阅读说明：本技术 一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机 (Standing wave type magnetic repulsion unidirectional rotating motor based on piezoelectric ceramic ) 是由 杨小辉 张东东 宋汝君 王瑶瑶 于 2019-05-09 设计创作，主要内容包括：基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机,涉及压电驱动技术领域。它解决了现有压电驱动器由于材料磨损引起的寿命短、转速低等问题。本发明包括环形压电陶瓷片、环形金属基体、矩形磁块和永磁体转子；在压电陶瓷上施加单相脉动直流电压时,由环形压电陶瓷片和环形金属基体组成的定子弹性复合体会激励出轴向弯曲振动驻波,该轴向弯曲振动驻波会不断地改变粘贴在定子上的矩形磁块与永磁体转子之间的相对角度,最终通过磁体之间的同极斥力的侧向分力实现驱动。本发明可以应用于非接触驱动领域。(A standing wave type magnetic repulsion unidirectional rotating motor based on piezoelectric ceramics relates to the technical field of piezoelectric drive. The piezoelectric actuator solves the problems of short service life, low rotating speed and the like caused by material abrasion of the conventional piezoelectric actuator. The piezoelectric ceramic comprises an annular piezoelectric ceramic piece, an annular metal matrix, a rectangular magnetic block and a permanent magnet rotor; when single-phase pulsating direct current voltage is applied to the piezoelectric ceramic, the stator elastic composite body consisting of the annular piezoelectric ceramic piece and the annular metal matrix can excite axial bending vibration standing waves, the axial bending vibration standing waves can continuously change the relative angle between the rectangular magnetic block and the permanent magnet rotor, which are stuck on the stator, and finally the driving is realized through the lateral component force of homopolar repulsion force between the magnets. The invention can be applied to the field of non-contact driving.)

一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机

技术领域

本发明涉及到一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，属于压电超声电机技术领域。

背景技术

目前的压电驱动技术主要是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，压电驱动器的定子通常是由压电陶瓷与金属弹性体组成的特定形状的复合弹性体，通过对压电陶瓷施加超声频率的交流电压实现定子弹性体中同频机械振动的激励，进而在定子驱动区域内质点形成具有驱动作用的运动轨迹；进一步通过定子和转子之间的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。它具有低速大转矩、无需变速机构、响应速度快等优点，作为一种压电驱动器有十分广泛的应用。

由于现有的压电驱动器采用摩擦耦合驱动，导致存在寿命短、转速低等问题，使得应用范围受到严重制约。

发明内容

为了解决现有压电驱动器由于定子和转子之间摩擦耦合造成的驱动器寿命短、转速低的问题，提供了一种基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机包括环形压电陶瓷片（1）、环形金属基体（2）、矩形磁块（3）和永磁体转子（4）；环形压电陶瓷片（1）和矩形磁块（3）分别按照一定位置排列粘贴在环形金属基体（2）的上下两面；永磁体转子（4）是一个环形结构，它位于矩形磁块（3）的正上方。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形压电陶瓷片（1）和环形金属基体（2）通过粘贴方式组成弹性复合体，通过对压电陶瓷施加单相脉动直流电压，借助于压电陶瓷的d₃₁工作模式实现弹性复合体轴向弯曲振动模态的激励。将环形压电陶瓷片（1）沿环形金属基体（2）下端面周向分为2n个相等的扇区，每个扇区对应驻波波长的二分之一，并且相邻两个扇区环形压电陶瓷片的极化方向是相反的，通过这种激励方式，便可生成圆环B（0，n）阶轴向弯曲振动模态。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的永磁体转子（4）在竖直方向上的自由度被限制，矩形磁块（3）将其按照圆环周向阵列粘贴在环形金属基体（2）的上表面，矩形磁块（3）的中心位于驻波波节处，相邻两个矩形磁块间隔一个波长，以便于各磁块形成有效的水平磁斥力分量，共同驱动永磁体转子沿逆时针（或顺时针）旋转。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形金属基体（2）所产生的驻波幅值周期性变化，进而不断改变矩形磁块（3）与永磁体转子（4）之间的相对角度，使得矩形磁块（3）对永磁体转子（4）产生水平磁斥力分量，持续驱动永磁体转子高速旋转。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机对环形压电陶瓷片（1）所施加的单相脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电，在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。

本发明的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的环形金属基体（2）的轴线与永磁体转子（4）的轴线重合。

本发明的基于压电陶瓷的杆式磁斥力驱动方法的驱动器定子和动子之间无摩擦，驱动器寿命久，转速高，加工装配简便，便于实现系列化和商品化。

本发明适用于非接触驱动领域。

附图说明

图1是本发明的三维结构图。

图2是本发明的压电陶瓷极化分区示意图。

图3是本发明的压电陶瓷电极连接示意图。

图4是本发明的驱动示意图。

图5是本发明的环形金属基体轴向弯曲振动振型图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机，包括环形压电陶瓷片（1）、环形金属基体（2）、矩形磁块（3）和永磁体转子（4）；环形压电陶瓷片（1）和矩形磁块（3）分别按照一定位置排列粘贴在环形金属基体（2）的上下两面；永磁体转子（4）是一个环形结构，它位于矩形磁块（3）的正上方。

具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，所述环形压电陶瓷片（1）和环形金属基体（2）通过粘贴方式组成弹性复合体，通过对压电陶瓷施加单相脉动直流电压，借助于压电陶瓷的d₃₁工作模式实现弹性复合体轴向弯曲振动模态的激励。将环形压电陶瓷片（1）沿环形金属基体（2）下端面周向分为2n个相等的扇区，每个扇区对应驻波波长的二分之一，并且相邻两个扇区环形压电陶瓷片的极化方向是相反的，通过这种激励方式，便可生成圆环B（0，n）阶轴向弯曲振动模态。

具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，所述永磁体转子（4）在竖直方向上的自由度被限制，矩形磁块（3）将其按照圆环周向阵列粘贴在环形金属基体（2）的上表面，矩形磁块（3）的中心位于驻波波节处，相邻两个矩形磁块间隔一个波长，以便于各磁块形成有效的水平磁斥力分量，共同驱动永磁体转子沿逆时针（或顺时针）旋转。

具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，环形金属基体（2）所产生的驻波幅值周期性变化，进而不断改变矩形磁块（3）与永磁体转子（4）之间的相对角度，使得矩形磁块（3）对永磁体转子（4）产生水平磁斥力分量，持续驱动永磁体转子高速旋转。

具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，对环形压电陶瓷片（1）所施加的单相脉动直流电是一种方向不变，但大小随时间变化的直流电，在这种电压激励下所产生的轴向弯曲振动驻波波形的幅值始终是单方向变化的，即波峰处的半波长区间始终上凸，波谷处的半波长区间始终下凹。

具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式一所述的基于压电陶瓷的驻波型磁斥力单向旋转电机的区别在于，环形金属基体（2）的轴线与永磁体转子（4）的轴线重合。