并联减摩驱动式超声电机制造技术

本发明专利技术公开了一种并联减摩驱动式超声电机，包括顶板和动子，所述顶板的两侧对称安装两个定子；所述定子为纵弯夹心式压电换能器，包括前端盖、驱动端、弯振压电陶瓷组件和纵振压电陶瓷组件；弯振压电陶瓷组件通过紧固连接件夹持于前端盖以及驱动端之间；纵振压电陶瓷组件安装于驱动端，且纵振压电陶瓷组件与驱动端安装面的相对面安装驱动足，同时纵振压电陶瓷组件与驱动端的安装面垂直于弯振压电陶瓷组件的轴线；各定子通过驱动足与动子的驱动面相触；弯振压电陶瓷组件、纵振压电陶瓷片分别与相应的激励电源连接。本发明专利技术具有速度稳定，输出功率大，结构紧凑的特点，能够有效地提高速度的稳定性和电机输出功率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种并联减摩驱动式超声电机，属于超声电机领域。
技术介绍
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发超声振动，依靠摩擦力驱动的新型作动器。旋转型超声电机属于超声电机的一种。与传统电磁电机相比，超声电机具有大转矩质量比、快速响应、精密定位和无电磁干扰等优点，在生物医疗、精密驱动、光学器件以及航空航天等领域具有广泛的应用前景。传统的直线型超声电机对两相模态的频率一致性要求很高，并且由于预压力的作用，工作模态频率将发生飘移，定子初始设计的模态频率对预压力的敏感度通常不一致，因此，造成电机控制困难，输出效率低等现象。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种并联减摩驱动式超声电机，其具有速度稳定，输出功率大，结构紧凑的特点，能够有效地提高速度的稳定性和电机输出功率。为实现以上的技术目的，本专利技术将采取以下的技术方案 一种并联减摩驱动式超声电机，包括顶板和动子，所述顶板的两侧对称安装两个定子；所述定子为纵弯夹心式压电换能器，包括前端盖、驱动端、弯振压电陶瓷组件和纵振压电陶瓷组件；弯振压电陶瓷组件通过紧固连接件夹持于前端盖以及驱动端之间；纵振压电陶瓷组件安装于驱动端，且纵振压电陶瓷组件与驱动端安装面的相对面安装驱动足，同时纵振压电陶瓷组件与驱动端的安装面垂直于弯振压电陶瓷组件的轴线；各定子通过驱动足与动子的驱动面相触；弯振压电陶瓷组件、纵振压电陶瓷片分别与相应的激励电源连接，以分别对应地促使定子在驱动足端部产生局部微幅振动模态、在驱动端产生一阶弯曲振动模态；所述定子以一阶弯曲振动模态作为摩擦驱动力、以局部微幅振动模态作为摩擦驱动力的减摩模态。所述动子置于两定子之间，且动子的一条轴线与两个定子的对称线相重合，同时动子的两侧面分别通过驱动足与相应的定子相触。所述弯振压电陶瓷组件的激励电源为连续式方波信号，而纵振压电陶瓷组件的激励电源则为间隔式正弦信号；弯振压电陶瓷组件在连续式方波信号的激发下，促使定子在驱动端产生一阶弯曲振动模态，且连续式方波信号的激励频率与一阶弯曲振动模态的频率fl相等；纵振压电陶瓷组件在间隔式正弦信号的激发下，促使定子在驱动足产生局部微幅振动模态，且间隔式正弦信号的激励频率与局部微幅振动模态的频率f2相等；间隔式正弦信号的间隔频率与一阶弯曲振动模态的频率fl接近；各定子利用一阶弯曲振动模态、局部微幅振动模态，在驱动足与动子的接触部位产生非对称驱动力，驱动动子运动。两定子的间隔式正弦波激励信号、连续式方波信号的激励频率皆相等，而两定子的间隔式正弦波激励信号、连续式方波信号的时间相位差分别为180°和0°。局部微幅振动模态的频率f2远大于一阶弯曲振动模态的频率f I。所述局部微幅振动模态为一阶局部弯振模态或者一阶局部纵振模态。所述弯振压电陶瓷组件包括两片弯振压电陶瓷片，每一片弯振压电陶瓷片均配置一片电极片，且每一片弯振压电陶瓷片均包括两个极化方向相反的极化区，同时相邻两片弯振压电陶瓷片的相邻面的极化区方向相同；各弯振压电陶瓷片、电极片交错地排列在前端盖和驱动端之间。所述驱动足呈圆柱形凸台状，该圆柱形凸台状 驱动足的小端与动子相邻。所述动子为转子，呈圆环状设置，两定子置于转子的内圆中，且两定子的驱动足相背设置，各定子的驱动足与圆转子的内圆面相触。根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果 I、本专利技术采用两分区计划的弯振压电陶瓷激发定子体的弯曲振动，引起驱动足的前后摆动，作为动子的摩擦驱动力来源；采用纵振压电陶瓷激发驱动端的局部微幅振动模态，弓丨起驱动足部位前进和后退过程的摩擦驱动力变化；动子在非对称的摩擦驱动力作用下发生定向运动；通过控制局部微幅振动模态的频率和幅度，可以达到在较大预压力的情况下，动子仍能定向运动，具有较高的输出功率；同时，本专利技术采用双定子并联式的结构，两定子的驱动足对称安置，有助于进一步提高超声电机的输出功率；动子安装在两个定子中间，其两侧面分别与定子的两个驱动足接触，有助于提高动子的稳定性，增加接触面积，提高输出扭矩。2、采用两组激励信号分别激励两组定子，两组激励信号的信号间存在一定的相位差，保证有连续的推动力作用于动子；动子的运动方向由激励信号的相位差确定，通过改变两组激励信号的相位差实现动子的前进或后退运动； 3、实现减摩作用的振动模态既可以是局部纵振模态，又可以是局部弯振模态，可根据电机尺寸和具体形状进行选择；在结构没有发生变化的情况下，调节激励源的频率至该模态频率，即可激发相应的振动。附图说明图I为并联减摩驱动式超声电机的结构细节图。图2是本专利技术所述定子的结构示意 图3为并联减摩驱动式超声电机的驱动流程图；其中图3a2、b2、c2、d2均为第一定子、第二定子的电源激励信号波形图；图3al为对应于图3a2中t0_tl时刻的第一定子、第二定子振动模态图；图3bl为对应于图3b2中tl-t2时刻的第一定子、第二定子振动模态图；图3cl为对应于图3c2中t2-t3时刻的第一定子、第二定子振动模态图；图3dl为对应于图3d2中t3-t4时刻的第一定子、第二定子振动模态 图4为并联减摩驱动式旋转超声电机示意图。图中标号名称1、顶板；2、第一定子；前端盖21 ;紧固螺栓22 ;弯振压电陶瓷片23 ;电极片24 ;驱动端25 ;驱动足26 ;纵振压电陶瓷片27 ;3、第二定子；4、动子；5、动子运动方向；6、第一定子的接地端；7、第一定子的弯振激励信号输入端；8、第二定子的弯振激励信号输入端；9、第二定子接地端；10、第一定子的纵振激励信号输入端；11、第二定子的纵振激励信号输入端；12、第一定子的驱动足；13、第二定子的驱动足；14、动子第一侧面；15、动子第二侧面；16、连续式方波激励信号；17、间隔式正弦波激励信号；18、连续式方波激励信号；19、间隔式正弦波激励信号；20、转子；21、转动方向。具体实施例方式附图非限制性地公开了本专利技术所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本专利技术的技术方案。图I为本专利技术所述并联减摩驱动式超声电机的一种结构形式，包括顶板I、第一定子2、第二定子3和动子4组成；顶板I的上 表面为固定面,第一定子2和第二定子3对称地安装在顶板I的下表面；第一定子2和第二定子3结构相同，为夹心式压电换能器结构，利用弯振式压电陶瓷片激发沿X方向的弯曲振动，利用纵振压电陶瓷片激发驱动端部的沿y方向的纵向振动；定子利用一阶弯曲振动和端部的局部一阶纵向振动，在驱动足12和13与动子4接触的位置产生非对称的驱动力，驱动动子4产生定向运动5。所述定子驱动端的驱动足为圆柱形凸台结构，第一定子2和第二定子3的驱动足12和13对称安置；动子5安装在两个定子中间，其两侧面14和15分别与第一定子和B的驱动足12和13接触；动子4在两驱动足12和13的接触摩擦力驱动下，可沿X方向产生前进或后退运动5。如图2所示，本专利技术所述第一定子2/第二定子3由前端盖21、紧固螺栓22、弯振压电陶瓷片23、电极片24、驱动端25和纵振压电陶瓷27组成；紧固螺栓22穿过前端盖21，将交错排列的弯振压电陶瓷片23和电极片24与驱动端25连接成一体；每片弯振压电陶瓷片23均包括两个极化方向相反的极化区，两片弯振压电陶瓷相邻面的极化区位置相同；驱动足26为一圆柱形凸台，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种并联减摩驱动式超声电机，其特征在于：包括顶板和动子，所述顶板的两侧对称安装两个定子；所述定子为纵弯夹心式压电换能器，包括前端盖、驱动端、弯振压电陶瓷组件和纵振压电陶瓷组件；弯振压电陶瓷组件通过紧固连接件夹持于前端盖以及驱动端之间；纵振压电陶瓷组件安装于驱动端，且纵振压电陶瓷组件与驱动端安装面的相对面安装驱动足，同时纵振压电陶瓷组件与驱动端的安装面垂直于弯振压电陶瓷组件的轴线；各定子通过驱动足与动子的驱动面相触；弯振压电陶瓷组件、纵振压电陶瓷片分别与相应的激励电源连接，以分别对应地促使定子在驱动足端部产生局部微幅振动模态、在驱动端产生一阶弯曲振动模态；所述定子以一阶弯曲振动模态作为摩擦驱动力、以局部微幅振动模态作为摩擦驱动力的减摩模态。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊辉，芦小龙，赵淳生，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：