专利名称：压电-电流变旋转步进马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种压电-电流变旋转步进马达，属机电设备技术领域。
现有的压电旋转步进马达，如日本音响学会讲演论文集(平成元年3月)的第161页发表的，其结构如图1所示。图中，101是转子，102是离合器，103是扭转驱动换能器，104是基体。这种马达由于使用多层陶瓷致动器来控制磨擦力，存在能耗大、效率低以及振动和磨损等问题。
本发明的目的是设计一种性能优良、结构简单，利用压电体的递压电效应驱动、电流变效应离合的新型旋转步进马达，使其具有高驱动力、高机械分辨力和高电机能量转换率等特点，而且无磨损、无冲击、功率消耗极低。
本发明的内容是压电-电流变旋转步进马达，由基体、电流变流体、扭转型压电换能器、扭转极板、输出轴极板、输出轴、箝位电极板和盖板组成。电流变流体充满基座内各部件之间的空隙中。扭转型压电换能器固定在基座内，扭转极板粘接在其上，盖板在基体上，输出轴从盖板中心伸出，之间有轴承和“O”型密封圈。轴承使输出轴能自由转动，盖板与输出轴之间的“O”型密封圈，使基体内的电流变流体得以密封，输出轴用于输出压电扭转换能器产生的力矩输出。输出轴极板和扭转极板箝位极板之间充满电流变流体。基体输出轴极板是零电位，扭转极板和箝位极板分别接高电位。扭转极板，输出轴极板和电流变流体构成步进马达的离合器，盖板上的箝位电极板、输出轴极板和电流变流体构成马达的箝位器。
电流变流体是一种高绝缘液体，其内悬浮有大量的具有较高极化特性的微细颗粒。当电流变流体置于高电场下，液体中的颗粒能在瞬间形成具有抗剪能力的颗粒链或质点纤维，使流体呈现“弱固体”状态，并表现出类似固体的性质。一当电场去掉，使又在瞬间恢复流体原状。通常电流变流体从液到固/固到液响应时间周期小于1ms甚至仅为几十μs。
由于电流变流体受电场控制时能可逆
液态转化成固态，或从固态转化为液态，利用这种效应，可以构成旋转步进马达的箝位器与离合器，以此来获取马达压电扭转换能器产生的力矩输出，箝位器与离合器配合压电扭转振动而交替的工作，可以使马达以旋转步进方式运行，马达的旋转速度可通过改变施加到压电扭转换能器上的电压大小来调节，也可通过改变其上的电压方波频率来调节，精密控制驱动电压幅值，可获得极高的位移分辨率。
图1是已有技术示意图。
图2是本发明结构示意图。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
图2中12是基体，13是扭转型压电换能器，为马达动力源，13a是扭转极板，15a是输出轴极板，13a，15a与电流变流体14构成电流变离合器，用于把扭转换能器13产生的扭矩及角位移传递给输出轴15。15a同时与固定在盖板16上的箝位电极板18，及电流变流体14构成箝位器，用于输出轴15的角位移定位，它与马达的离合器交替工作，可以使马达以步进形式运行。箝位极板18与盖板16之间有一绝缘层18a，箝位极板的引线通过盖板的引线孔16d引出，16c与17分别为盖板与基体，盖板与输出轴之间的密封圈。U1，U2分别为箝位器、离合器上的电压，U2为压电换能器上的电压，16a为轴承，将输出轴15固定在盖板16上，并使输出轴15能自由旋转;16b为联接盖板与基体的螺钉。
运行时，首先将一高电压U3加到13a，15a之间的电流变流体上，使其变成固态，结果极板13a，15a与电流变流体构成的离合器被固住(合上)，此时18，15a与电流变流体构成的箝位器为自由状态;第二步给压电换能器施加一电压U2，这将使扭转极板13a正向扭转一角位移△θ，从而驱动输出轴15旋转同一角位移△θ;第三步去掉U3，而给箝位器施加一电压U1，使输出轴极板15a被箝住。第四步，去掉换能器上的电压，结果13a回到原来位置，但输出轴15已转过一微小角度△θ。以后重复以上步骤，马达将一直以这种步进方式正向旋转下去，改变以上步骤，马达将反向运转。
权利要求
1.一种压电-电流变旋转步进马达，其特征在于所述的马达由基体、电流变流体、扭转型压电换能器、扭转极板、输出轴极板、输出轴、箝位极板和盖板组成；所述的电流变流体充满基座内各部件之间的空隙中；所述的扭转型压电换能器固定在基座内，扭转极板粘接在扭转换能器的输出端；所述的盖板通过螺钉与密封圈装接在基体上，所述的输出轴通过盖板中心的轴承被固定在盖板上，输出轴与盖板中心之间有一“O”型密封圈；所述的输出轴极板和扭转极板、钳位极板之间充满电流变流体。
全文摘要
本发明涉及一种压电-电流变旋转步进马达。这种马达由基座、电流变流体、扭转型压电换能器、扭转极板、输出轴极板、输出轴、箝位极板和盖板组成。电流变流体充满基座内各部件之间的间隙中。扭转极板、输出轴极板和它们之间的电流变流体构成马达的离合器，盖板上的电极板，输出轴极板，和它们之间的电流变流体，构成马达的箝位器，马达压电换能器产生的扭转振动和扭转力矩，通过电流变箝位器与离合器的配合而交替工作，使马达输出轴以旋转步进运行方式运行并获得力矩输出。
文档编号H02N2/00GK1066940SQ9210523
公开日1992年12月9日 申请日期1992年7月2日 优先权日1992年7月2日
发明者董蜀湘, 李龙土, 周铁英, 桂治轮, 张孝文 申请人:清华大学