[發明專利]復合振子直線超聲電機

無效

• 申請號: 200810027450.4
• 申請日: 2008-04-15
• 公開（公告）號: CN101262182A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 張鐵民
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明涉及利用壓電效應的電動機，特別涉及一種復合振子直線超聲電機。

背景技術

超聲電機是利用壓電陶瓷逆壓電效應和超聲振動的微電機。它一般由振子、動子(或轉子)及預緊機構組成，其中振子通常由壓電陶瓷或壓電陶瓷與金屬彈性體復合而成。

目前已有的直線型超聲電機中，主要采用縱、彎復合振動模態，縱向和彎曲振動頻率趨于一致，以產生表面質點的橢圓運動軌跡，但普遍存在設計過程復雜、材料加工困難、裝配精度要求高的問題，實際上難以實現縱向和彎曲振動頻率的一致，使直線電機的性能(如驅動力、驅動速度等)及工作的可靠性大大降低，難以實現工業化應用。專利號為“200510122908.0”的發明公開了一種“直線運動步進式超聲電機”，振子包括兩個直角形金屬彈性體，每個金屬彈性體的兩個振動臂的根部分別貼有壓電陶瓷，用于激勵振動臂產生縱振；動子為下端面帶有均勻分度齒槽的條形體，利用片彈簧的彈簧力經軸承將動子的下端面壓在振子的驅動頭上。由壓電陶瓷激發振動臂的縱振，利用相位差90度的正弦信號同時激勵同一個振子的兩個振動臂，這兩個振動臂縱振的聯合作用使驅動頭產生橢圓運動推動動子直線步進運動，構成直線超聲電機。但單純利用直角形金屬彈性體，其驅動頭的橢圓運動軌跡較小，不易實現直線超聲電機較大推力和較快的推動速度，電機工作效率不高。

發明內容

本發明為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種結構簡單，大推力大行程，工作效率高的復合振子直線超聲電機。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：本復合振子直線超聲電機，其特征在于：包括機架、動子、振子和預緊機構，機架內固定有滑座和集線器，動子可移動的安裝于滑座上，振子為直角等腰三角形的金屬彈性體，直角處設有撥齒，撥齒與動子接觸，兩直角邊部位的前后表面設有四片壓電陶瓷片，振子的底面與預緊機構接觸。

所述振子的兩直角邊部位為棱柱體，兩直角邊的頂部為扁棱錐體，扁棱錐體與撥齒聯為一體。

所述動子為前后表面開有導向槽的直線滑軌，導向槽與滑座配合。

所述預緊機構包括預緊螺釘和板簧，振子的底面與板簧接觸，預緊螺釘安裝于機架的下蓋板并與板簧接觸。

所述兩直角邊部位的前后表面對稱粘貼有四片矩形的壓電陶瓷片，壓電陶瓷片的內、外表面皆涂有供極化和激勵用的電極，壓電陶瓷片沿厚度方向極化，外表面為極化的起始面，內表面為極化的終止面，內表面粘貼于直角邊部位的表面。

所述電極為鍍銀電極。

所述一直角邊部位的兩片壓電陶瓷片的外表面連接sinωt激勵信號線，另一直角邊部位的兩片壓電陶瓷片的外表面連接cosωt激勵信號線，四個內表面連接公共地線。

所述機架的兩個側板設有安裝槽，振子放置于兩個安裝槽內。

本發明復合振子直線超聲電機的工作原理如下：

利用壓電陶瓷片的d31效應，振子在相位差為90度的交變電流作用下分別激勵出復合振子兩直角邊部位的棱柱體的同頻、相位差為90度的縱縱復合振動(一棱柱體拉伸，另一棱柱體壓縮)，縱縱復合振動在具有微位移放大的撥齒處產生縱彎復合振動，在撥齒微觀質點處形成橢圓運動的軌跡，通過改變預緊螺釘的進給深度引起板簧的彈性變形，調整振子與動子的接觸預緊力，進而使動子在接觸預緊力作用下，依靠摩擦傳動產生所需的直線運動。

本發明相對于現有技術具有如下的優點：

一、設計容易：易于同時激發出兩個棱柱體同頻、同型振動模態，使得電機結構設計較為容易；

二、大推力、大行程、工作效率高：通過兩個棱柱體的復合振子加上具有微位移放大的撥齒與動子表面接觸，將兩個棱柱體的縱向的復合振子合成撥齒的縱彎復合振動，縱彎復合振動帶動動子的宏觀移動，可以獲得較大的驅動力、較長的工作行程、較高的工作速度和較大的斷電自鎖力；

三、結構簡單、便于安裝：在棱柱體表面對稱粘貼矩形壓電陶瓷片易于實現，電機結構簡單、電機組裝方便、工作可靠，直接實現動子的直線運動，正反向運動切換靈活、性能一致，可廣泛應用于機床進給機構和其它較大推力或較長行程的直線運動裝置。

附圖說明

圖1是本發明的一種復合振子直線超聲電機的結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖3是圖2的振子的放大圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。