[发明专利]减摩驱动式超声电机及其复合式定子组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合式定子组件以及采用该定子组件的减摩驱动式超声电机，属于超声电机领域。 

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。旋转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定子有两个工作模态，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动子产生直线运动。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，定子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。另外，超声电机的输出功率受预压力的限制，如果预压力值过大，传统的直线型动子将随定子一起往复运动，无法实现定向运动。 

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种超声电机的复合式定子组件，该复合式定子组件对频率一致性无特殊要求，便于控制；同时结构紧凑，性能稳定，基于该定子组件设计的减摩驱动式超声电机，相对于现有技术，能够有效地提高输出功率。 

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案： 

一种超声电机的复合式定子组件，包括前端盖、驱动端、弯振压电陶瓷组件和纵振压电陶瓷组件；弯振压电陶瓷组件通过紧固连接件夹持于前端盖以及驱动端之间；纵振压电陶瓷组件安装于驱动端，且纵振压电陶瓷组件与驱动端安装面的相对面安装驱动足，同时纵振压电陶瓷组件与驱动端的安装面垂直于弯振压电陶瓷组件的轴线。

所述弯振压电陶瓷组件包括两片弯振压电陶瓷片，每一片弯振压电陶瓷片均配置一片电极片，且每一片弯振压电陶瓷片均包括两个极化方向相反的极化区，同时相邻两片弯振压电陶瓷片的相邻面的极化区方向相同；各弯振压电陶瓷片、电极片交错地排列在前端盖和驱动端之间。 

本发明的另一个技术目的是提供一种采用上述复合式定子组件的减摩驱动式超声电机，包括转子和定子组件，所述定子组件为复合式定子组件，包括前端盖、驱动端、弯振压电陶瓷组件和纵振压电陶瓷组件；弯振压电陶瓷组件通过紧固连接件夹持于前端盖以及驱动端之间；纵振压电陶瓷组件安装于驱动端，且纵振压电陶瓷组件与驱动端安装面的相对面安装驱动足，同时纵振压电陶瓷组件与驱动端的安装面垂直于弯振压电陶瓷组件的轴线；该复合式定子组件通过驱动足与动子的驱动面相触；所述弯振压电陶瓷组件、纵振压电陶瓷组件分别与相应的激励电源连接，以分别对应地促使定子组件在驱动足端部产生局部微幅振动模态、在驱动端产生一阶弯曲振动模态；所述定子组件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。 

所述弯振压电陶瓷组件的激励电源为连续式方波信号，而纵振压电陶瓷组件的激励电源则为间隔式正弦信号；弯振压电陶瓷组件在连续式方波信号的激发下，促使定子组件在驱动端产生一阶弯曲振动模态，且连续式方波信号的激励频率与一阶弯曲振动模态的频率f1相等；纵振压电陶瓷组件在间隔式正弦信号的激发下，促使定子组件在驱动足产生局部微幅振动模态，且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；间隔式正弦信号的间隔频率与一阶弯曲振动模态的频率f1接近；局部微幅振动模态的频率f2远大于一阶弯曲振动模态的频率f1；所述定子组件利用一阶弯曲振动模态、局部微幅振动模态，在驱动足与动子的接触部位产生非对称驱动力，驱动动子运动。 

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，与现有技术中常用的其它超声电机相比，本发明所述减摩驱动式超声电机具有以下优点： 

1. 结构的创新：采用两分区计划的弯振压电陶瓷激发定子体的弯曲振动，引起驱动足的前后摆动，作为动子的摩擦驱动力来源；采用纵振压电陶瓷激发驱动端的局部纵向振动，引起驱动足部位前进和后退过程的摩擦驱动力变化；动子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，可以达到在较大预压力的情况下，动子仍能定向运动，具有较高的输出功率。

2．工作模态的创新：