径轴向多振子超声波直线电机及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种径轴向多振子超声波直线电机，主要由设置有中心孔的电机定子、以及贯穿设置在中心孔内的电机动子构成，所述电机定子主要由定子壳体、以及设置在定子壳体上的径向振子凹槽和轴向振子凹槽构成，径向振子凹槽和轴向振子凹槽分别沿中心孔呈径向设置和轴向设置；径向振子凹槽一端与中心孔相连通，径向振子凹槽的左侧或右侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；轴向振子凹槽位于径向振子凹槽的右侧或左侧，且与径向振子凹槽相连通；径向振子凹槽内设置有径向振子，轴向振子凹槽内设置有轴向振子，弹簧凹槽内设置有弹簧。本发明专利技术还公开了一种基于上述径轴向多振子超声波直线电机的工作方法。本发明专利技术推力大、效率高、损耗小、速度快、使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动的。
技术介绍
超声波直线电机是利用压电材料晶体在外电场作用下发生形变，以此为驱动力来产生直线运动的电动机。这种超声波直线电机有以下特点1、它不需要像其它种类直线电机那样，是根据载流导体在磁场中受到电动力的原理， 把电能转换为直线运动的机械能。2、没有定子和动子部分的线圈和铁心，结构简单、体积小、重量轻、制造方便。3、不受磁场影响、不产生电磁波。4、力矩大、响应快，可低速运行，速度易于控制。5、步距小、精度高。超声波直线电机适用于精密测量、计量、办公自动化设备、工业电器、家用电器、机器人、汽车、航空航天设备等各种场合的定位和驱动。超声波直线电机的工作原理是利用压电材料的逆压电效应。如果将压电晶体置于外电场中，由于电场作用会引起晶体内部正负电荷重心位移，这一极化位移又导致晶体发生形变。如果外加电场的极性与压电体的极化方向一致，则压电体与电场垂直方向的长度增长；反之，当外加电场的极性与压电体的极化方向相反，则压电体与电场垂直方向的长度缩短。去除电场后，压电体恢复常态。重复地给压电体施加电场和去除电场，压电体就会重复地产生位移。这种位移就是超声波直线电机的动力。但是，现有的超声波直线电机由于结构和力传递方式的原因，存在推力小、效率低、损耗大、寿命短、速度慢等缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种推力大、效率高、损耗小、速度快、使用寿命长的径轴向多振子超声波直线电机。本专利技术的另一目的是提供一种基于上述径轴向多振子超声波直线电机的工作方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现径轴向多振子超声波直线电机，主要由设置有中心孔的电机定子、以及贯穿设置在中心孔内的电机动子构成，其特征在于，所述电机定子主要由定子壳体、以及设置在定子壳体上的径向振子凹槽和轴向振子凹槽构成，所述径向振子凹槽和轴向振子凹槽分别沿中心孔呈径向设置和轴向设置；所述径向振子凹槽一端与中心孔相连通，且径向振子凹槽的左侧或右侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；轴向振子凹槽位于径向振子凹槽的右侧或左侧，且与径向振子凹槽相连通；所述径向振子凹槽内4设置有径向振子，轴向振子凹槽内设置有轴向振子，弹簧凹槽内设置有弹簧。所述径向振子凹槽、设置在径向振子凹槽左侧的弹簧凹槽、设置在径向振子凹槽右侧的轴向振子凹槽、设置在径向振子凹槽内的径向振子、设置在轴向振子凹槽内的轴向振子、以及设置在弹簧凹槽内的弹簧构成左驱动结构；所述径向振子凹槽、设置在径向振子凹槽右侧的弹簧凹槽、设置在径向振子凹槽左侧的轴向振子凹槽、设置在径向振子凹槽内的径向振子、设置在轴向振子凹槽内的轴向振子、以及设置在弹簧凹槽内的弹簧构成右驱动结构；当电机只需单方向运行的功能时只设立左驱动结构或右驱动结构，当需要正反向运行的功能时则左右驱动结构都要设置，即左驱动结构和右驱动结构均至少为一个。作为本专利技术的一种优选方式，所述左驱动结构为4个，且分为两组，每组的两个左驱动结构沿中心孔对称设置；所述右驱动结构为4个，且分为两组，每组的两个右驱动结构沿中心孔对称设置；本专利技术中的左驱动结构和右驱动结构的数目不限于此，也可根据实际需要另行选择。所述径向振子凹槽远离中心孔的一端外凹构成卡槽，径向振子远离中心孔的一端外凸构成卡块，所述卡块设置在卡槽内；采用此种结构，使得径向振子在运动的过程中始终位于径向振子凹槽内；进一步的，所述卡块靠近中心孔的一端端面与卡槽之间也设置有弹簧，从而在去除径向振子的电场后，径向振子在弹簧的弹力作用下，能回到径向振子凹槽的顶端。所述径向振子和轴向振子均通过电源线与外部电源相连，所述外部电源为电机的供电电源和控制电源；电源装置和控制装置按照预先的设定分别对电机各轴向振子和径向振子的通电的时间、矢量、频率以及逻辑顺序进行控制，从而控制电机的速度、推力、位移、 运行方向；上述参数可预先设置且可根据使用要求随时修改。所述定子壳体主要由定子壳体A和定子壳体B扣合在一起构成，便于安装和拆卸， 本专利技术中的定子壳体不限于由两块壳体组装而成，也可根据实际情况另行设计。所述中心孔的内壁上镶嵌有若干个滚珠，所述电机动子的外圆沿轴向设置有与滚珠位置相匹配的滑槽，电机动子通过滑槽和滚珠与电机定子形成滑动配合；由于采用了此种结构，从而减小了电机动子在中心孔内运动所受到的摩擦力。上述电机动子和电机定子零部件的材质可以是金属材料也可以是非金属材料。上述径向振子和轴向振子为现有超声波直线电机中的压电材料加工而成的压电零件，具有施加高频电场时往长度方向伸长，失去电场后恢复至自然状态的特性，由于压电材料属于现有成熟技术，在此不再赘述。上述径向振子凹槽优先设计为垂直于中心孔的中轴线，由于电子动子与中心孔为同心设置，即径向振子凹槽优先设计为垂直于电子动子的中轴线，在实际使用中，根据需要可有小角度的倾角；所述轴向振子凹槽平行于电子动子的中轴线。基于上述径轴向多振子超声波直线电机的工作方法，其特征在于，包括左驱动过程和右驱动过程，其中左驱动过程电机初始状态下，向其左驱动结构中的径向振子施加高频电场，径向振子沿长度方向伸长，由于受径向振子凹槽的限制，径向振子向电机动子方向伸长，径向振子与电机动子之间形成紧配合；然后向位于径向振子右侧的轴向振子施加高频电场，轴向振子沿长度方向伸长，由于受轴向振子凹槽的限制，轴向振子向径向振子方向伸长并施加压力，从而推动径向振子，进而带动电机动子向左侧移动；驱动结束后，去除径向振子和轴向振子的高频电场，径向振子和轴向振子恢复常态，且在弹簧的作用下，移动到最右侧；右驱动过程当电机动子左移到极限位置后，向右驱动结构中的径向振子施加高频电场，径向振子沿长度方向伸长，由于受径向振子凹槽的限制，径向振子向电机动子方向伸长，径向振子与电机动子之间形成紧配合；然后向位于径向振子左侧的轴向振子施加高频电场，轴向振子沿长度方向伸长，由于受轴向振子凹槽的限制，轴向振子向径向振子方向伸长并施加压力，从而推动径向振子，进而带动电机动子向右侧移动；重复上述左驱动过程和右驱动过程，电机动子即相对于电机定子进行连续的直线往返运动。上述电机工作方法针对只有一个左驱动结构和一个右驱动结构的情况，在实际工作中常常根据需要设计多个左驱动结构和右驱动结构，其驱动原理均建立在上述方法的基础上，在此不再赘述。综上所述，本专利技术的有益效果是(1)本专利技术相对于现有的超声波直线电机，在同等输入功率下具有更大的推力；(2)本专利技术相对于现有的超声波直线电机，可以具有更高的运行速度；(3)本专利技术相对于现有的超声波直线电机，具有更高的工作效率；(4)本专利技术相对于现有的超声波直线电机，工作损耗小，使用寿命更长。附图说明图1为本专利技术的剖视图； 图2为图1中A向结构示意图3为本专利技术在实施例1中剖视图。附图中标记及相应的零部件名称1 一电机动子；2—径向振子；3—轴向振子；4一弹簧；7—电源线；8—定子壳体A ;9—定子壳体B ； 10—滚珠；12—径向振子A ;13—径向振子B ;14—径向振子C ； 15—径向振子D ； 16—轴向振子A ； 17—轴向振子B ； 18—轴向振子C ； 19一轴向振子D ；20本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．径轴向多振子超声波直线电机，主要由设置有中心孔的电机定子、以及贯穿设置在中心孔内的电机动子（１）构成，其特征在于，所述电机定子主要由定子壳体、以及设置在定子壳体上的径向振子凹槽和轴向振子凹槽构成，所述径向振子凹槽和轴向振子凹槽分别沿中心孔呈径向设置和轴向设置；所述径向振子凹槽一端与中心孔相连通，且径向振子凹槽的左侧或右侧设置有与其相连通的弹簧凹槽；轴向振子凹槽位于径向振子凹槽的右侧或左侧，且与径向振子凹槽相连通；所述径向振子凹槽内设置有径向振子（２），轴向振子凹槽内设置有轴向振子（３），弹簧凹槽内设置有弹簧（４）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，
申请(专利权)人：刘勤，
类型：发明
国别省市：51