一種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，它包括圓環(huán)形轉(zhuǎn)子、Y型彈性定子、疊層壓電堆和電機固定基座，其中，所述疊層壓電堆固定在電機固定基座上，Y型彈性定子固定在疊層壓電堆上，Y型彈性定子套裝在圓環(huán)形轉(zhuǎn)子內(nèi)；本發(fā)明采用了將壓電堆的振動沖擊直接轉(zhuǎn)換為電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動的驅(qū)動方式。相對于傳統(tǒng)壓電電機，本發(fā)明采用壓電堆直接振動沖擊定子產(chǎn)生振動，進(jìn)而依靠摩擦力推動轉(zhuǎn)子圓環(huán)運動。這種運動原理使得電機定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相對簡單，有利于大批量和小批量的加工，成本低。同時這種電機的自鎖性能和低噪音特性，小型化優(yōu)勢使得它能夠應(yīng)用于消費電子，微機電裝備，微型醫(yī)療器件和微型機器人領(lǐng)域。
【專利說明】—種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓電電機，尤其涉及一種基于壓電堆的直接振動沖擊的轉(zhuǎn)動電機。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微型機器人、消費電子設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，微型電機的市場需求越來越龐大。傳統(tǒng)的電機采用電磁感應(yīng)原理，空載轉(zhuǎn)速高，輸出扭矩小，工作時通常需要攜帶減速器。但是，電磁電機的能量密度小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，小型化比較困難，成本比較昂貴，輸出特性也達(dá)不到要求。相比較而言，智能壓電電機擁有很多優(yōu)勢:低速大扭矩輸出，結(jié)構(gòu)相對簡單，自鎖特性好，噪音少，不受電磁干擾等。壓電電機通常有直線型和旋轉(zhuǎn)型兩種。
[0003]直線型壓電電機已經(jīng)成功運用于多個領(lǐng)域，包括光記憶存儲和醫(yī)療器件領(lǐng)域。這類電機通常借鑒尺蠖運動原理，以步進(jìn)的方式運行，具有非常高的定位精度。
[0004]相對于直線型壓電電機，目前的旋轉(zhuǎn)型壓電電機結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制較麻煩，尺寸多半較大。這種電機通常利用定子和轉(zhuǎn)子之間接觸點的橢圓微米運動獲得轉(zhuǎn)動能力，其運動平滑，噪音小，扭矩非常大。目前已經(jīng)成功應(yīng)用與數(shù)碼相機的自動對焦系統(tǒng)，汽車設(shè)備驅(qū)動器等。但是，這類電機定子與轉(zhuǎn)子的結(jié)合處存在較嚴(yán)重的摩擦，影響了其壽命，對溫度的變化也比較敏感，長期運行不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，易于加工。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:一種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，它包括圓環(huán)形轉(zhuǎn)子、Y型彈性定子、疊層壓電堆和電機固定基座，其中，所述疊層壓電堆固定在電機固定基座上，Y型彈性定子固定在疊層壓電堆上，Y型彈性定子套裝在圓環(huán)形轉(zhuǎn)子內(nèi)。
[0007]進(jìn)一步地，所述圓環(huán)形轉(zhuǎn)子為圓環(huán)形狀，其內(nèi)部具有圓環(huán)面，頂部加工有階梯型結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步地，所述Y型彈性定子具有Y型彈性定子第一分支、Y型彈性定子第二分支、Y型彈性定子第三分支，且Y型彈性定子第一分支端部、Y型彈性定子第二分支端部、Y型彈性定子第三分支端部均為圓弧形結(jié)構(gòu)，以便于與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓面形成配合；所述Y型彈性定子的三個分支中，Y型彈性定子第二分支比Y型彈性定子第一分支和Y型彈性定子第三分支短，在Y型彈性定子第三分支上加工有一條凹槽，所述疊層壓電堆固定在凹槽上。
[0009]進(jìn)一步地，所述圓環(huán)形轉(zhuǎn)子的材料為錫青銅，所述的Y型彈性定子的材料為彈簧鋼。
[0010]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有的有益效果是:本發(fā)明采用了將壓電堆的振動沖擊直接轉(zhuǎn)換為電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動運動的驅(qū)動方式。相對于傳統(tǒng)壓電電機，本發(fā)明采用壓電堆直接振動沖擊定子產(chǎn)生振動，進(jìn)而依靠摩擦力推動轉(zhuǎn)子圓環(huán)運動。這種運動原理使得電機定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)相對簡單，有利于大批量和小批量的加工，成本低。同時這種電機的自鎖性能和低噪音特性，小型化優(yōu)勢使得它能夠應(yīng)用于消費電子，微機電裝備，微型醫(yī)療器件和微型機器人領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
圖2是本發(fā)明圓環(huán)形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明Y型定子的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的基于尺蠖運動的原理示意圖。
[0012]圖中:圓環(huán)形轉(zhuǎn)子1、Y型彈性定子2、疊層壓電堆3、電機固定基座4、階梯型結(jié)構(gòu)
5、內(nèi)圓面6、Y型彈性定子第一分支7、Y型彈性定子第二分支8、Y型彈性定子第三分支9、Y型彈性定子第一分支端部10、Y型彈性定子第二分支端部11、Y型彈性定子第三分支端部
12、凹槽13。
【具體實施方式】
[0013]如圖1所示，本發(fā)明基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機包括圓環(huán)形轉(zhuǎn)子1、Y型彈性定子2、疊層壓電堆3和電機固定基座4,其中，疊層壓電堆3固定在電機固定基座4上，Y型彈性定子2固定在疊層壓電堆3上，Y型彈性定子2套裝在圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I內(nèi)。所述的圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I選用硬度較低、剛度較大、彈性較差的材料，如錫青銅。所述的Y型彈性定子2選用硬度較高、剛度較小、彈性比較好的材料，如彈簧鋼。
[0014]如圖2所示，所述圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的基本結(jié)構(gòu)為一個圓環(huán)形狀。其內(nèi)部的圓環(huán)面6與定子的三個分支的端部分別形成機械配合。圓環(huán)的頂部加工有小的階梯型結(jié)構(gòu)5，使得圓環(huán)形轉(zhuǎn)子可以直接套裝在Y型彈性定子2上。
[0015]如圖3所示，所述的Y型彈性定子擁有三個分支:Y型彈性定子第一分支7、Y型彈性定子第二分支8、Y型彈性定子第三分支9，Y型彈性定子第一分支端部10、Y型彈性定子第二分支端部11、Y型彈性定子第三分支端部12均為圓弧形結(jié)構(gòu)，以便于與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的內(nèi)圓面6形成配合。所述Y型彈性定子2的三個分支中，Y型彈性定子第二分支8較短，Y型彈性定子第一分支7和Y型彈性定子第三分支9較長，在Y型彈性定子第三分支9上加工有一條細(xì)長的定位凹槽13，這樣能夠方便疊層壓電堆3與Y型彈性定子2的相互定位。
[0016]如圖4所示，本發(fā)明的電機采用一種類尺蠖的運動原理。當(dāng)疊層壓電堆3處于非驅(qū)動狀態(tài)(圖4(a))，Y型彈性定子第一分支端部10，Y型彈性定子第二分支端部11和Y型彈性定子第三分支端部12分別與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的內(nèi)圓面6相接觸，處于自鎖定狀態(tài)；當(dāng)疊層壓電堆3外部電壓驅(qū)動下處于伸展?fàn)顟B(tài)(圖4(b))，由于Y型彈性定子2在疊層壓電堆3的沖擊下變形，導(dǎo)致Y型彈性定子第二分支端部11和Y型彈性定子第三分支端部12相對于圓環(huán)形轉(zhuǎn)子的內(nèi)環(huán)面產(chǎn)生滑動，而Y型彈性定子第一分支端部10在疊層壓電堆3壓緊力作用下與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的內(nèi)圓面6緊密接觸，不產(chǎn)生任何滑動；圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I在Y型彈性定子2的
推動作用下以逆時針方向轉(zhuǎn)動4
同時Y型彈性定子2由于被迫變形而積聚彈性勢能；當(dāng)疊層壓電堆3結(jié)束伸展過程開始恢復(fù)原始尺寸(圖4 (c))，Y型彈性定子第二分支端部11和Y型彈性定子第三分支端部12在疊層壓電堆3的牽引作用下迅速恢復(fù)到初始位置并保持不動，Y型彈性定子第一分支端部10在Y型彈性定子2的內(nèi)部彈性勢能釋放的影響下，相對于圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的內(nèi)圓面6產(chǎn)生
滑動，推動圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I逆時針轉(zhuǎn)動至角位置務(wù)；當(dāng)疊層壓電堆3恢復(fù)初始長度時，工作循
環(huán)完成，Y型彈性定子2恢復(fù)初始形狀，Y型彈性定子第一分支端部10，Y型彈性定子第二分支端部11和Y型彈性定子第三分支端部12與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I的內(nèi)圓面6重新形成接觸，
進(jìn)入自鎖定狀態(tài)。在這個周期中，圓環(huán)形轉(zhuǎn)子I逆時針旋轉(zhuǎn)角度馬。如此循環(huán)往復(fù)，該電機
即可獲得連續(xù)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速輸出。常見的行波超聲電機，雖然具有大扭矩低轉(zhuǎn)速，可自鎖，運行噪音小等優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以加工和微型化，長期運行的穩(wěn)定性也欠佳。本發(fā)明的定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)都非常簡單，加工成本非常低，同時能夠提供可觀的扭矩和轉(zhuǎn)速輸出，在小型化應(yīng)用方面具有非常大的優(yōu)勢。
[0017]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明的原理，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，它包括圓環(huán)形轉(zhuǎn)子(I)、Y型彈性定子(2)、疊層壓電堆(3)和電機固定基座(4)等，其中，所述疊層壓電堆(3)固定在電機固定基座(4)上，Y型彈性定子(2)固定在疊層壓電堆(3)上，Y型彈性定子(2)套裝在圓環(huán)形轉(zhuǎn)子(I)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述圓環(huán)形轉(zhuǎn)子(I)為圓環(huán)形狀，其內(nèi)部具有圓環(huán)面(6)，頂部加工有階梯型結(jié)構(gòu)(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述Y型彈性定子具有Y型彈性定子第一分支(7)、Y型彈性定子第二分支(8)、Y型彈性定子第三分支(9)，且Y型彈性定子第一分支端部(10)、Y型彈性定子第二分支端部(11 )、Y型彈性定子第三分支端部(12)均為圓弧形結(jié)構(gòu)，以便于與圓環(huán)形轉(zhuǎn)子(I)的內(nèi)圓面(6)形成配合；所述Y型彈性定子(2)的三個分支中，Y型彈性定子第二分支(8)比Y型彈性定子第一分支(7)和Y型彈性定子第三分支(9)短，在Y型彈性定子第三分支(9)上加工有一條凹槽(13)，所述疊層壓電堆(3)固定在凹槽(13)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于壓電堆的壓電振動沖擊的旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于，所述圓環(huán)形轉(zhuǎn)子(I)的材料為錫青銅，所述的Y型彈性定子(2)的材料為彈簧鋼。
【文檔編號】H02N2/12GK103701359SQ201310651257
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】傅新, 周茂瑛, 劉偉庭 申請人:浙江大學(xué)