[發(fā)明專利]單激勵直線超聲電機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310373903.X
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103414370A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷振;李華;曹自洋;王廣勛;伯潔;李艷;劉義生;吳永芝;呂自強(qiáng);劉嬌
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技學(xué)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(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)的超聲電機(jī)領(lǐng)域，尤其是涉及一種單激勵直線超聲電機(jī)。

背景技術(shù)

直線超聲電機(jī)是20世紀(jì)80年代迅速發(fā)展和應(yīng)用的一種新型微電機(jī)，是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能-機(jī)械能轉(zhuǎn)換的機(jī)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(zhuǎn)換成動子的宏觀直線(旋轉(zhuǎn))運(yùn)動，直接推動負(fù)載。因其具有體積小、重量輕、低速大扭矩、噪聲小、響應(yīng)快、定位精度高、無電磁干擾和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)療、航空航天、機(jī)器人、MEMS?等技術(shù)領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。

單激勵模態(tài)轉(zhuǎn)換型超聲電機(jī)是超聲電機(jī)的一種，它是利用一組壓電陶瓷元件的激勵，通過特殊結(jié)構(gòu)的模態(tài)轉(zhuǎn)換器使定子產(chǎn)生具有兩種振動模態(tài)分量的復(fù)雜振動。如果這兩個振動模態(tài)之間存在一定的相位差且頻率相近，定子和轉(zhuǎn)子接觸界面上定子的端面質(zhì)點(diǎn)就會產(chǎn)生橢圓軌跡振動，從而通過定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦獲得轉(zhuǎn)子的運(yùn)動和扭矩。利用模態(tài)轉(zhuǎn)換原理制作的超聲電機(jī)只需要一組控制電路及其驅(qū)動電源，控制驅(qū)動系統(tǒng)簡單，制造成本、控制難度均可得到降低。

目前國內(nèi)直線超聲電機(jī)的研究發(fā)展很快，清華大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等高校先后對直線超聲電機(jī)展開了研究。自2004年以來，中國專利網(wǎng)陸續(xù)刊登了環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)【200510046044.9】、棱柱型縱彎復(fù)合振子直線超聲電機(jī)【200610132316.1】、三角形彎板式壓電直線超聲電機(jī)【200710045921.X】、H形駐波直線超聲電機(jī)振子【200820014739.8】、圓柱結(jié)構(gòu)雙輪足驅(qū)動直線超聲電機(jī)及電激勵方法【200710020963.8】、基于連續(xù)變幅桿原理的K形直線超聲電機(jī)【200810124426.2】等專利。但是現(xiàn)有的直線超聲電機(jī)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)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(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型的單激勵直線超聲電機(jī)，目的是為了克服上述直線超聲電機(jī)中存在的不足。

單激勵直線超聲電機(jī)，包括定子和動子，所述的動子包括滑條和設(shè)置在滑條表面的摩擦層；所述的定子包括超聲振動換能器、橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器和摩擦驅(qū)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(shè)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(shè)置有可與其它結(jié)構(gòu)裝置聯(lián)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(lián)接壓緊，構(gòu)成了單激勵直線超聲電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換部分，將超聲電源輸出的超聲電能轉(zhuǎn)換為超聲換能器的超聲振動能量。

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

使橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器形成斜楔形結(jié)構(gòu)的目的是為了改變超聲振動換能器的振動模態(tài)，使其縱向振動模態(tài)頻率和彎曲振動模態(tài)頻率接近或相等，由于斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的存在，超聲振動換能器產(chǎn)生的縱向超聲振動在傳遞到斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器后，在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)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(jìn)而在斜楔形結(jié)構(gòu)橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的末端復(fù)合形成橢圓軌跡振動。

所述的摩擦驅(qū)動塊通過焊接、粘接或螺釘聯(lián)接方式設(shè)置在橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器的前端，摩擦驅(qū)動塊與滑條上的摩擦層相接觸。超聲振動換能器的法蘭盤用來安裝定子和預(yù)壓力裝置，將定子和動子連接成一整體構(gòu)成單激勵直線超聲電機(jī)，經(jīng)法蘭盤固定后的超聲振動換能器軸線與滑條的夾角為20度~160度。

當(dāng)超聲電源輸出的超聲電信號接入到超聲振動換能器的電極片后，超聲振動換能器即產(chǎn)生超聲振動，超聲振動能量從超聲振動換能器傳遞到橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端后，轉(zhuǎn)換為具有一定相位差的縱向振動和彎曲振動復(fù)合的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，即轉(zhuǎn)換為橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端的縱彎復(fù)合超聲橢圓振動，并驅(qū)動摩擦驅(qū)動塊和橢圓振動模態(tài)轉(zhuǎn)換器末端一起做超聲橢圓振動，進(jìn)而驅(qū)動動子進(jìn)行連續(xù)直線運(yùn)動。相比現(xiàn)有文獻(xiàn)介紹的單激勵直線超聲電機(jī)，該直線超聲電機(jī)具有功率容量大、能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單，制造容易、成本低、結(jié)構(gòu)剛度大、控制驅(qū)動系統(tǒng)簡單和振動性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。