[發明專利]一種直線超聲電機定子及其電激勵方法

有效

• 申請號: 202010198201.2
• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111464070B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發明（設計）人: 曲建俊;曲華杰;溫眾普
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種直線超聲電機定子及其電激勵方法，定子包括定子彈性體和壓電陶瓷片；定子彈性體上沿長度方向切割有開口槽，所述定子彈性體被所述開口槽分隔為驅動身和兩個對稱的驅動腿；兩個驅動腿上相對的兩外側面貼有呈軸對稱的壓電陶瓷片，兩個驅動腿的上端分別具有向外延伸的驅動足；所有的壓電陶瓷片上涂有電極層。電激勵方法包括：1)粘接壓電陶瓷片；2)作通電極；3)兩次用兩路同頻正弦電壓信號同時激發驅動腿局部的二階彎曲振動和定子的整體一階縱向振動，最終實現驅動動子正反向的運動。本發明利用定子兩個驅動腿局部的二階彎曲振動與定子整體的一階縱向振動組合簡并，實現驅動足作橢圓振動。

技術領域

本發明涉及一種超聲電機及電激勵方法，更具體地說，尤其涉及一種直線超聲電機定子及其電激勵方法。

背景技術

超聲電機是利用壓電材料的逆壓電效應，把電能轉化為定子的振動能，在定子的驅動足端點激勵出橢圓形或者斜弧線振動，再通過接觸摩擦轉化為運動部件的旋轉或者直線運動。與傳統電磁電機相比，超聲電機具有低速大力量輸出，運行安靜無噪聲，設計靈活，結構緊湊，能量密度大，易于微型化等許多獨特的優點。

定子是超聲電機的核心部件，對于直線型超聲電機，其定子結構主要以平板形居多，也有少數細長圓柱形結構。定子之所以能夠驅動動子移動，是因為在它的驅動足端激勵出橢圓形振動，這種橢圓形振動通常是由兩路振動合成，目前有各種激勵振動和驅動的方法，可以分為兩路振動同頻率驅動和兩路振動異頻率驅動，其振動組合可分為縱縱振動組合，縱彎振動組合和彎彎振動組合等幾種。公開號CN1359188A提出了一種彎縱組合直線超聲馬達振子，它是一種圓柱結構，借助于壓電陶瓷的d33模式，利用了圓柱振子整體1階縱振和2階彎振組合使振子端部的凸齒產生橢圓振動，其圓柱結構限制了其尺寸進一步減小；公開號CN1327301A提出了一種縱彎組合直線超聲電機振子，它是一種方板結構，借助于壓電陶瓷的d31模式，利用了方板振子整體1階縱振和2階彎振組合使振子端部突起物做橢圓振動，其方板結構決定了振子不宜固定，需要特殊的預緊機構；CN1235404A公開了一種直線電機驅動振子，它是一種圓柱與方板組合結構，借助于壓電陶瓷的d33模式激發出圓柱和方板組合結構的整體縱振，借助于壓電陶瓷的d31模式激發出方板和圓柱組合結構的整體彎振，使得振子端部齒產生橢圓振動，這種振子為了使整體結構2階彎振與1階縱振簡并，必須做的較長，很難微型化；CN205453548U公開了一種縱-縱組合直線超聲電機的振子，它由兩個蘭杰文振子正交組合為一個定子，利用兩路縱振動在定子驅動頭合成橢圓振動，這種振子預緊和固定復雜，較難微型化；CN103401470A公開了利用兩個獨立縱振動振子組成V形結構、實現直線運動的定子，也存在預緊和固定問題，較難微型化；CN1652447A公開了一種薄板形的縱彎組合振子，利用振子整體的彎振和縱振組合使振子側向的驅動足形成橢圓振動，這種結構的振子為了使2階彎振與1階縱振簡并，不能做的很短。

此外，CN104467524A公開了一種面內彎縱組合結構振子，該振子為板型結構，為了使整體面內彎曲振型與整體縱振動簡并，要求振子有一定的寬度，這種振子只能把驅動頭設置在彎振節點，振動幅度有限，效果不理想。

除此外，CN102118118A公開了一種彎-彎振動組合振子，分別利用兩個不同階數彎曲模態使定子齒端形成斜弧線運動，實現往復驅動，需要提供不同頻率的電源信號。

超聲電機適合微型化，但是上述直線超聲電機的定子(振子)在微型化時都有一些困難，主要表現為：一是振子結構不易實現微型化，當采用整體彎振和縱振組合時，在長度或者寬度方向都受到限制；二是振子固定有一定的困難，一般固定位置選擇在一階縱振和二階彎振的節點，但是彎振節點存在彎曲變形，使得彎振被削弱；三是預緊機構較復雜，這些振子通常都是單驅動頭驅動，需要特殊預緊機構。

發明內容

本發明為克服現有技術不足，提供一種直線超聲電機定子。該定子為薄板結構，具有驅動腿局部的二階彎曲振動與定子整體的一階縱向振動組合的簡并結果，同時采用雙驅動足驅動，具有較大的驅動力和較快的驅動速度，體積小，重量輕，便于微型化。