专利名称：采用离合器耦合传动的旋转型压电电机的制作方法
技术领域：
本发明的采用离合器耦合传动的旋转型压电电机属压电电机领域。
背景技术：
压电电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和微幅振动的新型电机。旋转型超声电机定、转子间靠摩擦传动。这种摩擦传动限制了电机的性能，如摩擦造成的能量损失降低了电机的效率；最大力矩和寿命受到摩擦的限制。本发明的采用离合器耦合传动的旋转型压电电机，定子、转轴间采用离合器耦合传动，除了可具有纵扭型超声电机低速、大扭矩的优点外，还有结构简单、长时间工作稳定、寿命长、转角可精确控制的优点。
发明内容
本发明的目的在于研制一种定子、转轴之间采用离合器来传动的压电电机。它可提供较大的扭矩，较高的效率，较长的寿命，具有广阔的应用前景。
实现上述目的采用离合器耦合传动的旋转型压电电机由定子、转轴和离合器三部分组成。定子采用扭转型压电陶瓷驱动的兰杰文振子形式，具体构成是，中间夹有安装盘及铜电极的压电陶瓷片置于螺纹压紧筒与压紧筒之间，利用与螺纹压紧筒相连的具有通孔的紧固螺栓将压电陶瓷片、安装盘、螺纹压紧筒及压紧筒连接紧固成一体，构成定子。左边离合器外毂固定在螺纹压紧筒左端部内与左传动套之间，右离合器置于压紧筒右端部内与右传动套之间，左右两个传动套分别安装在穿过紧固螺栓通孔的输出转轴左右两端，构成转子。
本发明与现有的超声电机技术相比，结构简单，易于控制，不但适合低速、大扭矩的应用场合，而且工作稳定、寿命长，运转精确。
图1是采用离合器耦合传动的旋转型压电电机结构示意图。
图1中的序号名称为1输出转轴；2螺纹压紧筒；3压电陶瓷片；4安装盘；5铜电极；6紧固螺栓；7右离合器；8压紧筒；9右传动套；10轴端挡圈；11左传动套；12左传动套；13外毂；14弹簧；15内毂；16转子17滚柱。
图2是电机定子的一阶扭转振型示意图。
图3是离合器耦合传动机理示意图。
图4(a)是压电陶瓷片的极化及拼装形式示意图。
图4(b)是压电陶瓷片的安装方式示意图。
具体实施例方式
由图1可知，本发明由定子、转轴和离合器三部分组成。定子的构成是，中间夹有安装盘4的压电陶瓷片3置于螺纹压紧筒2与压紧筒8之间，通过与螺纹压紧筒2相连的具有通孔的紧固螺栓(6)将压电陶瓷片3、安装盘4、螺纹压紧筒2及压紧筒8连接紧固成一体。左离合器11固定在螺纹压紧筒2左端部内与左传动套12之间，右离合器7置于压紧筒8端部内与右传动套9之间，转子由左右两个传动套12和9分别安装在穿过紧固螺栓6中心通孔的输出转轴1左右两端所构成。
电机工作在一阶扭转共振频率时，电机定子的一阶扭转振型如图2所示。给压电陶瓷3施加一个正弦驱动电压，定子将沿周向做扭转振动。在一个扭转振动周期里，前半个周期，左离合器11锁紧转子，使转轴1跟随螺纹压紧筒2一起转动，右离合器7与转子脱开；后半个驱动周期，定子往相反方向做扭转振动，左离合器11与转轴1脱开，右离合器7锁紧转轴，继续驱动转子跟随右离合器7往同一方向转动。每一个周期里电机在左右两段各有一次驱动。离合器锁紧转轴传动，避免了摩擦造成的能量损失，提高电机的效率。
本发明利用了扭转型压电陶瓷片激出兰杰文振子的一阶扭转振动，利用两个离合器将定子的扭转振动转化为转轴的旋转运动。图3图示了离合器的结构和离合器耦合传动的机理。离合器采用现有成熟技术，使用了商品型滚柱离合器。离合器外毂固定在做周向扭转振动的定子上，跟随定子一起做周向扭转振动。当外毂扭转振动的位移为逆时针方向时，通过离合器的楔形角锁紧内毂，驱动转轴做逆时针旋转。当外毂的扭转位移为顺时针方向时，楔形角与滚子脱开，允许外毂相对内轴做顺时针旋转。这样，外毂的周向扭转振动就转化为内轴的逆时针旋转。由上所述可知，离合器耦合传动机构的作用类似于电学中的整流电路，整流电路利用二极管的单向导电性将交流电变换成直流电；离合器的作用是将定子的微米级的扭转振动，转化为转轴的单向的旋转运动。
图4(a)给出了压电陶瓷片的极化和拼装形式的示意图。从图中可以看出，压电陶瓷圆由8个扇形小块粘贴形成。图中给出了每一小块的极化情况。符号a、b、c代表三个平移自由度，d、e、f代表三个旋转自由度。沿c方向极化后，在a方向施加交变电场，就会得到沿e方向的扭转振动。将各个压电陶瓷小扇形块按相同的极化方向沿圆周方向粘成一个压电陶瓷环，然后将上下表面磨平，保证平行度，再在上下表面镀银，形成电极。图4(b)给出了压电陶瓷环的安装方式。由于压电陶瓷环的逆压电效应产生的变形带有方向性，因此对压电陶瓷环的安装方式提出了要求。施加电场以后，4片压电陶瓷环产生的扭转变形方向要相同，即要么同时产生顺时针方向的扭转变形，要么同时产生逆时针方向的扭转变形。图4(b)提出的方案满足了这种要求。在图中每个压电陶瓷环的旁边都用“+”号标出了其正面，用“-”号标出了反面。与作为正电极的铜片相接触的表面都应为压电陶瓷的正面，与地相接的都应为压电陶瓷的反面。电机定子接地。
权利要求
1.一种采用离合器耦合传动的旋转型压电机，包括定子，转子和离合器。其特征在于，所述定子由中间夹有安装盘(4)的压电陶瓷片(3)置于螺纹压紧筒(2)与压紧筒(8)之间，通过与螺纹压紧筒(2)相连的具有通孔的紧固螺栓(6)将压电陶瓷片(3)、安装盘(4)、螺纹压紧筒(2)及压紧筒(8)连接紧固成一体。左离合器(11)固定在螺纹压紧筒(2)左端部内与左传动套(12)之间，右离合器(7)置于压紧筒(8)端部内与右传动套(9)之间，所述转子由左右两个传动套(12)和(9)分别安装在穿过紧固螺栓(6)中心通孔的输出转轴(1)左右两端构成。
全文摘要
本发明的采用离合器耦合传动的旋转型压电电机属于压电电机领域。其结构分为三部分定子、转子和离合器。由紧固螺栓(6)、四片压电陶瓷片(3)、压紧筒(8)、螺纹压紧筒(2)以及安装盘(4)联接成一体，构成定子。转子由输出轴(1)和左右传动套(12)与(9)所组成，左离合器11固定在螺纹压紧筒(2)左端部内与左传动套(12)之间，右离合器(7)固定在压紧筒(8)端部内与右传动套(9)之间。该电机克服了靠摩擦传动的旋转型超声电机的摩擦能量损耗以及最大力矩和寿命受摩擦的限制的缺点。它既有纵扭复合型超声电机低速、大扭矩的优点，又有结构简单、长时间工作稳定、寿命长、转角可精确控制的优点。
文档编号H02N2/10GK1556583SQ20041001382
公开日2004年12月22日 申请日期2004年1月6日 优先权日2004年1月6日
发明者赵淳生, 鹿存跃 申请人:南京航空航天大学