一种驻波型直线超声电机制造技术

本发明专利技术涉及一种驻波型直线超声电机，属于超声电机技术领域。包括定子和动子，所述定子和动子皆为驻波压电振子，所述定子固定在底座上，而所述动子固定在导轨上，同时所述定动子之间相互作用，驱动动子运动。本发明专利技术不仅结构简单、输出力大，而且输出效率高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公布了一种驻波型直线超声电机，属超声电机

技术介绍
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩\推力、响应快(毫秒级)、断电自锁、控制精度高、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点，在航空航天、机器人、微型机械、精密仪器仪表、医疗器械、伺服机构等领域拥有广阔的应用前景。 直线型超声电机属于超声电机的一个分类。对于能够实现两个方向运动的直线超声电机，其一般包括动子和定子，其结构特征在于动子为一直线导轨，定子由行波或两项驻波振子构成，通过调节频率一致，使振子两相振动模态复合振动(运动)，在驱动足处形成空间椭圆运动，与动子接触摩擦推动动子运动。在定、动子的接触界面上，定、动子的相互作用表现为切向和法向交变力的共同作用，它们在空间相互垂直，在相位上相差η/2。如上所述，现有的直线超声电机都是利用一个定子同时提供切向力和法向力，在这种设计中，需要利用定子的复合振动，一般为纵弯，纵扭等。在设计时需考虑同一定子两种不同振动模态的频率一致性，从而导致电机的结构设计复杂；又由于两种振动的节点往往不在同一位置，因此夹持问题很难得到解决，从而导致电机输出力较小。也就是说，现有的直线超声电机的结构特征限制了电机输出力的进一步提高。本项专利技术，将原定子的两项振动分别由定子和动子的各一项振动来替代，对定子和动子都只利用一项振动模态，故就单个振子而言，无需考虑模态一致性，且由于利用的都是杆的振动，两个振子的频率一致性很容易达到；另外，由于振子上的是单一的驻波，因此存在着明确的节点，使得夹持问题极易解决。因此，结构设计可以更加容易和简单，且可以加大超声电机的输出力。目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。在中国专利网上，从2004年开始陆续刊登了棱柱型纵弯复合振子直线超声电机200610132316. I、H形驻波直线超声电机振子200820014739. 8等。近年来，南京航空航天大学研制成功了圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法200710020963. 8、基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机[200810124426. 2、双定子弯曲模态直线超声电机201020022958. 8、基于交变力的直线超声电机201010558749. X等。这类直线超声电机都只利用一个同时提供两项模态振动的定子，目前，尚未见到定子和动子分别利用一项结构振动模态的驻波型直线超声电机的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于研制一种结构简单、输出力大、输出效率高的驻波型直线超声电机。本专利技术为解决上述技术问题提出的技术方案是一种驻波型直线超声电机，包括定子和动子，所述定子和动子皆为驻波压电振子，所述定子固定在底座上，而所述动子固定在导轨上，同时所述定动子之间相互作用，驱动动子运动；所述定子由第一压电陶瓷片和第一金属弹性体构成，第一金属弹性体包括驱动足、第一连续变截面部分、第一恒截面部分，所述驱动足位于两个第一连续变截面部分之间，而第一连续变截面部分外侧设置第一恒截面部分；所述第一压电陶瓷片分别设置在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，而所述定子的节点的另一侧面设置有第一夹持部分，同时驱动足与第一夹持部分的方向相反；所述动子由第二压电陶瓷片和第二金属弹性体构成，第二金属弹性体包括驱动面、第二连续变截面部分、第二恒截面部分和第二夹持部分，所述第二恒截面部分的两端分别设置第二连续变截面部分， 而第二连续变截面部分得外侧均设置驱动面，所述第二压电陶瓷片分别设置在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上，而所述动子的节点的另一侧面设置有第二夹持部分，同时驱动面与第二夹持部分的方向相反；所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均受同频、相位相差η/2的电场作用；在预压力作用下，驱动足和驱动面相互作用而接触，在作用点上，定子与动子的同频振动方向相互垂直，相位相差η/2，驱动动子做直线运动。优选的所述定子的个数为一个，所述动子的个数为一个，所述定子的驱动足与动子的其中一个驱动面进行相互作用；所述第一压电陶瓷片分别粘贴在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，所述第二压电陶瓷片分别粘贴在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上；所述第一压电陶瓷片施加同一正弦信号，激发振子做二阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生切向交变力，所述第二压电陶瓷片施加余弦电场，激发其作一阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生法向交变力。优选的所述动子的个数为一个，所述定子的个数为两个，其中的一个定子的驱动足与所述动子的一个驱动面进行相互作用，而另一个驱动面与另一个定子的驱动足进行相互作用，同时所述任一一个定子同一侧的第一压电陶瓷片为两个，而同一侧的两个第一压电陶瓷片之间设置有电极片，且同一侧的两个第一压电陶瓷片的外侧分别设置有前配重块、后配重块；对第一压电陶瓷片施加正弦电场，激发其作二阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生切向交变力，对第二压电陶瓷片施加余弦电场，激发其作一阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生法向交变力。优选的所述第一夹持部分为柔性结构制作的第一夹持部分，所述第二夹持部分为柔性结构制作的第二夹持部分。优选的所述定子和动子均为杆结构的形式定子和动子，所述第一压电陶瓷片布置在定子的节点处，所述第二压电陶瓷片布置在动子的节点处。本专利技术的一种驻波型直线超声电机，相比现有技术，具有以下有益效果由于所述定子由第一压电陶瓷片和第一金属弹性体构成，第一金属弹性体包括驱动足、第一连续变截面部分、第一恒截面部分，所述第一夹持部分设置于第一金属弹性体的节点处，所述动子由第二压电陶瓷片和第二金属弹性体构成，第二金属弹性体包括驱动面、第二连续变截面部分、第二恒截面部分和第二夹持部分，所述第二夹持部分设置于第二金属弹性体的节点处，因此本专利技术第一金属弹性体、第二金属弹性体构成两个振子，因而本专利技术具有以下特点(1)驱动动子运动的切向力和法向力由两个振子所分别提供；(2)在设计时不需考虑单独振子的两项模态一致性问题，只须考虑两个振子的频率一致；(3)每个振子都有明确的节点，夹持问题得到解决，且由于两项振动是解耦的，因此夹持件(指第一夹持部分、第二夹持部分)不会对另一振子的振动产生影响；(4)第一夹持部分、第二夹持部分采用了柔性夹持的设计，使得第一夹持部分、第二夹持部分对该振子振动的影响减小；(5)连续变截面杆采用了向驱动足或驱动面处的渐缩设计，使得它在每个截面上具有相同的声阻抗且驱动部分的振动被放大；(6)定子、动子在接触面上受切向和法向两个交变力的作用，这两个交变力在空间相互垂直，在相位上相差η/2，动子在它们的共同作用下做直线运动。综上所述，本专利技术的设计方案，有助于简化电机的设计且提高电机的速度、输出力和运行效率。同时该直线超声电机结构简单、输出力大、速度大、效率高。与传统直线超声电机依靠单一定子上的行波或两项驻波，在驱动足处形成空间椭圆运动进而推动动子的驱动方式不同，本电机把提供驱动足形成空间椭圆运动的力进行解耦，用两个振子来分别实现接触平面的切向力和法向力。由于可以分开设计定子和动子，两项振动的模态频率一致问题极易得到解决；并且由于每个振子上都是一个单一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驻波型直线超声电机，包括定子和动子，其特征在于：所述定子和动子皆为驻波压电振子，所述定子固定在底座上，而所述动子固定在导轨上，同时所述定动子之间相互作用，驱动动子运动；所述定子由第一压电陶瓷片和第一金属弹性体构成，第一金属弹性体包括驱动足、第一连续变截面部分、第一恒截面部分，所述驱动足位于两个第一连续变截面部分之间，而第一连续变截面部分外侧设置第一恒截面部分；所述第一压电陶瓷片分别设置在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，而所述定子的节点的另一侧面设置有第一夹持部分，同时驱动足与第一夹持部分的方向相反；所述动子由第二压电陶瓷片和第二金属弹性体构成，第二金属弹性体包括驱动面、第二连续变截面部分、第二恒截面部分和第二夹持部分，所述第二恒截面部分的两端分别设置第二连续变截面部分，而第二连续变截面部分得外侧均设置驱动面，所述第二压电陶瓷片分别设置在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上，而所述动子的节点的另一侧面设置有第二夹持部分，同时驱动面与第二夹持部分的方向相反；所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均受同频、相位相差π/2的电场作用；在预压力作用下，驱动足和驱动面相互作用而接触，在作用点上，定子与动子的同频振动方向相互垂直，相位相差π/2，驱动动子做直线运动。...

【技术特征摘要】
1.一种驻波型直线超声电机，包括定子和动子，其特征在于所述定子和动子皆为驻波压电振子，所述定子固定在底座上，而所述动子固定在导轨上，同时所述定动子之间相互作用，驱动动子运动；所述定子由第一压电陶瓷片和第一金属弹性体构成，第一金属弹性体包括驱动足、第一连续变截面部分、第一恒截面部分，所述驱动足位于两个第一连续变截面部分之间，而第一连续变截面部分外侧设置第一恒截面部分；所述第一压电陶瓷片分别设置在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，而所述定子的节点的另一侧面设置有第一夹持部分，同时驱动足与第一夹持部分的方向相反；所述动子由第二压电陶瓷片和第二金属弹性体构成，第二金属弹性体包括驱动面、第二连续变截面部分、第二恒截面部分和第二夹持部分，所述第二恒截面部分的两端分别设置第二连续变截面部分，而第二连续变截面部分得外侧均设置驱动面，所述第二压电陶瓷片分别设置在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上，而所述动子的节点的另一侧面设置有第二夹持部分，同时驱动面与第二夹持部分的方向相反；所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均受同频、相位相差H/2的电场作用；在预压力作用下，驱动足和驱动面相互作用而接触，在作用点上，定子与动子的同频振动方向相互垂直，相位相差η /2，驱动动子做直线运动。2.根据权利要求I所述驻波型直线超声电机，其特征在于所述定子的个数为一个，所述动子的个数为一个，所述定子的驱动足与动子的其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志远，周胜利，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：