一种肋板位移型纵扭复合超声电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种肋板位移型纵扭复合超声电机，属于超声电机技术领域。
【背景技术】
[0002]纵扭复合型超声电机的研究大致可追溯到20世纪的80年代末，到目前为止，其结构种类已经不下于几十种。纵扭复合型超声电机含有两个PZT振子一一纵振子和扭转振子，纵、扭转振子分别激发出两个互相垂直的振动，这两种振动可单独调节，互不耦合。纵扭复合型超声电机与其它类型的超声电机相比，因具有输出力矩特别大、可控性强、正反转特性一致、低速稳定性好、动态响应性能好等特点而成为近年来国内外研究的热点之一。按照纵、扭模态之间的相互关联性可以将纵扭复合型超声电机划分为两小类，即纵扭多模态型超声电机和纵扭模态转换型超声电机。近几十年以来人们对两种类型的研究，提出各种各样的纵扭复合型超声电机结构。1994年，Ueha以夹心式压电定子结构取代具有层叠压电定子的结构研制出了一台直径为80mm的纵扭多模态型超声电机；从1992年开始，日本山形大学的Tomikawa对纵扭型超声电机进行了大量的研究。根据电机的结构特点，他把自己研制的电机分为多模态定子型和单一模态定子型两类；2000年左右，Tsujino对斜槽式模态转换型超声电机进行了研究，该电机仅需要一组压电振子激励，但是只能实现单向旋转。
[0003]目前，现有的纵扭复合电机存在以下缺点:
1、定子基体的扭转振动有两种激励方式，一是由基于dl5效应的扭振压电陶瓷产生，但这种扭振压电陶瓷工艺复杂，加工困难，成本高；二是由基于d33效应的纵振压电陶瓷激励的纵向振动转化而得到，该方式需要设计相应的模态转化器，结构复杂，且只能实现单向旋转。
[0004]2、纵扭复合型超声电机结构复杂、装配工序较多，且容易产生装配误差，造成纵向振动和扭转振动频率不一致。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种肋板位移型纵扭复合超声电机，提供一种转速平稳，且易装配，低成本的肋板位移型纵扭复合超声电机，该电机使用两组压电陶瓷片分别激励出定子中的纵向振动模态和扭转振动模态。采用基于d31效应的矩形压电陶瓷片来激励肋板产生弯振并转换成定子基体的扭振，从而避免使用基于dl5效应的扭振陶瓷片，使电机能正常工作的同时能够方便地安装在各种场合，从而为该电机的产业化打下良好的基础。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种肋板位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述定子组件两端分别设有转子组件，且定子组件及转子组件同轴套接在转动轴上，所述定子组件与转动轴接触两侧分别设有轴承，所述定子组件包括定子基体、弯振压电陶瓷片组和纵振压电陶瓷片组，所述定子基体为圆柱状金属体，所述圆柱状金属体圆周表面均匀设有多个肋板，所述肋板表面中间位置开设有椭圆形槽，所述弯振压电陶瓷片组固定在肋板两侧，所述纵振压电陶瓷片组固定在两个肋板之间的定子基体上；所述转子组件包括摩擦材料、预压力装置和转子，所述摩擦材料设置在定子组件和转子之间，所述设置在定子组件两端的转子外侧分别设有预压力装置；
作为本发明的进一步优选，所述预压力装置包括硅橡胶辅助压件和硅橡胶弹簧，所述硅橡胶辅助压件和硅橡胶弹簧由外至内依次设置在转子外侧；
作为本发明的进一步优选，所述预压力装置通过锁紧螺母紧固于转动轴上；
作为本发明的进一步优选，所述圆柱状金属体圆周表面均匀设有4个肋板，所述圆柱状金属体的顶部与底部分别设有4个齿形凸块，所述齿形凸块与肋板的高度相同；
作为本发明的进一步优选，所述肋板的长度大于圆柱状金属体的高度。
[0007]通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:
本发明避免使用工艺复杂的扭转压电陶瓷片，用于激励定子基体的扭转振动的压电陶瓷成本低，加工工艺简单，且装配方便；通过弯振压电陶瓷片组和纵振压电陶瓷片组分别激励纵向振动模态和扭转振动模态，使电机具有良好的可控性，电机定子结构更简单，可操作性强，为其应用及产业化打下了良好的基础。
【附图说明】
[0008]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0009]图1是本发明的肋板位移型纵扭复合超声电机的剖视图；
图2是本发明的定子组件结构示意图；
图3是本发明的圆柱状金属体的结构示意图；
图4是本发明的肋板位移型纵扭复合超声电机定子的工作模态，其中:①指的是定子的1阶纵振模态振型，②为定子的2阶扭振模态振型；
图5是本发明肋板位移型纵扭复合超声电机定子的第一种压电陶瓷极化布置方式及加电方法，图中定子肋片两侧的弯振压电陶瓷片组的极化方向相反，需加Φ、Φ+90°、Φ+180。所示的相位差信号激励；
图6是本发明肋板位移型纵扭复合超声电机定子的第二种压电陶瓷极化布置方式及加电方法。图中定子肋片两侧的弯振陶瓷片的极化方向相同，需加Φ、Φ+90°、Φ所示的相位差信号激励。
[0010]图中:1.转动轴；2.轴承；3.定子基体；4.摩擦材料；5.转子；6.硅橡胶弹簧；
7.硅橡胶辅助压件；8.锁紧螺母；9.纵振压电陶瓷片组；10、11弯振压电陶瓷片组；12.椭圆形槽。
【具体实施方式】
[0011]现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0012]如图1-图3所示，本发明提供一种肋板位移型纵扭复合超声电机，包括定子组件和转子组件，所述定子组件两端分别设有转子组件，且定子组件及转子组件同轴套接在转动轴1上，所述定子组件与转动轴1接触两侧分别设有轴承2，所述定子组件包括定子基体3、弯振压电陶瓷片组10和纵振压电陶