本實用新型涉及一種桿式貼片縱扭復合型超聲電機，屬于超聲電機領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

縱扭復合型超聲電機的研究大致可追溯到20世紀的80年代末，到目前為止，其結(jié)構(gòu)種類已經(jīng)不下于幾十種?？v扭復合型超聲電機含有兩個PZT振子——縱振子和扭轉(zhuǎn)振子，縱、扭轉(zhuǎn)振子分別激發(fā)出兩個互相垂直的振動，這兩種振動可單獨調(diào)節(jié)，互不耦合?？v扭復合型超聲電機與其它類型的超聲電機相比，因具有輸出力矩特別大、可控性強、正反轉(zhuǎn)特性一致、低速穩(wěn)定性好、動態(tài)響應性能好等特點而成為近年來國內(nèi)外研究的熱點之一。近幾十年以來人們對兩種類型的研究，提出各種各樣的縱扭復合型超聲電機結(jié)構(gòu)。1994年，Ueha以夾心式壓電定子結(jié)構(gòu)取代具有層疊壓電定子的結(jié)構(gòu)研制出了一臺直徑為80mm的縱扭多模態(tài)型超聲電機；從1992年開始，日本山形大學的Tomikawa對縱扭型超聲電機進行了大量的研究。根據(jù)電機的結(jié)構(gòu)特點，他把自己研制的電機分為多模態(tài)定子型和單一模態(tài)定子型兩類；2000年左右，Tsujino對斜槽式模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機進行了研究，該電機僅需要一組壓電振子激勵，但是只能實現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)。

目前，現(xiàn)有的縱扭復合電機存在以下缺點：

1、定子基體的扭轉(zhuǎn)振動有兩種激勵方式，一是由基于d15效應的扭振壓電陶瓷產(chǎn)生，但這種扭振壓電陶瓷工藝復雜，加工困難，成本高；二是由基于d33效應的縱振壓電陶瓷激勵的縱向振動轉(zhuǎn)化而得到，該方式需要設(shè)計相應的模態(tài)轉(zhuǎn)化器，結(jié)構(gòu)復雜，且只能實現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)。

2、縱扭復合型超聲電機結(jié)構(gòu)復雜、裝配工序較多，且容易產(chǎn)生裝配誤差，造成縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動頻率不一致。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種桿式貼片縱扭復合型超聲電機，同時需要調(diào)節(jié)環(huán)形槽的寬度和深度，以及長條形槽的寬度、兩端圓孔的半徑來達到調(diào)節(jié)縱扭振頻率一致性的目的，不僅成本低，加工工藝簡單，而且裝配工序簡單，電機定子結(jié)構(gòu)更簡單，可操作性強，易于后面實驗結(jié)構(gòu)返工修正，縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動頻率一致性較好。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種桿式貼片縱扭復合型超聲電機，包括定子和轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動軸，第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分別布設(shè)在定子組件兩端，且呈鏡像排列；第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸上，所述定子為空心圓管狀金屬基體，在金屬基體中間的外圓周上切出六個相同大小的矩形平面，每隔兩個矩形平面分別切出一道沿軸向分布的槽，且槽的位置設(shè)置在相鄰兩個平面的交接處，共設(shè)置三道槽，長條形切槽的兩端為圓孔狀；在每兩道槽之間的兩個矩形平面上分別粘貼兩個基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，形成一個激勵單元；同時，在定子兩側(cè)靠近端面處分別開設(shè)有兩個環(huán)形槽，用于調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)振動頻率；定子兩端同時設(shè)置有軸承孔，軸承孔內(nèi)分別布設(shè)有軸承；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)均包括轉(zhuǎn)子、摩擦材料、硅橡膠彈簧、壓蓋和鎖緊螺母，其中，轉(zhuǎn)子與定子接觸的一側(cè)粘貼有摩擦材料，硅橡膠彈簧、壓蓋、鎖緊螺母依次設(shè)置在轉(zhuǎn)子的另一側(cè)，且轉(zhuǎn)子、硅橡膠彈簧、壓蓋均套接在轉(zhuǎn)動軸上，硅橡膠彈簧、壓蓋通過鎖緊螺母與轉(zhuǎn)動軸之間的聯(lián)接壓緊在轉(zhuǎn)子上；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，在金屬基體中間的外圓周上切出六個相同大小的矩形平面，六個矩形平面兩兩呈120度均勻分布；在定子的金屬基體上均勻開設(shè)有三個長條形切槽，長條形切槽的兩端為圓孔狀，且每兩個長條形切槽之間設(shè)有兩個矩形平面，長條形切槽位于相鄰兩個矩形平面的交接處,同時，在定子兩側(cè)靠近端面處分別開設(shè)有兩個環(huán)形槽；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述的每兩道槽之間的兩個矩形平面上分別沿定子軸向粘貼兩個基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，形成一個激勵單元，所有激勵單元的壓電陶瓷片的極化方向均指向圓心或者背離圓心；每個激勵單元的兩個矩形壓電陶瓷片之間分別施加相位差為90°的正弦激勵電壓或余弦激勵電壓，用于激發(fā)出單元的對稱振動模態(tài)和反對稱振動模態(tài)，三組激勵單元沿定子周向的綜合激勵效果最終表現(xiàn)為定子體的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述的在定子的兩端分別開設(shè)的軸承孔為階梯式軸承孔，軸承孔內(nèi)分別布設(shè)有第一徑向軸承、第二徑向軸承，定子兩個端面上開設(shè)有均勻分布的切槽。

通過以上技術(shù)方案，相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型的定子為空心圓管狀金屬基體，在金屬基體中間的外圓周上切出六個相同大小的矩形平面，分別粘貼基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，用來激發(fā)出定子基體所需的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)，從而避免使用基于d15效應的扭振陶瓷片，電機定子中間均勻分布有3個長條形切槽，長條形切槽的兩端為圓孔狀，同時，在定子兩側(cè)靠近端面處分別開設(shè)有環(huán)形槽，且每個長條形切槽位于相鄰兩個矩形平面正中間，用于調(diào)節(jié)電機扭轉(zhuǎn)振動頻率，能夠方便地調(diào)節(jié)電機的縱向振動和扭轉(zhuǎn)振動頻率一致性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的優(yōu)選實施例的立體圖；

圖2是本實用新型的優(yōu)選實施例的剖視圖；

圖3是本實用新型提出的貼片縱扭復合型超聲電機的工作模態(tài)，其中a為分布在定子中的2階扭振模態(tài)振型，b為分布在定子中的1階縱振模態(tài)振型；

圖4是本實用新型的優(yōu)選實施例的壓電陶瓷極化分布及電激勵方案圖。

圖中：1為轉(zhuǎn)動軸，2為鎖緊螺母，3為壓蓋，4為轉(zhuǎn)子，5為定子，6為環(huán)形槽，7為長條形切槽，8為矩形壓電陶瓷片，9為切槽，10為軸承，11為硅橡膠彈簧，12為摩擦材料。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1-圖2所示，本實用新型的一種桿式貼片縱扭復合型超聲電機，包括定子5和轉(zhuǎn)子組件，其中，轉(zhuǎn)子組件包括第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動軸1，第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分別布設(shè)在定子組件兩端，且呈鏡像排列；第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和定子均同軸套接在轉(zhuǎn)動軸上，所述定子為空心圓管狀金屬基體，在金屬基體中間的外圓周上切出六個相同大小的矩形平面，每隔兩個矩形平面分別切出一道沿軸向分布的槽，且槽的位置設(shè)置在相鄰兩個平面的交接處，共設(shè)置三道槽，長條形切槽7的兩端為圓孔狀；在每兩道槽之間的兩個矩形平面上分別粘貼兩個基于d31效應的矩形壓電陶瓷片8，形成一個激勵單元；同時，在定子兩側(cè)靠近端面處分別開設(shè)有兩個環(huán)形槽6，用于調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)振動頻率；定子兩端同時設(shè)置有軸承孔，軸承孔內(nèi)分別布設(shè)有軸承10。；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，第一預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、第二預壓轉(zhuǎn)子系統(tǒng)均包括轉(zhuǎn)子4、摩擦材料12、硅橡膠彈簧11、壓蓋3和鎖緊螺母2，其中，轉(zhuǎn)子與定子接觸的一側(cè)粘貼有摩擦材料，硅橡膠彈簧、壓蓋、鎖緊螺母依次設(shè)置在轉(zhuǎn)子的另一側(cè)，且轉(zhuǎn)子、硅橡膠彈簧、壓蓋均套接在轉(zhuǎn)動軸上，硅橡膠彈簧、壓蓋通過鎖緊螺母與轉(zhuǎn)動軸之間的聯(lián)接壓緊在轉(zhuǎn)子上；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，在金屬基體中間的外圓周上切出六個相同大小的矩形平面，六個矩形平面兩兩呈120度均勻分布；在定子的金屬基體上均勻開設(shè)有三個長條形切槽，長條形切槽的兩端為圓孔狀，且每兩個長條形切槽之間設(shè)有兩個矩形平面，長條形切槽位于相鄰兩個矩形平面的交接處,同時，在定子兩側(cè)靠近端面處分別開設(shè)有兩個環(huán)形槽；

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述的每兩道槽之間的兩個矩形平面上分別沿定子軸向粘貼兩個基于d31效應的矩形壓電陶瓷片，形成一個激勵單元，所有激勵單元的壓電陶瓷片的極化方向均指向圓心或者背離圓心；每個激勵單元的兩個矩形壓電陶瓷片之間分別施加相位差為90°的正弦激勵電壓或余弦激勵電壓，用于激發(fā)出單元的對稱振動模態(tài)和反對稱振動模態(tài)，三組激勵單元沿定子周向的綜合激勵效果最終表現(xiàn)為定子體的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)；

圖3-圖4所示，本實用新型所述一種桿式貼片縱扭復合型超聲電機的壓電陶瓷極化布置及電激勵方法為：六個相同大小的矩形平面的每個平面上粘貼極化方向指向定子圓心的矩形壓電陶瓷片，在矩形壓電陶瓷片上施加相位為φ的正弦激勵信號，激勵出縱振肋板的1階縱向振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的1階縱向振動模態(tài)；每個平面上粘貼極化方向指向定子圓心的矩形壓電陶瓷片，在壓電陶瓷上施加同頻率且相位φ±90°的正弦激勵信號，激勵出扭振肋板的1階彎曲振動模態(tài)，從而誘發(fā)出電機定子的2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)，定子中時間和空間上相位差均為90°的1階縱向振動模態(tài)和2階扭轉(zhuǎn)振動模態(tài)的合成能夠使定子端面指點產(chǎn)生橢圓運動，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

作為本實用新型的進一步優(yōu)選，所述的在定子的兩端分別開設(shè)的軸承孔為階梯式軸承孔，軸承孔內(nèi)分別布設(shè)有第一徑向軸承、第二徑向軸承，定子兩個端面上開設(shè)有均勻分布的切槽9。

本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)術(shù)語和科學術(shù)語）具有與本申請所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

本申請中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內(nèi)。

本申請中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。

以上述依據(jù)本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項實用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。