子之間設置有可調節預緊力的預緊機構，其特征在于所述振子的金屬彈性體是薄圓臺，其與轉子的接觸區呈圓臺形，相應地，所述轉子的內環面至少設有一段區域呈與金屬彈性體的接觸區吻合的圓臺形。
2.根據權利要求1所述的旋轉式超聲電機，其特征在于包括對稱設置于轉子兩側的兩套振子，相應地，所述轉子兩個側面的內環面均設置有與金屬彈性體的接觸區吻合的圓臺形。
3.根據權利要求2所述的旋轉式超聲電機，其特征在于所述轉子的內環面呈兩個同軸且上底面相鄰的圓臺形。
4.根據權利要求3所述的旋轉式超聲電機，其特征在于所述壓電陶瓷采用圓盤結構，其上端面分區沿軸向極化，其下端面不分區并通過環氧樹脂與薄圓臺金屬彈性體的底面粘接在一起。
5.根據權利要求4所述的旋轉式超聲電機，其特征在于所述預緊機構包括螺母、螺栓和碟型彈簧。
全文摘要
本發明提供了一種旋轉式超聲電機，包括振子和轉子，所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，所述轉子為環狀且套于振子外面，振子與轉子的預緊力通過可調節的預緊機構調節，所述振子的金屬彈性體與轉子的接觸區呈圓臺形，相應地，所述轉子的內環面至少有一區域呈與金屬彈性體的接觸區吻合的圓臺形。本發明通過振子的圓臺面與轉子內環的圓臺面接觸，將薄圓臺式金屬彈性體沿圓周方向的行波振動轉化為轉子的轉動，易于實現、軸向體積小，可以獲得較大的轉矩和斷電自鎖力；另一方面沿軸向施加的預緊力通過圓臺面接觸實現圓盤徑向預緊力的施加、結構簡單、工作可靠。
文檔編號H02N2/10GK1909355SQ20061003704
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月15日 優先權日2006年8月15日
發明者張鐵民 申請人:華南農業大學