[发明专利]双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式

说明书

技术领域

本发明的双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式，属超声电机领域。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和结构超声振动的输出动力的驱动装置。直线型超声电机属于超声电机的一个分类。按照直线型超声电机定子的结构是平板和杆(或杆的组合结构)，将直线超声电机划分为板结构和杆结构。板结构直线超声电机虽然其结构简单，设计灵活，但其效率低，速度较小，输出力也小。对于工业机器人、航空航天等应用领域需要具有大输出力、效率高的直线型超声电机。专利号为CN200810124426.2的中国实用新型专利公开了一种K形(杆结构)直线超声电机，具有输出力、运行速度大等优点。包括动子和定子，其特征在于：所述兰杰文振子的为杆结构，杆的截面为由后端向前端渐缩的连续截面状；该发明具有结构简单、输出力大、运行速度快、输出效率高的特点。尽管该直线超声电机具有上述有点，但是，由于它使用了杆的纵振和弯振，使得实现这两项频率的一致成为难点。

发明内容

本发明的目的在于研制一种结构简单小巧、输出力较大、运行速度快、输出效率高的双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式，该电机仅仅利用结构的弯曲振动，不存在频率一致性的问题，使得电机的设计更加容易。

一种双定子弯曲振动直线超声电机，包括定子和动子，其特征在于：所述定子由左右两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成，每个兰杰文振子均由前端盖、后端盖、压电陶瓷片和对应的电极片组成，且整体呈截面由尾部向头部渐缩的连续截面状杆式结构，左右两个兰杰文振子的头部对接联为一体，成为驱动足；所述动子为一直线导轨与上述定子在一个平面内布置成“十”字形结构。

上述的双定子弯曲振动直线超声电机的工作模态和电激励方式，其特征在于：对于每个定子的左右两个兰杰文振子，利用相位差π/2的同频正弦信号同时分别激发出两个正交方向的振动模态，这两个振动模态的叠加使得驱动足端面上各质点产生圆运动来推动动子连续直线运动。

上述结构保证：(1)直杆和连续变截面杆在交接面处不存在突变截面(有相同的声阻抗)，对平面声波不会产生反射波；(2)连续变截面杆采用由后向前渐缩设计，使得它在每个截面上具有相同的声阻抗；(3)连续变截面杆采用由后向前渐缩设计，也使得兰杰文振子的头部的振动被放大；(4)定子通过驱动足和兰杰文振子在连接面上连续收缩连接而成，也使得定子在驱动足处的弯矩减小；(5)定子仅仅利用弯曲振动模态，从而确保定子结构振动的两项模态频率一致性；(6)双定子的设计有助于提高电机的输出力。因此，本发明的设计方案，有助于提高电机的速度、输出力和运行效率。该直线超声电机结构简单、尺寸小、输出力大、速度大、效率高。

上述定子驱动足由两个兰杰文振子在连接面上连续收缩连接而成，且驱动足部分横截面积小于其周围杆的截面积，形成柔性链接，增大振幅。

上述定子可以有两个，且几何结构和物理特性完全相同，两个定子分别位于上述直线导轨两侧，形成串联。两个定子串联能够增加电机的输出力，提高输出效率，而且电机体积的增加不多。

附图说明

图1、图2是双定子弯曲振动直线超声电机结构示意图。

图3是定子压电陶瓷片和电极片示意图。

图中标号名称：1.夹持；2.压电陶瓷片；3.驱动足；4.动子；5.前端盖；6.电极片；7.后端盖；8.预紧力螺栓；9.定位螺栓；10.预压力弹簧；11.预压力螺栓；12.预压力盖。

具体实施方式

一种双定子弯曲直线超声电机，包括定子和动子，其中动子为一直线导轨，定子由两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成，每个兰杰文振子由后端盖(直杆)、前端盖(连续变截面杆)、压电陶瓷片、六角螺栓和对应的电极片组成，两个兰杰文振子的头部对接联为一体，成为驱动足；直线导轨与两个兰杰文振子在一个平面内布置成“十”字形结构；其特征在于：所述兰杰文振子的由相同材质的(或不同材质的)直杆和连续变截面杆组成，在两杆的交接面为连续横截面(或突变截面，但交界面两侧的声阻抗相同)。连续变截面杆呈现由后向前渐缩状态。上述每个兰杰文振子在前端盖和后端盖之间均有一夹持件，每个兰杰文振子均包括2n片压电陶瓷片和2片电极片，分成n组，每两片压电陶瓷片和夹在其中的1片电极片构成一组，它们分别布置在上述夹持件的前后两侧。便于对压电陶瓷片施加电场。