[發明專利]一種薄壁自由梁驅動的直線超聲電機

無效

• 申請號: 200910115708.0
• 申請日: 2009-07-17
• 公開（公告）號: CN101604928A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 賀紅林;占曉煌;龍玉繁;汪良;曾勁松
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及的利用矩形截面薄壁自由梁的彎曲振動模態驅動的直線超聲電機，尤其涉及一種薄壁自由梁驅動的直線超聲電機

背景技術

超聲電機是利用壓電陶瓷逆壓電效應激發定子彈性體產生超聲頻域微幅機械振動，再通過定子與轉子(或動子)之間的摩擦作用將定子的微幅振動轉換成轉子(或動子)的宏觀的轉動(或直線運動)。它打破了慣常的由電磁感應效應獲得速度和動力的傳統電機的概念，與傳統的電磁電機相比，具有動力密度大、響應快、無噪聲、電磁兼容性好等一系列獨特的性能。超聲電機技術在20世紀末得到迅速發展，已在航空航天、機器人、汽車、精密定位儀、微型機械等領域里得到成功的應用，它是當今國內外微特電機領域研究的熱點之

超聲電機分為旋轉型和直線型兩大類。與傳統的電磁型直線電機相比，直線型超聲電機的最大特點是無需運動轉換機構、定子通過直接驅動動子實現直線運動。直線超聲電機的研究略晚于旋轉型超聲電機，卻因其獨特的優點而備受青睞，并成該領域內的又一熱點。本世紀初以來，日本、美國、俄羅斯、以色列、新加坡等國先后研制出了多種型式的直線超聲電機，其中有些還得到了工作應用，但總的來看，日本的直線超聲電機技術走在世界前列。國內的直線超聲電機研究始于上世紀90年代末，南京航空航天大學、中國科學院、清華大學、華中科技大學等高等院校和科研院所在這方面做了不少的研究，并取得了一定的成果。但總的來說，我國直線超聲電機仍處于研究階段，與國外相比仍存在較大差距。

發明內容

本發明的目的在于提供一種薄壁自由梁驅動的直線超聲電機，該超聲電機具有亞微米級(甚至更高)定位精度、毫秒級響應速度、較快的運動速度、較大的輸出推力，應用范圍廣泛。

本發明是這樣實現的，它包括定子組件、動子組件、支座組件、預緊加壓組件，其特征是預緊加壓組件連接定子組件，定子組件和動子組件分別連接支座組件。

本發明所述的定子組件包括定子、驅動齒、壓電陶瓷，定子正面連有6個驅動齒，定子通過驅動齒連接動子組件，定子背面連有壓電陶瓷。

本發明所述的動子組件包括上蓋板、動子體、滾珠、滾珠蓋，滾珠放置在上蓋板的盲孔內之后用滾珠蓋將其定位，滾珠蓋固定連接上蓋板，動子上開有V型槽，滾珠通過V型槽對動子進行導向。

本發明所述的支座組件包括短擋板、長擋板、底座，短擋板和長擋板分別固定連接底座，底座上開有若干個安裝孔。

本發明所述的預緊加壓組件包括彈簧、調節墊片、調節螺釘、彈性體，調節螺釘連接下端的調節墊片，兩塊調節墊片之間連有彈簧，調節墊片兩端分別連有彈性體。

本發明所述的定子為矩形截面結構薄壁自由梁。

本發明所述的壓電陶瓷分兩層布置在定子背面上，第一層壓電陶瓷由6個高性能壓電晶片所組成，第二層壓電陶瓷由9個高性能壓電晶片組成，各晶片之間均少許留出間隙，兩層壓電陶瓷中的各壓電晶片均具有相同的極化方向配置，每塊晶片上均需接入適當配置且頻率處于超聲頻域的調頻、調幅諧波激勵電信號。

本發明的技術效果是：(1)定子采用薄壁自由梁結構，有利于實現電機小型輕量化；(2)電機基于駐波彎曲振動模態驅動，可使電機輸出較大推力；(3)定子驅動齒步距小，動子位置分辨率高，電機可實現亞微米級甚至更高精度的快速精密定位；(4)電機性能更穩定。動子設計成具有適度柔性的結構，可保證定子與動子具有較理想的界面接觸狀態，這將大大改善電機穩定性，減小其發熱；(5)動子運動阻力小，由于動子組件采用滾珠導向結構，可大大減小電機的摩擦阻力，提高電機和效率和響應速度。

附圖說明

圖1為本發明的二維示意圖。

圖2為本發明的三維結構圖。

圖3為本發明的定子組件和動子組件的結構示意。

圖4為本發明的驅動齒和壓電陶瓷片分布圖。

圖5為本發明的定子梁的工作模態B₀₆示意圖。

圖6為本發明的定子梁的工作模態B₀₉示意圖。

圖7為本發明的激發B₀₆模態的壓電陶瓷的極化配置與供電方式。

圖8為本發明的激發B₀₉模態的壓電陶瓷的極化配置與供電方式。

圖9為本發明的定子推動動子組件做正向直線運動的機理。

圖10為本發明的定子推動動子組件做反向直線運動的機理。

具體實施方式

如圖1、圖2所示，本發明是這樣實現的，它包括定子組件、動子組件、支座組件、預緊加壓組件，其特征是預緊加壓組件連接定子組件，定子組件和動子組件分別連接支座組件。