基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机制造技术

本发明专利技术提供一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子和下动子，上动子和下动子分别设于定子单元的两侧，定子单元包括金属弹性体、端部压电陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驱动足、右下驱动足、左上驱动足和左下驱动足，端部压电陶瓷包括右端压电陶瓷和左端压电陶瓷，定子单元采用质量异向偏心的定子单元；该电机通过构建定子单元质量的异向偏心，形成一阶纵振和二阶弯振的耦合模态，不需要进行模态简并，同时利用定子单元的耦合特征，仅在弯振方向施加激励即可同时实现弯振振型和纵振振型的激发。该电机结构紧凑、设计较为简洁。设计较为简洁。设计较为简洁。

【技术实现步骤摘要】
基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机


[0001]本专利技术涉及一种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机。

技术介绍

[0002]对于直线式驻波型超声波电机，可分为单模态直线型超声波电机与多模态直线型超声波电机。其中的多模态直线型超声波电机，现有较多的类型为纵-弯复合、纵-纵复合、纵-扭复合、弯-弯复合，目前研究已经较为完善。
[0003]但是上述这些复合型直线超声波电机需要调节定子单元的尺寸以拉近两种工作所需的振动模态的频率实现模态简并，从而在同一频率下同时激发两种工作模态形成一种复合模态，因此设计较为复杂。
[0004]上述问题是在基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机解决现有技术中存在的需要调节定子单元的尺寸以拉近两种工作所需的振动模态的频率实现模态简并，从而在同一频率下同时激发两种工作模态形成一种复合模态，使得结构设计复杂的问题。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]一种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子和下动子，上动子和下动子分别设于定子单元的两侧，定子单元包括金属弹性体、端部压电陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驱动足、右下驱动足、左上驱动足和左下驱动足，端部压电陶瓷包括右端压电陶瓷和左端压电陶瓷，金属弹性体的右端由上而下依次设有右上突出部、右端压电陶瓷和右下突出部，金属弹性体的左端由上而下依次设有左上突出部、左端压电陶瓷和左下突出部，定子单元采用质量异向偏心的定子单元，左上驱动足设于左上突出部上表面的最左侧，左下驱动足设于左下突出部下表面的最左侧，右上驱动足设于右上突出部上表面的最右侧，右下驱动足设于右下突出部下表面的最右侧。
[0008]进一步地，左端压电陶瓷和右端压电陶瓷的极化方向均为Z轴正方向，对左右两端的左端压电陶瓷和右端压电陶瓷施加同向高频电场，左端压电陶瓷和右端压电陶瓷发生扭转振动，在定子单元中激发出一阶纵振与二阶弯振耦合的振动模态振型。
[0009]进一步地，质量异向偏心的定子单元是以x轴方向的中心点为分界线，且分界线平行于z轴，分界线左右两部分金属弹性体的等效质心分别沿z轴方向向上或向下异向偏离金属弹性体高度方向上的中心线，其中的中心线平行于x 轴，且位于金属弹性体的z轴方向上的一半高度位置。
[0010]进一步地，右上驱动足质量大于右下驱动足质量，左上驱动足质量小于左下驱动
足质量，以实现定子单元的质量异向偏心。
[0011]进一步地，在金属弹性体的左右两部分的上表面和下表面分别挖去相同形状的质量体，以实现定子单元的质量异向偏心。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]一、该种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机，通过构建定子单元质量的异向偏心，形成一阶纵振和二阶弯振的耦合模态，不需要进行模态简并，同时利用定子单元的耦合特征，仅在弯振方向施加激励即可同时实现弯振振型和纵振振型的激发。该电机结构紧凑、设计较为简洁。
[0014]二、该种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机，利用端部压电陶瓷的扭振，对定子单元的弯振振型进行激发，并通过耦合效应同时激发定子单元的纵振振型。因此，电机只采用一种压电陶瓷和一个电源。电机结构紧凑。
[0015]三、本专利技术所使用的所有压电陶瓷均布置于定子单元的端部，在金属弹性体的上下表面均不布置压电陶瓷，因此在保证电机结构紧凑的同时，可方便地在单一金属弹性体的上下两表面同时布置驱动足，实现上动子和下动子双向运行。
附图说明
[0016]图1是本专利技术基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机的结构示意图。
[0017]其中：1-上动子，2-下动子，3-右端压电陶瓷，4-左端压电陶瓷，5-右上驱动足，6-左上驱动足，7-右下驱动足，8-左下驱动足，9-右上突出部，10-右下突出部，11-左上突出部，12-左下突出部，13-金属弹性体。
[0018]图2是本专利技术通过对金属弹性体的左右两部分的上表面和下表面挖去相同形状的质量体，形成的基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机的结构示意图。
[0019]其中：1-上动子，2-下动子，3-右端压电陶瓷，4-左端压电陶瓷，5-右上驱动足，6-左上驱动足，7-右下驱动足，8-左下驱动足，9-右上突出部，10-右下突出部，11-左上突出部，12-左下突出部，13-金属弹性体。
[0020]图3是实施例中左端压电陶瓷形变方案的说明示意图。
[0021]其中：E-左端压电陶瓷施加的电场，P-左端压电陶瓷的极化方向，T-左端压电陶瓷的变形方向，XYZ-空间坐标系。
[0022]图4是实施例中右端压电陶瓷形变方案的说明示意图。
[0023]其中：E-右端压电陶瓷施加的电场，P-右端压电陶瓷的极化方向，T-右端压电陶瓷的变形方向，XYZ-空间坐标系。
[0024]图5是实施例中基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机前半周期波形产生机理图。
[0025]其中：1-上动子，2-下动子，3-右端压电陶瓷，4-左端压电陶瓷，5-右上驱动足，6-左上驱动足，7-右下驱动足，8-左下驱动足，9-右上突出部，10-右下突出部，11-左上突出部，12-左下突出部，13-金属弹性体，P-端部压电陶瓷的极化方向，E-端部压电陶瓷的电场方向，V
1-上动子运动方向，V
2-下动子运动方向。虚线是端部压电陶瓷中电场为零时，电机定子单元形变；除上动子和下动子的实线是端部压电陶瓷中电场为X轴负方向分量最大时，电
机定子单元形变。
[0026]图6是实施例中基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机后半周期波形产生机理图。
[0027]其中：1-上动子，2-下动子，3-右端压电陶瓷，4-左端压电陶瓷，5-右上驱动足，6-左上驱动足，7-右下驱动足，8-左下驱动足，9-右上突出部，10-右下突出部，11-左上突出部，12-左下突出部，13-金属弹性体，P-端部压电陶瓷的极化方向，E-端部压电陶瓷的电场方向，V
1-上动子运动方向，V
2-下动子运动方向。虚线是端部压电陶瓷中电场为零时，电机定子单元形变；除上动子和下动子的实线是端部压电陶瓷中电场为X轴正方向分量最大时，电机定子单元形变。
具体实施方式
[0028]下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。
[0029]实施例
[0030]一种基于异向偏心式定子单元的纵弯耦合型直线超声波电机，如图1和图 2，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子1和下动子2，上动子1和下动子2分别设于定子单元的两侧，定子单元包括金属弹性体13、端部压电陶瓷、右上突本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子和下动子，上动子和下动子分别设于定子单元的两侧，其特征在于：定子单元包括金属弹性体、端部压电陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驱动足、右下驱动足、左上驱动足和左下驱动足，端部压电陶瓷包括右端压电陶瓷和左端压电陶瓷，金属弹性体的右端由上而下依次设有右上突出部、右端压电陶瓷和右下突出部，金属弹性体的左端由上而下依次设有左上突出部、左端压电陶瓷和左下突出部，定子单元采用质量异向偏心的定子单元，左上驱动足设于左上突出部上表面的最左侧，左下驱动足设于左下突出部下表面的最左侧，右上驱动足设于右上突出部上表面的最右侧，右下驱动足设于右下突出部下表面的最右侧。2.如权利要求1所述的基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，其特征在于：左端压电陶瓷和右端压电陶瓷的极化方向均为Z轴正方向，对左右两端的左端压电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张仰飞，陆旦宏，胡霞，陈柄汛，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：