一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机制造技术

本发明专利技术属于直线电机领域，公开了一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，包括基座、动子杆以及定子机构，动子杆和定子机构均设置在基座上，动子杆沿预定方向可移动地设置，定子机构呈至少有一个对称轴的五边形弹性杆架结构，且至少一个对称轴与预定方向垂直，将对称轴作为定子对称轴，将定子对称轴经过的定子机构的角点作为驱动角点；将定子对称轴经过的定子机构的边杆作为联动杆，驱动角点抵压在动子杆的表面上，联动杆的中点固定设置在基座上，定子机构还包括两对压电陶瓷片，两对压电陶瓷片均贴设在联动杆的表面，两对压电陶瓷片平行且沿定子对称轴对应布设，并且每对压电陶瓷片均关于定子对称轴对称。定子对称轴对称。定子对称轴对称。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机


[0001]本专利技术属于直线电机领域，公开了一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机。

技术介绍

[0002]随着生物医疗、微加工等高精尖领域的广泛发展，更多实际生产需要完成微观任务，因此小巧灵活、高性能的微型电机需求越来越大。目前电磁电机是驱动单元主要的解决方案，但其性能会随体积的减小而大大降低。此外电磁电机还存在高转速低扭矩、有电磁辐射、结构单一、大多数电磁电机仅输出旋转运动等不足。随着新型功能材料的快速发展，超声电机作为一种新型的驱动单元得到广泛关注。
[0003]超声电机是利用逆压电效应将电能转化成机械能，而后经过摩擦传动，实现宏观运动和力传递的驱动器，具有断电自锁，响应速度快、无电磁干扰、能在高磁场和真空环境中工作，不需要任何转换机构即可实现直线运动等优点，因此成为微型电机的研究热点。
[0004]根据驱动波形的不同，超声电机可分为三种类型：行波型、表面声波型和驻波型。行波电机不易小型化，能耗大，主要输出旋转运动；声表面波型电机对工艺要求高，难以实用化。驻波超声电机结构紧凑，性能良好，不需要传动机构直接输出直线运动，是直线超声电机研究的主流。驻波型直线超声电机的主流是复合模态型直线超声电机，其结构紧凑，设计灵活，可以满足微小型驱动场合的需要。中国专利技术专利申请“一种压电激励的贴片式纵弯复合型直线超声电机装置”(申请号为202110998666.0)中公开了定子、动子以及两对压电陶瓷片，定子是一根弹性的金属直梁，金属直梁具有与动子狭窄接触的结构，压电陶瓷片贴设在金属直梁的表面，通过压电陶瓷片使金属直梁发生局部形变而产生整体结构的振动，并且该振动通过与动子摩擦接触，驱动动子进行直线移动。
[0005]但该实施方式也具有一定的局限，电机定子采用实心设计，重量大，通过压电片输入的驱动电信号能消耗大，不能更高效的转化成定子微观振动，进而驱动动子运动。因此为了获得较大的负载驱动能力，往往结构相对较大，不能很好地满足狭窄场合的应用。此外，实心定子质量大，刚度高，会导致该超声电机的工作频率较高，也给驱动电路的设计带来困难。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，通过结构上的独特设计，使电机定子振动功率流更容易传递到其驱动足上，采用镂空结构，能够大大降低定子多余质量对其高频振动能量的消耗，从而使得该直线超声电机在同体积下的负载驱动能力显著提升，因而能够做到较小的体积，更利于狭窄场合的应用。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案为：
[0008]一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，其特征在于，包括：基座、动子杆以及定子机构，动子杆和定子机构均设置在基座上，动子杆沿预定方向可移动地设置，定子机构呈至少有一个对称轴的五边形弹性杆架结构，且至少一个对称轴与预定方向垂直，将对称轴作
为定子对称轴，将定子对称轴经过的定子机构的角点作为驱动角点；将定子对称轴经过的定子机构的边杆作为联动杆，驱动角点抵压在动子杆的表面上，联动杆的中点固定设置在基座上，定子机构还包括两对压电陶瓷片，两对压电陶瓷片均贴设在联动杆的表面，两对压电陶瓷片平行且沿定子对称轴对应布设，并且每对压电陶瓷片均关于定子对称轴对称。
[0009]优选地，每对压电陶瓷片上单独加载激励信号，且两对压电陶瓷片对应的激励信号的相位差为持续交替的π/2或
‑
π/2。
[0010]优选地，联动杆的中部沿定子对称轴朝向外侧对称凸出，并且联动杆呈“十”；将与定子对称轴平行的定子机构的相对边杆作为驱动杆，驱动杆的自由端与联动杆具有预定段差，两个驱动杆与联动杆呈横置的“王”。
[0011]优选地，定子机构具有一个对称轴。
[0012]优选地，驱动角点外凸形成驱动足，驱动角点通过驱动足与动子杆接触。
[0013]优选地，基座包括基座主体和定子安装台，基座主体具有安装凹槽，安装凹槽的内壁上具有导向滑轨，动子杆具有沿自身长度方向延伸且与导向滑轨配合的导向滑槽，动子杆通过导向滑槽设置在安装凹槽上，定子安装台设置在安装凹槽内，定子机构固设在定子安装台上，部分驱动角点超出定子安装台的边缘，并且驱动角点水平抵压在动子杆上。
[0014]进一步地，定子安装台沿定子对称轴可移动地设置在安装凹槽内，基座还包括调紧螺栓和预紧弹簧，调紧螺栓自基座主体的外部穿设进安装凹槽内，预紧弹簧位于安装凹槽内，并且预紧弹簧的两端分别水平抵接在调紧螺栓的端部的定子安装台的表面。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0016]1.因为本专利技术的紧凑微型纵弯耦合直线超声电机包括基座、动子杆以及定子机构，动子杆和定子机构均设置在基座上，动子杆沿预定方向可移动地设置，定子机构呈至少有一个对称轴的五边形弹性杆架结构，且至少一个对称轴与预定方向垂直，将对称轴作为定子对称轴，将定子对称轴经过的定子机构的角点作为驱动角点；将定子对称轴经过的定子机构的边杆作为联动杆，驱动角点抵压在动子杆的表面上，联动杆的中点固定设置在基座上，定子机构还包括两对压电陶瓷片，两对压电陶瓷片均贴设在联动杆的表面，两对压电陶瓷片平行且沿定子对称轴对应布设，并且每对压电陶瓷片均关于定子对称轴对称，两对压电陶瓷片通过联动杆使得五边形弹性结构的角点连锁发生振动，从而在叠加至驱动角点使得驱动角点具有周期性在预定方向内的水平平面且呈周期性重复出现的封闭驱动轨迹，并能够通过压电陶瓷片的激励波形调整驱动轨迹的曲度，使得整体结构的振动能量基本都被驱动角点驱动动子的驱动能量上，因此，本专利技术通过整体结构上的独有无边性弹性架杆涉及，能够大大降低整体结构振动能量被定子的多余质量消耗，采用镂空设计，从而使得直线超声电机在同体积下的负载驱动能力显著提升，因而能够做到较小的体积，因此更利于狭窄场合的应用。
[0017]2.因为本专利技术的每对压电陶瓷片上单独加载激励信号，且两对压电陶瓷片对应的激励信号的相位差为持续交替的π/2或
‑
π/2，因此，本专利技术通过相位差为持续交替的π/2或
‑
π/2的两个激励信号，同时激发定子机构的第一阶纵振模态和第二阶弯振模态；通过纵弯模态耦合，会使驱动角点产生椭圆的运动轨迹，从而经摩擦作用驱动动子运动。
[0018]3.因为本专利技术的联动杆的中部沿定子对称轴朝向外侧对称凸出，并且联动杆呈“十”；将与定子对称轴平行的定子机构的相对边杆作为驱动杆，驱动杆的自由端与联动杆
具有预定段差，两个驱动杆与联动杆呈横置的“王”，因此，本专利技术通过“十”的联动杆构造，加强了联动杆固定安装部位的强度且对振幅具有增益；通过“王”的联动杆与驱动杆构造，提高了驱动杆的质量，进一步增益了整体结构的振幅。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的实施例的紧凑微型纵弯耦合直线超声电机的示意图；
[0020]图2为本专利技术的实施例的定子机构的示意图；
[0021]图3为本专利技术的实施例的压电陶瓷片的极化方向示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，其特征在于，包括：基座、动子杆以及定子机构，所述动子杆和所述定子机构均设置在所述基座上，所述动子杆沿预定方向可移动地设置，所述定子机构呈至少有一个对称轴的五边形弹性杆架结构，且至少一个对称轴与所述预定方向垂直，将该对称轴作为定子对称轴，将该定子对称轴经过的所述定子结构的角点作为驱动角点；将所述定子对称轴经过的所述定子结构的边杆作为联动杆，所述驱动角点抵压在所述动子杆的表面上，所述联动杆的中点固定设置在所述基座上，所述定子机构还包括两对压电陶瓷片，该两对压电陶瓷片均贴设在所述联动杆的表面，所述两对压电陶瓷片平行且沿所述定子对称轴对应布设，并且每对所述压电陶瓷片均关于所述定子对称轴对称。2.根据权利要求1所述的紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，其特征在于：其中，每对所述压电陶瓷片上单独加载激励信号，且所述两对压电陶瓷片对应的激励信号的相位差为持续交替的π/2或
‑
π/2。3.根据权利要求1所述的紧凑微型纵弯耦合直线超声电机，其特征在于：其中，所述联动杆的中部沿所述定子对称轴朝向外侧对称凸出，并且所述联动杆呈“十”；将与所述定子对称轴平行的所述定子结构的相对边杆作为驱动杆，所述驱动杆的自由端与所述联...

【专利技术属性】
技术研发人员：范平清，毕卫鹏，王岩松，马西沛，周建鹏，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：