[發(fā)明專(zhuān)利]微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)及其激勵(lì)方式

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210210618.1
• 申請(qǐng)日: 2012-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102780417A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡俊輝;蘆小龍;趙淳生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/02
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)及電激勵(lì)方式，屬超聲電機(jī)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)超聲振動(dòng)，依靠摩擦力驅(qū)動(dòng)的新型作動(dòng)器。直線型超聲電機(jī)屬于超聲電機(jī)的一種。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有大轉(zhuǎn)矩質(zhì)量比、快速響應(yīng)、精密定位和無(wú)電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)療、精密驅(qū)動(dòng)、光學(xué)器件以及航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。?

傳統(tǒng)的直線型超聲電機(jī)要求金屬基板有兩個(gè)工作模態(tài)，兩模態(tài)在驅(qū)動(dòng)端部組合后產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)壓在上面的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)。該類(lèi)型的超聲電機(jī)對(duì)兩相模態(tài)的頻率一致性要求很高，并且由于預(yù)壓力的作用，工作模態(tài)頻率將發(fā)生飄移，金屬基板初始設(shè)計(jì)的模態(tài)頻率對(duì)預(yù)壓力的敏感度通常不一致，因此，造成電機(jī)控制困難，輸出效率低等現(xiàn)象。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)，該減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)基于新型的工作原理，其兩工作模態(tài)激發(fā)出非對(duì)稱(chēng)型的驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)而輸出推力或扭矩。與相同體積的傳統(tǒng)型超聲電機(jī)相比，電機(jī)本體具有結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定，輸出功率較大的特點(diǎn)，因此，該類(lèi)型的電機(jī)在微小作動(dòng)器領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。?

為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案：?

一種微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)，包括金屬基板以及壓電陶瓷片，該壓電陶瓷片具有三個(gè)極化方向相同的極化分區(qū)，其中：所述的三個(gè)極化分區(qū)中，位于中部的為彎振極化分區(qū)，而位于兩側(cè)的則為縱振極化分區(qū)；所述金屬基板包括基板本體，該基板本體的一側(cè)與壓電陶瓷片復(fù)合成一體，另一側(cè)的兩端則分別設(shè)置第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足，第一驅(qū)動(dòng)足、第二驅(qū)動(dòng)足分別與壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)相對(duì)設(shè)置；所述彎振極化分區(qū)、縱振極化分區(qū)分別與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接，以分別對(duì)應(yīng)地促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)、縱振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，所述金屬基板以一階彎曲振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力、以局部微幅振動(dòng)模態(tài)作為摩擦驅(qū)動(dòng)力的減摩模態(tài)。

所述彎振極化分區(qū)的長(zhǎng)度長(zhǎng)于縱振極化分區(qū)長(zhǎng)度。?

本發(fā)明另一技術(shù)目的是提供一種上述微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的電激勵(lì)方式，采用連續(xù)式方波信號(hào)作為壓電陶瓷片彎振極化分區(qū)的激勵(lì)電源、兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)作為壓電陶瓷片兩側(cè)縱振極化分區(qū)的激勵(lì)電源；壓電陶瓷片的彎振極化分區(qū)在連續(xù)式方波信號(hào)的激發(fā)下，促使彎振極化分區(qū)的相對(duì)端產(chǎn)生一階彎曲振動(dòng)模態(tài)，連續(xù)式方波信號(hào)的激勵(lì)頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1相等；壓電陶瓷片兩側(cè)的縱振極化分區(qū)在兩路時(shí)間相位差為180°的間隔式正弦信號(hào)的激發(fā)下，促使金屬基板兩側(cè)縱振極化分區(qū)的相對(duì)端分別產(chǎn)生局部微幅振動(dòng)模態(tài)，間隔式正弦信號(hào)的間隔頻率與一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1接近，所述間隔式正弦信號(hào)的激勵(lì)頻率與局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2相等；且局部微幅振動(dòng)模態(tài)的頻率f2遠(yuǎn)大于一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率f1。?

所述局部微幅振動(dòng)模態(tài)為一階局部彎振模態(tài)或者一階局部縱振模態(tài)。?

根據(jù)以上的技術(shù)方案，相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果：?

1.?結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新：采用一片三分區(qū)式的壓電陶瓷片激發(fā)電機(jī)的彎曲振動(dòng)模態(tài)和局部縱向振動(dòng)模態(tài)；電機(jī)在非對(duì)稱(chēng)的摩擦驅(qū)動(dòng)力作用下發(fā)生定向運(yùn)動(dòng)；通過(guò)控制縱向振動(dòng)的頻率和幅度，可以提高電機(jī)的輸出功率。

2．工作模態(tài)的創(chuàng)新：?

該電機(jī)的金屬基板對(duì)頻率一致性沒(méi)有要求，因此，便于控制；一階彎曲振動(dòng)模態(tài)頻率較低，以便獲得端部驅(qū)動(dòng)足較大的運(yùn)動(dòng)幅度；一階局部縱向振動(dòng)模態(tài)頻率較高，以便獲得較好的減摩效果；電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向由激勵(lì)信號(hào)的相位差確定；另外，實(shí)現(xiàn)減摩作用的振動(dòng)模態(tài)既可以是局部縱振模態(tài)，又可以是局部彎振模態(tài)，可根據(jù)電機(jī)尺寸和具體形狀進(jìn)行選擇；在結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化的情況下，調(diào)節(jié)激勵(lì)源的頻率至該模態(tài)頻率，即可激發(fā)相應(yīng)的振動(dòng)。

附圖說(shuō)明

圖1為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。?

圖2為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的工作模態(tài)示意圖；其中：圖2-1為金屬基板的一階彎曲振動(dòng)模態(tài)示意圖；圖2-2為金屬基板端部的一階局部縱向振動(dòng)模態(tài)示意圖。?

???圖3為微小型減摩驅(qū)動(dòng)式直線超聲電機(jī)的信號(hào)端示意圖。?