[实用新型]一种薄壁自由梁驱动的直线超声电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及的利用矩形截面薄壁自由梁的弯曲振动模态驱动的直线超声电机，尤其涉及一种薄壁自由梁驱动的直线超声电机

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷逆压电效应激发定子弹性体产生超声频域微幅机械振动，再通过定子与转子(或动子)之间的摩擦作用将定子的微幅振动转换成转子(或动子)的宏观的转动(或直线运动)。它打破了惯常的由电磁感应效应获得速度和动力的传统电机的概念，与传统的电磁电机相比，具有动力密度大、响应快、无噪声、电磁兼容性好等一系列独特的性能。超声电机技术在20世纪末得到迅速发展，已在航空航天、机器人、汽车、精密定位仪、微型机械等领域里得到成功的应用，它是当今国内外微特电机领域研究的热点之一。

超声电机分为旋转型和直线型两大类。与传统的电磁型直线电机相比，直线型超声电机的最大特点是无需运动转换机构、定子通过直接驱动动子实现直线运动。直线超声电机的研究略晚于旋转型超声电机，却因其独特的优点而备受青睐，并成该领域内的又一热点。本世纪初以来，日本、美国、俄罗斯、以色列、新加坡等国先后研制出了多种型式的直线超声电机，其中有些还得到了工作应用，但总的来看，日本的直线超声电机技术走在世界前列。国内的直线超声电机研究始于上世纪90年代末，南京航空航天大学、中国科学院、清华大学、华中科技大学等高等院校和科研院所在这方面做了不少的研究，并取得了一定的成果。但总的来说，我国直线超声电机仍处于研究阶段，与国外相比仍存在较大差距。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种薄壁自由梁驱动的直线超声电机，该超声电机具有亚微米级(甚至更高)定位精度、毫秒级响应速度、较快的运动速度、较大的输出推力，应用范围广泛。

本实用新型是这样实现的，它包括定子组件、动子组件、支座组件、预紧加压组件，其特征是预紧加压组件连接定子组件，定子组件和动子组件分别连接支座组件。

本实用新型所述的定子组件包括定子、驱动齿、压电陶瓷，定子正面连有6个驱动齿，定子通过驱动齿连接动子组件，定子背面连有压电陶瓷。

本实用新型所述的动子组件包括上盖板、动子体、滚珠、滚珠盖，滚珠放置在上盖板的盲孔内之后用滚珠盖将其定位，滚珠盖固定连接上盖板，动子上开有V型槽，滚珠通过V型槽对动子进行导向。

本实用新型所述的支座组件包括短挡板、长挡板、底座，短挡板和长挡板分别固定连接底座，底座上开有若干个安装孔。

本实用新型所述的预紧加压组件包括弹簧、调节垫片、调节螺钉、弹性体，调节螺钉连接下端的调节垫片，两块调节垫片之间连有弹簧，调节垫片两端分别连有弹性体。

本实用新型所述的定子为矩形截面结构薄壁自由梁。

本实用新型所述的压电陶瓷分两层布置在定子背面上，第一层压电陶瓷由6个高性能压电晶片所组成，第二层压电陶瓷由9个高性能压电晶片组成，各晶片之间均少许留出间隙，两层压电陶瓷中的各压电晶片均具有相同的极化方向配置，每块晶片上均需接入适当配置且频率处于超声频域的调频、调幅谐波激励电信号。

本实用新型的技术效果是：(1)定子采用薄壁自由梁结构，有利于实现电机小型轻量化；(2)电机基于驻波弯曲振动模态驱动，可使电机输出较大推力；(3)定子驱动齿步距小，动子位置分辨率高，电机可实现亚微米级甚至更高精度的快速精密定位；(4)电机性能更稳定。动子设计成具有适度柔性的结构，可保证定子与动子具有较理想的界面接触状态，这将大大改善电机稳定性，减小其发热；(5)动子运动阻力小，由于动子组件采用滚珠导向结构，可大大减小电机的摩擦阻力，提高电机和效率和响应速度。

附图说明

图1为本实用新型的二维示意图。

图2为本实用新型的三维结构图。

图3为本实用新型的定子组件和动子组件的结构示意。

图4为本实用新型的驱动齿和压电陶瓷片分布图。

图5为本实用新型的定子梁的工作模态B₀₆示意图。

图6为本实用新型的定子梁的工作模态B₀₉示意图。

图7为本实用新型的激发B₀₆模态的压电陶瓷的极化配置与供电方式。

图8为本实用新型的激发B₀₉模态的压电陶瓷的极化配置与供电方式。

图9为本实用新型的定子推动动子组件做正向直线运动的机理。

图10为本实用新型的定子推动动子组件做反向直线运动的机理。

具体实施方式