[发明专利]微小型减摩驱动式直线超声电机及其激励方式

说明书

技术领域

本发明涉及一种微小型减摩驱动式直线超声电机及电激励方式，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激发超声振动，依靠摩擦力驱动的新型作动器。直线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要求金属基板有两个工作模态，两模态在驱动端部组合后产生椭圆运动，进而推动压在上面的转子产生直线运动。该类型的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，金属基板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。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种微小型减摩驱动式直线超声电机，该减摩驱动式直线超声电机基于新型的工作原理，其两工作模态激发出非对称型的驱动力，进而输出推力或扭矩。与相同体积的传统型超声电机相比，电机本体具有结构紧凑，性能稳定，输出功率较大的特点，因此，该类型的电机在微小作动器领域也有着广阔的应用前景和研究价值。 

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案： 

一种微小型减摩驱动式直线超声电机，包括金属基板以及压电陶瓷片，该压电陶瓷片具有三个极化方向相同的极化分区，其中：所述的三个极化分区中，位于中部的为弯振极化分区，而位于两侧的则为纵振极化分区；所述金属基板包括基板本体，该基板本体的一侧与压电陶瓷片复合成一体，另一侧的两端则分别设置第一驱动足、第二驱动足，第一驱动足、第二驱动足分别与压电陶瓷片两侧的纵振极化分区相对设置；所述弯振极化分区、纵振极化分区分别与相应的激励电源连接，以分别对应地促使弯振极化分区的相对端产生一阶弯曲振动模态、纵振极化分区的相对端产生局部微幅振动模态，所述金属基板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。

所述弯振极化分区的长度长于纵振极化分区长度。 

本发明另一技术目的是提供一种上述微小型减摩驱动式直线超声电机的电激励方式，采用连续式方波信号作为压电陶瓷片弯振极化分区的激励电源、两路时间相位差为180°的间隔式正弦信号作为压电陶瓷片两侧纵振极化分区的激励电源；压电陶瓷片的弯振极化分区在连续式方波信号的激发下，促使弯振极化分区的相对端产生一阶弯曲振动模态，连续式方波信号的激励频率与一阶弯曲振动模态频率f1相等；压电陶瓷片两侧的纵振极化分区在两路时间相位差为180°的间隔式正弦信号的激发下，促使金属基板两侧纵振极化分区的相对端分别产生局部微幅振动模态，间隔式正弦信号的间隔频率与一阶弯曲振动模态频率f1接近，所述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；且局部微幅振动模态的频率f2远大于一阶弯曲振动模态频率f1。 

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。 

根据以上的技术方案，相应于现有技术，可以实现以下的有益效果： 

1. 结构的创新：采用一片三分区式的压电陶瓷片激发电机的弯曲振动模态和局部纵向振动模态；电机在非对称的摩擦驱动力作用下发生定向运动；通过控制纵向振动的频率和幅度，可以提高电机的输出功率。

2．工作模态的创新： 

该电机的金属基板对频率一致性没有要求，因此，便于控制；一阶弯曲振动模态频率较低，以便获得端部驱动足较大的运动幅度；一阶局部纵向振动模态频率较高，以便获得较好的减摩效果；电机的运动方向由激励信号的相位差确定；另外，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1为微小型减摩驱动式直线超声电机的结构示意图。 

图2为微小型减摩驱动式直线超声电机的工作模态示意图；其中：图2-1为金属基板的一阶弯曲振动模态示意图；图2-2为金属基板端部的一阶局部纵向振动模态示意图。 

   图3为微小型减摩驱动式直线超声电机的信号端示意图。