[发明专利]不同阶弯振模态直线超声电机及其运作方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种不同阶弯振模态直线超声电机及其运作方式，属超声电机领域。

背景技术

超声电机是一种利用压电材料的逆压电效应和弹性体的超声振动的新型动力输出装置，其利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转换为超声电机定子的微幅振动，通过定子和动子之间的摩擦作用，推动动子实现直线运动输出。利用多个振动模态工作的直线超声电机属于直线超声电机的一个类型，该类型直线超声电机有基于纵振模态和弯振模态直线超声电机、基于纵振模态和纵振模态直线超声电机、基于弯振模态和弯振模态直线超声电机。而目前基于弯振模态和弯振模态直线超声电机所利用的两个弯振模态往往是同一阶的弯振模态。这些电机都是利用两个频率接近的模态振动在驱动端表面形成椭圆运动，以驱动动子进行直线运动。直线超声电机可以直接产生直线运动和牵引力，无需运动转换，其定位精度高、磁场兼容性好。但现代很多高技术产品对作动器提出了更多新的要求，要求作动器体积小、安装占用空间少、推重比大、结构简单、效率高。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的问题，提供一种结构简单、体积小、推重比大、效率高、响应速度快的不同阶弯振模态直线超声电机及其运作方式。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：一种不同阶弯振模态直线超声电机，包括定子和动子，其特征在于，所述定子为一个类三角形的压电振子，包括定子主体、左右侧压电陶瓷片、中间块、预紧螺栓，其中左右侧压电陶瓷片置于中间块两侧，预紧螺栓将左右侧压电陶瓷片、中间块、定子主体的下半部联接成一体，定子的上半部顶端为一驱动头；所述动子为滑条，滑条上表面粘接有摩擦层，与所述定子的驱动头相接触；定子中间块两侧端部上有两个安装孔，其用于安装定子和提供预压力的连接构件，将定子和动子连接成一体构成不同阶弯振模态直线超声电机。

上述的不同阶弯振模态直线超声电机，其特征在于：所述定子上半部分为三角形状，下半部分为长方体，其中长方体沿中心线对称两侧各有两个槽。

一种用于上述的不同阶弯振模态直线超声电机的运作方式，其特征在于，用两个相位差为π/2的正弦信号同时分别激励两组压电陶瓷片，激发定子的两个同频相位差π/2的振动模态，即定子下半部分长方体做一阶弯曲振动时，引起定子上端的驱动头做上下运动，定子下半部分长方体做二阶弯曲振动时，引起定子上端的驱动头做左右运动，使定子上驱动头质点产生椭圆运动，并推动动子进行正向或反向的直线运动。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本发明的直线超声电机所包含的部件少，结构简单。电机定子主要部件设计在沿动子运动的方向上，减小了与动子运动方向垂直的方向的尺寸，以减少该方向的安装空间要求。该电机通过开槽的方式，确保两个不同阶工作模态频率的一致性，提高电机工作的可靠性。该电机利用压电陶瓷片的逆压电效应d33工作，电机输出推力大、推重比大、效率高。

附图说明

图1是不同阶弯振模态直线超声电机结构示意图。

图2是图1中A-A处俯视图。

图3是不同阶弯振模态直线超声电机定子工作模态示意图。其中图3（a）是定子下半部分长方体做一阶弯曲振动，引起定子上端的驱动头做上下运动的工作模态（一）；图3（b）是定子下半部分长方体做二阶弯曲振动，引起定子上端的驱动头做左右运动的工作模态（二）。其中实心箭头是定子弹性体振动方向，空心箭头是驱动头运动方向。

图4（a）是定子压电陶瓷片极化示意图，图4（b）是一片压电陶瓷片的极化方向示意图，图中箭头、“＋”、“－”代表压电陶瓷片的极化方向。

图5是定子驱动信号加载示意图。

图6是不同阶弯振模态直线超声电机工作原理示意图，其中实心箭头是定子弹性体振动方向，空心箭头是动子的运动方向，椭圆轨迹是驱动头表面质点的运动轨迹。

具体实施方式：

本发明的优先实施例结合附图详述如下：

实施例一：