单端激励的自走式行波型直线超声波电机制造技术

本发明专利技术提供一种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，包括定子，定子包括金属弹性体、左端激振压电陶瓷组、右端被动阻尼和若干驱动齿组，左端激振压电陶瓷组包括左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，金属弹性体采用薄板型金属弹性体，金属弹性体包括弹性体中部、左凸出结构和右凸出结构，左凸出结构内并排设有左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，右凸出结构内设有右端被动阻尼，弹性体中部的上表面间隔设有若干驱动齿组，驱动齿组包括前驱动齿和后驱动齿；本发明专利技术与传统的行波型直线超声电机相比，端部边界自由，具有体积更小、结构紧凑、易于加工生产，并且可以通过输入电压的幅值控制使其实现转向控制。转向控制。转向控制。

【技术实现步骤摘要】
单端激励的自走式行波型直线超声波电机


[0001]本专利技术涉及一种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，属于超声波电机


技术介绍

[0002]目前对于绝大多数行波型直线超声波电机来说，一般有两种设计方案：一种是通过兰杰文振子在定子一端激振，另一端采用另一个兰杰文振子作为压电换能器吸收振动，从而达到阻抗匹配的目的；该方案兰杰文振子的一端必须固定于基座上，体积较大。例如，泰国的P.Suybangdum等人在International Society for Optics and Photonics(SPIE)会议中发表的Dual piezoelecttic actuators for the traveling wave ultrasonic linear motor一文提出了一种具有双压电作动器的行波型直线超声波电机，包括两组压电作动器、阻尼材料和刚性支撑结构：所述压电作动器分别布置于定子左右两端底部，同时也在两侧的刚性支架和压电作动器之间添加了防止行波反射的阻尼材料。上述超声波电机存在着定子两端阻尼材料必须固定于支撑结构上，边界条件和电机结构较为复杂的问题。
[0003]另一种将定子设计成环式结构，波形在定子中以封闭式路径传播，从而避免反射波，环式结构的定子中只包含行波。第二种方案通过多块贴片式压电陶瓷以空间距离相隔四分之一波长排列在定子上，再通以相位差90
°
的高频交流电，以此产生两列在空间和时间上均存在相移90
°
的驻波简并形成行波，从而激励定子产生共振，其存在结构复杂和电机对称性要求较高等问题。
[0004]上述问题是在单端激励的自走式行波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单端激励的自走式行波型直线超声波电机，结构紧凑，便于加工，易于控制，适合小型精密装置的驱动，解决现有行波直线超声波电机结构和驱动复杂的问题。
[0006]本专利技术的技术解决方案是：
[0007]一种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，包括定子，定子包括金属弹性体、左端激振压电陶瓷组、右端被动阻尼和若干驱动齿组，左端激振压电陶瓷组包括左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，金属弹性体采用薄板型金属弹性体，金属弹性体包括弹性体中部、左凸出结构和右凸出结构，弹性体中部的两端分别设有左凸出结构和右凸出结构，左凸出结构内并排设有左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，右凸出结构内设有右端被动阻尼，弹性体中部的上表面间隔设有若干驱动齿组，驱动齿组包括前驱动齿和后驱动齿，前驱动齿和后驱动齿分别设于弹性体中部的上表面前后两侧。
[0008]进一步地，弹性体中部设有若干齿槽，齿槽设于相邻的驱动齿组间。
[0009]进一步地，左凸出结构包括上凸出部和下凸出部，上凸出部和下凸出部分别设于
弹性体中部的左端的上下两侧，上凸出部和下凸出部间形成用于容纳左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的左凹槽。
[0010]进一步地，右凸出结构包括前凸出部和后凸出部，前凸出部和后凸出部分别设于弹性体中部的右端的前后两侧，前凸出部和后凸出部间形成用于容纳右端被动阻尼的右凹槽。
[0011]进一步地，左前压电陶瓷和左后压电陶瓷中的一块的极化方向为Z轴正方向，另一块为Z轴负方向，左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的施加交变电场的正方向均为X轴正方向，均工作在扭转振动模式，左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的扭转振动的幅值相同，相位相差180度。
[0012]进一步地，左端激振压电陶瓷组的扭转振动通过左凸出结构传递给金属弹性体，使金属弹性体前后侧发生振型相同，方向相反的弯振，进而使得前凸出部和后凸出部呈上下交替运动，运动方向相反，从而右端被动阻尼发生剪切形变，将入射行波能量通过阻尼进行消耗，减少反射波含量，从而在金属弹性体内前后侧分别产生由左向右单向传递的行波分量，两个行波分量相位互差180度。
[0013]进一步地，通过调节左前压电陶瓷和左后压电陶瓷两块激振压电陶瓷激励电压的幅值大小，改变定子前后两列行波的行波分量大小，从而该单端激励的自走式行波型直线超声波电机实现前半侧或向后半侧转弯。
[0014]进一步地，该单端激励的自走式行波型直线超声波电机实现向后半侧方向转弯，具体为，通过减少左后压电陶瓷的电压幅值，左后压电陶瓷的扭振振幅将减少，进而金属弹性体后半部振幅将减少，进而后半部行波分量振幅也将减少，此时金属弹性体的后半部行波分量振幅小于前半部行波分量振幅，金属弹性体将向后半侧方向转向。
[0015]进一步地，该单端激励的自走式行波型直线超声波电机实现向前半侧方向转弯，具体为，减少左前压电陶瓷的电压幅值，左前压电陶瓷的扭振振幅将减少，进而金属弹性体前半部振幅将减少，进而前半部行波分量也将减少，此时金属弹性体的前半部行波分量振幅小于后半部行波分量振幅，金属弹性体将向前半侧方向转向。
[0016]专利技术的有益效果是：
[0017]一、该种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，采用单端激振，并利用被动阻尼在定子右端通过能量耗散的方式吸收反射行波的直线超声电机结构，其边界自由，激励方式简单，具有结构简单紧凑，易于加工的特点。
[0018]二、本专利技术的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，激励方式简单，仅需两块同型号工作于扭振状态的压电陶瓷以及一个交流电源就可实现激励，且无需外部提供固定或支撑，其激振结构和供电电路简单紧凑。
[0019]三、该种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，耗能方式简单，通过金属弹性体B(3,1)振型具有前半部振动和后半部振动互差180度时间相位的特点，直接通过右凸出结构带动右端被动阻尼剪切形变，实现能量耗散，且该耗能方式也无需外部提供固定或支撑。
[0020]四、本专利技术的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，分别调节左前压电陶瓷和左后压电陶瓷两片压电陶瓷施加的电压幅值时，定子弹性体前半部和后半部的行波分量亦会变化，改变两者的比值可以实现转向控制。
附图说明
[0021]图1是本专利技术实施例单端激励的自走式行波型直线超声波电机的结构示意图。
[0022]图2是实施例中左后压电陶瓷布置方案的说明示意图，其中：1L、2L、3L、4L、5L、6L
‑
左后端压电陶瓷六个自由度方向，XYZ
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空间坐标系，E
‑
施加电场方向，P
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陶瓷极化方向。
[0023]图3是实施例中左前压电陶瓷布置方案的说明示意图，其中：1L、2L、3L、4L、5L、6L
‑
左前压电陶瓷六个自由度方向，XYZ
‑
空间坐标系，E
‑
施加电场方向，P
‑
陶瓷极化方向。
[0024]图4是实施例单端激励的自走式行波型直线超声波电机前半周期振动波型产生机理图，其中：P
‑
陶瓷极化方向，E
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施加电场方向，V...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单端激励的自走式行波型直线超声波电机，包括定子，其特征在于：定子包括金属弹性体、左端激振压电陶瓷组、右端被动阻尼和若干驱动齿组，左端激振压电陶瓷组包括左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，金属弹性体采用薄板型金属弹性体，金属弹性体包括弹性体中部、左凸出结构和右凸出结构，弹性体中部的两端分别设有左凸出结构和右凸出结构，左凸出结构内并排设有左前压电陶瓷和左后压电陶瓷，右凸出结构内设有右端被动阻尼，弹性体中部的上表面间隔设有若干驱动齿组，驱动齿组包括前驱动齿和后驱动齿，前驱动齿和后驱动齿分别设于弹性体中部的上表面前后两侧。2.如权利要求1所述的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，其特征在于：弹性体中部设有若干齿槽，齿槽设于相邻的驱动齿组间。3.如权利要求1所述的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，其特征在于：左凸出结构包括上凸出部和下凸出部，上凸出部和下凸出部分别设于弹性体中部的左端的上下两侧，上凸出部和下凸出部间形成用于容纳左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的左凹槽。4.如权利要求1所述的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，其特征在于：右凸出结构包括前凸出部和后凸出部，前凸出部和后凸出部分别设于弹性体中部的右端的前后两侧，前凸出部和后凸出部间形成用于容纳右端被动阻尼的右凹槽。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的单端激励的自走式行波型直线超声波电机，其特征在于：左前压电陶瓷和左后压电陶瓷中的一块的极化方向为Z轴正方向，另一块为Z轴负方向，左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的施加交变电场的正方向均为X轴正方向，均工作在扭转振动模式，左前压电陶瓷和左后压电陶瓷的扭转振动的幅值相同，相位相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆旦宏，韩延翔，胡霞，杨婷，吉嘉诚，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：