[發明專利]減摩驅動式超聲電機及其復合式定子組件

有效

• 申請號: 201210210644.4
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102810997A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 胡俊輝;蘆小龍;趙淳生
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術領域

本發明涉及一種復合式定子組件以及采用該定子組件的減摩驅動式超聲電機，屬于超聲電機領域。?

背景技術

超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發超聲振動，依靠摩擦力驅動的新型作動器。旋轉型超聲電機屬于超聲電機的一種。與傳統電磁電機相比，超聲電機具有大轉矩質量比、快速響應、精密定位和無電磁干擾等優點，在生物醫療、精密驅動、光學器件以及航空航天等領域具有廣泛的應用前景。?

傳統的直線型超聲電機要求定子有兩個工作模態，兩模態在驅動端部組合后產生橢圓運動，進而推動壓在上面的動子產生直線運動。該類型的超聲電機對兩相模態的頻率一致性要求很高，并且由于預壓力的作用，工作模態頻率將發生飄移，定子初始設計的模態頻率對預壓力的敏感度通常不一致，因此，造成電機控制困難，輸出效率低等現象。另外，超聲電機的輸出功率受預壓力的限制，如果預壓力值過大，傳統的直線型動子將隨定子一起往復運動，無法實現定向運動。?

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種超聲電機的復合式定子組件，該復合式定子組件對頻率一致性無特殊要求，便于控制；同時結構緊湊，性能穩定，基于該定子組件設計的減摩驅動式超聲電機，相對于現有技術，能夠有效地提高輸出功率。?

為實現以上的技術目的，本發明將采取以下的技術方案：?

一種超聲電機的復合式定子組件，包括前端蓋、驅動端、彎振壓電陶瓷組件和縱振壓電陶瓷組件；彎振壓電陶瓷組件通過緊固連接件夾持于前端蓋以及驅動端之間；縱振壓電陶瓷組件安裝于驅動端，且縱振壓電陶瓷組件與驅動端安裝面的相對面安裝驅動足，同時縱振壓電陶瓷組件與驅動端的安裝面垂直于彎振壓電陶瓷組件的軸線。

所述彎振壓電陶瓷組件包括兩片彎振壓電陶瓷片，每一片彎振壓電陶瓷片均配置一片電極片，且每一片彎振壓電陶瓷片均包括兩個極化方向相反的極化區，同時相鄰兩片彎振壓電陶瓷片的相鄰面的極化區方向相同；各彎振壓電陶瓷片、電極片交錯地排列在前端蓋和驅動端之間。?

本發明的另一個技術目的是提供一種采用上述復合式定子組件的減摩驅動式超聲電機，包括轉子和定子組件，所述定子組件為復合式定子組件，包括前端蓋、驅動端、彎振壓電陶瓷組件和縱振壓電陶瓷組件；彎振壓電陶瓷組件通過緊固連接件夾持于前端蓋以及驅動端之間；縱振壓電陶瓷組件安裝于驅動端，且縱振壓電陶瓷組件與驅動端安裝面的相對面安裝驅動足，同時縱振壓電陶瓷組件與驅動端的安裝面垂直于彎振壓電陶瓷組件的軸線；該復合式定子組件通過驅動足與動子的驅動面相觸；所述彎振壓電陶瓷組件、縱振壓電陶瓷組件分別與相應的激勵電源連接，以分別對應地促使定子組件在驅動足端部產生局部微幅振動模態、在驅動端產生一階彎曲振動模態；所述定子組件以一階彎曲振動模態作為摩擦驅動力、以局部微幅振動模態作為摩擦驅動力的減摩模態。?

所述彎振壓電陶瓷組件的激勵電源為連續式方波信號，而縱振壓電陶瓷組件的激勵電源則為間隔式正弦信號；彎振壓電陶瓷組件在連續式方波信號的激發下，促使定子組件在驅動端產生一階彎曲振動模態，且連續式方波信號的激勵頻率與一階彎曲振動模態的頻率f1相等；縱振壓電陶瓷組件在間隔式正弦信號的激發下，促使定子組件在驅動足產生局部微幅振動模態，且間隔式正弦信號的激勵頻率與局部微幅振動模態的頻率f2相等；間隔式正弦信號的間隔頻率與一階彎曲振動模態的頻率f1接近；局部微幅振動模態的頻率f2遠大于一階彎曲振動模態的頻率f1；所述定子組件利用一階彎曲振動模態、局部微幅振動模態，在驅動足與動子的接觸部位產生非對稱驅動力，驅動動子運動。?

所述局部微幅振動模態為一階局部彎振模態或者一階局部縱振模態。?

根據以上的技術方案，與現有技術中常用的其它超聲電機相比，本發明所述減摩驅動式超聲電機具有以下優點：?

1.?結構的創新：采用兩分區計劃的彎振壓電陶瓷激發定子體的彎曲振動，引起驅動足的前后擺動，作為動子的摩擦驅動力來源；采用縱振壓電陶瓷激發驅動端的局部縱向振動，引起驅動足部位前進和后退過程的摩擦驅動力變化；動子在非對稱的摩擦驅動力作用下發生定向運動；通過控制縱向振動的頻率和幅度，可以達到在較大預壓力的情況下，動子仍能定向運動，具有較高的輸出功率。

2．工作模態的創新：?