[发明专利]一种基于连续变幅杆原理的扇形直线超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及涉及一种基于连续变幅杆原理的扇形直线超声电机，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年代迅速发展起来的一种新型微特电机，它是利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，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【 201020621017.6】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。本发明提出利用2n个对称的兰杰文振子构成电机的定子，并在空间呈现扇形结构。该电机能够提高定子的空间利用率，增加定子的能量密度和输出力。

发明内容

本发明针对上述问题的不足，提出一种空间利用率高，且能够增加定子的能量密度和输出力的基于连续变幅杆原理的扇形直线超声电机。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种基于连续变幅杆原理的扇形直线超声电机，所述电机的定子由2n(n>1)个兰杰文振子以一定的角度交叉组成扇形结构；所述兰杰文振子包括振子基体和压电陶瓷片，所述压电陶瓷片设置于振子基体上；所述振子基体包括作为直杆的后端部和作为连续变截面杆的前端部，同时所述后端部与前端部的交界面为连续截面，所述前端部呈现由后向前渐缩的状态，所述兰杰文振子的前端部柔性铰链为一体形成驱动足，而后端部呈扇形分开；所述兰杰文振子后端部之间通过柔性圆弧片段相连接，外侧的两个兰杰文振子后端部通过柔性圆弧片段与带有圆形通孔的固定端相连接；所述同一边的兰杰文振子分为一组，利用相位差为                                                的两同频正弦信号同时激励左右两组兰杰文振子。

优选的：所述兰杰文振子包括振子基体和两片压电陶瓷片，所述两片压电陶瓷片沿振子基体后端部的内侧与振子基体粘接在一起，所述压电陶瓷片的正极朝外，负极指向振子基体表面。

优选的：所述兰杰文振子包括振子基体、四片压电陶瓷片和两片电极金属片，每两片压电陶瓷片和一片电极金属片组成一组，分别置于振子基体上的柔性夹持件的两侧，且每片电极金属片夹在两片压电陶瓷片之间；所述兰杰文振子前端部通过螺栓将其与电极金属片、压电陶瓷片、柔性夹持件和后端部装配连接在一起构成前端盖；所述压电陶瓷片的正极与金属片相连接，其负极与地相连接。

优选的：所述地相为兰杰文振子的前端部、后端部和柔性夹持件。

优选的：所述2n个兰杰文振子分为两组，所述n个同侧的兰杰文振子为一组，形成定子的A相，而另n个同一侧的兰杰文振子为一组，形成定子的B相；所述A相接正弦信号，B相接余弦信号。

优选的：所述兰杰文振子连接面的面积远小于其周围的振子截面积，从而形成柔性铰链。

优选的：所述驱动足处加工有一个以上的孔。

本发明的一种基于连续变幅杆原理的扇形直线超声电机，相比现有技术，具有以下有益效果：由于所述电机的定子由2n(n>1)个兰杰文振子以一定的角度交叉组成扇形结构，且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，有利于电机的加持和预压力加载。因此本项专利结合这两种直线超声电机的特点，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板结构。所以该电机结构简单、有明确的加持点和高的效率，并具有扁平的结构形式。