[发明专利]一种椭圆抛物面形直线超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种椭圆抛物面形直线超声电机，属于超声电机技术领域。

背景技术

直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，并通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线（旋转）运动，直接推动负载。它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。目前国内直线超声电机的发展很快。在中国专利网上，有多项关于直线超声电机的专利。

这其中，杆结构直线超声电机备受关注，这是因为该电机的定子是由兰杰文振子构成的。兰杰文振子利用纵振，有明确的节点。它具有很高的能量传输效率，并有利于夹持。专利【200810124426.2】提出基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机，该电机的定子有2个对称的兰杰文振子构成。专利【201010556088.7】提出基于直线超声电机的柔性夹持技术，它是通过柔性圆弧片段将所有压电振子连接起来，并通过柔性圆弧片段将振子与带有圆形通孔的固定端相连接，从而简化了的夹持结构。上述电机的定子仅仅是有两个兰杰文振子构成，其定子的空间利用率低。

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种能量密度高、且利用多个兰杰文振子构建其定子的椭圆抛物面形直线超声电机。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种椭圆抛物面形直线超声电机，包括定子（1）和一柱状结构的动子（2），所述定子(1)由n(n>=3)个复合振子并联而成，所述复合振子通过柔性支持元件（3）相连接，同时所述n个复合振子在空间围绕动子(2) 沿周向对称放置；所述每个复合振子由两个兰杰文振子成一定角度互相交叉构成，且单个复合振子的剖线绕轴形成椭圆抛物面，同时该两个兰杰文振子头部联为一体形成复合振子的驱动足(13)，而每个兰杰文振子由弹性体(11)以及压电陶瓷片(12)组成，所述压电陶瓷片的正极朝外，负极指向弹性体(11)的基体表面。

优选的：所述柔性支持元件为两个相同的圆环形结构，所述圆环形结构包括用于固定定子的圆弧支架(31)、施加预压力的柔性铰链(32)和用于固定整个电机的固定件（33），所述圆弧支架(31)、柔性铰链(32)、 固定件（33）按柔性铰链(32)、圆弧支架(31)、柔性铰链(32)、 固定件（33）的顺序依次圆环形连接；而所述定子（1）安装在两个圆环形结构的圆弧支架(31)之间。

优选的：所述各复合振子的同一侧的兰杰文振子为一组，两组兰杰文振子利用相位差为                                                的两同频正弦信号同时激励，驱动动子在其轴向方向进行直线运动。

优选的：所述n个驱动足在以动子运动方向为法向的平面内形成一个圆，且所述动子的直径大于该圆的直径。

优选的：所述每个复合振子的两个兰杰文振子的交叉角度在0°-180°之间。

本发明的一种椭圆抛物面形直线超声电机，相比现有技术，具有以下有益效果：由于所述定子(1)由n(n>=3)个复合振子并联而成，所述复合振子通过柔性支持元件（3）相连接，同时所述n个复合振子在空间围绕动子(2) 沿周向对称放置；所述每个复合振子由两个兰杰文振子成一定角度互相交叉构成，且单个复合振子的剖线绕轴形成椭圆抛物面，同时该两个兰杰文振子头部联为一体形成复合振子的驱动足(13)，而每个兰杰文振子由弹性体(11)以及压电陶瓷片(12)组成，同时由于直线超声电机主要有板结构和杆结构两种形式，板结构直线超声电机为扁平形式，结构简单，在特定场合能发挥作用，杆结构直线超声电机利用兰杰文振子可以产生大的输出力和高的输出效率，重要是，兰杰文振子有明确的纵振节点，有利于电机的夹持和预压力加载。本项专利结合这两种直线超声电机的特点，提出利用多个兰杰文振子设计直线超声电机。一方面该电机的主体结构为杆结构的兰杰文振子，另一方面其外观结构为椭圆抛物面形结构。所以该电机结构简单、有明确的加持点和高的效率。