[發明專利]雙向驅動直線超聲電機

有效

• 申請號: 201310373863.9
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103401470A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 殷振;李華;李艷;曹自洋;劉義生;吳永芝;陳玉榮;任坤;呂自強;劉嬌
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應的超聲電機領域，尤其是涉及一種雙向驅動直線超聲電機。

背景技術

直線超聲電機是20世紀80年代迅速發展和應用的一種新型微電機，是利用壓電材料的逆壓電效應實現電能-機械能轉換的機電耦合裝置，通過定子和動子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動轉換成動子的宏觀直線(旋轉)運動，直接驅動負載。因其具有體積小、重量輕、低速大扭矩、噪聲小、響應快、定位精度高、無電磁干擾和環境適應性強等優點，在醫療、航空航天、機器人、MEMS?等技術領域得到了日益廣泛的應用。

單激勵模態轉換型超聲電機是超聲電機的一種，它是利用一組壓電陶瓷元件的激勵，通過特殊結構的模態轉換器使定子產生具有兩種振動模態分量的復雜振動。如果這兩個振動模態之間存在一定的相位差且頻率相近，定子和轉子接觸界面上定子的端面質點就會產生橢圓軌跡振動，從而通過定子和轉子之間的摩擦獲得轉子的運動和扭矩。利用模態轉換原理制作的超聲電機只需要一組控制電路及其驅動電源，控制驅動系統簡單，制造成本、控制難度均可得到降低。

目前國內直線超聲電機的研究發展很快，清華大學、南京航空航天大學、哈爾濱工業大學等高校先后對直線超聲電機展開了研究。自2004年以來，中國專利網陸續刊登了環形駐波直線超聲電機【200510046044.9】、棱柱型縱彎復合振子直線超聲電機【200610132316.1】、三角形彎板式壓電直線超聲電機【200710045921.X】、H形駐波直線超聲電機振子【200820014739.8】、圓柱結構雙輪足驅動直線超聲電機及電激勵方法【200710020963.8】、基于連續變幅桿原理的K形直線超聲電機【200810124426.2】等專利。但是現有的直線超聲電機存在著結構復雜、輸出功率小、制造困難、對制造裝配要求較高、成本較高和壽命短等不足。這些問題制約了它們在工業生產中的應用。

發明內容

本發明提供了一種新型的雙向驅動直線超聲電機，目的是為了克服上述直線超聲電機中存在的不足。

雙向驅動直線超聲電機，包括定子和動子，動子包括滑條和設置在滑條表面的摩擦層；所述的定子包括支架、通過支架固定的兩個相同的超聲振動換能器、兩個相同的橢圓振動模態轉換器和兩個相同的摩擦驅動塊；所述的超聲振動換能器外輪廓為圓柱形，其包括螺栓及依次套設在螺栓上的后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板，前蓋板上設置有可與支架聯接用的法蘭盤，后蓋板和前蓋板通過螺栓將后蓋板、壓電陶瓷片、電極片和前蓋板聯接壓緊，構成了雙向驅動直線超聲電機的能量轉換部分，將A超聲電源和B超聲電源輸出的超聲電能轉換為兩個超聲振動換能器的超聲振動能量。

所述的橢圓振動模態轉換器和前蓋板制作成一個整體設置在前蓋板的前端，或者利用附加的一個聯接螺柱將橢圓振動模態轉換器聯接在前蓋板的前端，橢圓振動模態轉換器為斜楔形結構，斜楔形結構橢圓振動模態轉換器原整體為長方體，沿超聲振動換能器軸線方向其一側被切割掉一部分后形成斜楔形結構，形成斜楔形的兩個側面中，未被切割的一側面平行于超聲振動換能器軸線，被切割過的另一側面與超聲振動換能器軸線成3-30度夾角。

使橢圓振動模態轉換器形成斜楔形結構的目的是為了改變超聲振動換能器的振動模態，使其縱向振動模態頻率和彎曲振動模態頻率接近或相等，由于斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的存在，超聲振動換能器產生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結構橢圓振動模態轉換器后，在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端分解為一部分縱向振動分量和一部分彎曲振動分量，且兩振動分量具有一定的相位差，進而在斜楔形結構橢圓振動模態轉換器的末端復合形成橢圓軌跡振動。

所述的摩擦驅動塊通過焊接、粘接或螺釘聯接方式設置在橢圓振動模態轉換器的前端，摩擦驅動塊與轉盤上的摩擦層相接觸。兩個超聲振動換能器通過支架和超聲振動換能器的法蘭盤聯接在一起，且支架用來固定定子和安裝預壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構成雙向驅動直線超聲電機，經法蘭盤和支架固定后的兩個超聲振動換能器軸線之間夾角為20度~160度。

在未加超聲電壓信號驅動前，兩個橢圓振動模態轉換器前端的摩擦驅動塊10同時與動子接觸。