[發(fā)明專利]基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011019424.4
• 申請(qǐng)日: 2020-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN112260577B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張仰飛;陸旦宏;胡霞;陳柄汛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工程學(xué)院
• 主分類號(hào): H02N2/02
• 分類號(hào): H02N2/02;H02N2/04;H02N2/00
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明提供一種基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)，包括定子單元和動(dòng)子單元，動(dòng)子單元包括上動(dòng)子和下動(dòng)子，上動(dòng)子和下動(dòng)子分別設(shè)于定子單元的兩側(cè)，定子單元包括金屬彈性體、端部壓電陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驅(qū)動(dòng)足、右下驅(qū)動(dòng)足、左上驅(qū)動(dòng)足和左下驅(qū)動(dòng)足，端部壓電陶瓷包括右端壓電陶瓷和左端壓電陶瓷，定子單元采用質(zhì)量異向偏心的定子單元；該電機(jī)通過構(gòu)建定子單元質(zhì)量的異向偏心，形成一階縱振和二階彎振的耦合模態(tài)，不需要進(jìn)行模態(tài)簡并，同時(shí)利用定子單元的耦合特征，僅在彎振方向施加激勵(lì)即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)彎振振型和縱振振型的激發(fā)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)較為簡潔。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)。

背景技術(shù)

對(duì)于直線式駐波型超聲波電機(jī)，可分為單模態(tài)直線型超聲波電機(jī)與多模態(tài)直線型超聲波電機(jī)。其中的多模態(tài)直線型超聲波電機(jī)，現(xiàn)有較多的類型為縱-彎復(fù)合、縱-縱復(fù)合、縱-扭復(fù)合、彎-彎復(fù)合，目前研究已經(jīng)較為完善。

但是上述這些復(fù)合型直線超聲波電機(jī)需要調(diào)節(jié)定子單元的尺寸以拉近兩種工作所需的振動(dòng)模態(tài)的頻率實(shí)現(xiàn)模態(tài)簡并，從而在同一頻率下同時(shí)激發(fā)兩種工作模態(tài)形成一種復(fù)合模態(tài)，因此設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。

上述問題是在基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)予以考慮并解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的需要調(diào)節(jié)定子單元的尺寸以拉近兩種工作所需的振動(dòng)模態(tài)的頻率實(shí)現(xiàn)模態(tài)簡并，從而在同一頻率下同時(shí)激發(fā)兩種工作模態(tài)形成一種復(fù)合模態(tài)，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)，包括定子單元和動(dòng)子單元，動(dòng)子單元包括上動(dòng)子和下動(dòng)子，上動(dòng)子和下動(dòng)子分別設(shè)于定子單元的兩側(cè)，定子單元包括金屬彈性體、端部壓電陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驅(qū)動(dòng)足、右下驅(qū)動(dòng)足、左上驅(qū)動(dòng)足和左下驅(qū)動(dòng)足，端部壓電陶瓷包括右端壓電陶瓷和左端壓電陶瓷，金屬彈性體的右端由上而下依次設(shè)有右上突出部、右端壓電陶瓷和右下突出部，金屬彈性體的左端由上而下依次設(shè)有左上突出部、左端壓電陶瓷和左下突出部，定子單元采用質(zhì)量異向偏心的定子單元，左上驅(qū)動(dòng)足設(shè)于左上突出部上表面的最左側(cè)，左下驅(qū)動(dòng)足設(shè)于左下突出部下表面的最左側(cè)，右上驅(qū)動(dòng)足設(shè)于右上突出部上表面的最右側(cè)，右下驅(qū)動(dòng)足設(shè)于右下突出部下表面的最右側(cè)。

進(jìn)一步地，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷的極化方向均為Z軸正方向，對(duì)左右兩端的左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷施加同向高頻電場，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，在定子單元中激發(fā)出一階縱振與二階彎振耦合的振動(dòng)模態(tài)振型。

進(jìn)一步地，質(zhì)量異向偏心的定子單元是以x軸方向的中心點(diǎn)為分界線，且分界線平行于z軸，分界線左右兩部分金屬彈性體的等效質(zhì)心分別沿z軸方向向上或向下異向偏離金屬彈性體高度方向上的中心線，其中的中心線平行于x軸，且位于金屬彈性體的z軸方向上的一半高度位置。

進(jìn)一步地，右上驅(qū)動(dòng)足質(zhì)量大于右下驅(qū)動(dòng)足質(zhì)量，左上驅(qū)動(dòng)足質(zhì)量小于左下驅(qū)動(dòng)足質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)定子單元的質(zhì)量異向偏心。

進(jìn)一步地，在金屬彈性體的左右兩部分的上表面和下表面分別挖去相同形狀的質(zhì)量體，以實(shí)現(xiàn)定子單元的質(zhì)量異向偏心。

本發(fā)明的有益效果是：

一、該種基于異向偏心式定子的縱彎耦合型直線超聲波電機(jī)，通過構(gòu)建定子單元質(zhì)量的異向偏心，形成一階縱振和二階彎振的耦合模態(tài)，不需要進(jìn)行模態(tài)簡并，同時(shí)利用定子單元的耦合特征，僅在彎振方向施加激勵(lì)即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)彎振振型和縱振振型的激發(fā)。該電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、設(shè)計(jì)較為簡潔。