[实用新型]一种驻波型直线超声电机

说明书

技术领域

本实用新型公布了一种驻波型直线超声电机，属超声电机技术领域。

背景技术

超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型动力输出装置。与电磁电机相比，具有结构紧凑、低速大转矩/推力、响应快（毫秒级）、断电自锁、控制精度高、不受电磁干扰以及低噪声运行等优点，在航空航天、机器人、微型机械、精密仪器仪表、医疗器械、伺服机构等领域拥有广阔的应用前景。

直线型超声电机属于超声电机的一个分类。对于能够实现两个方向运动的直线超声电机，其一般包括动子和定子，其结构特征在于：动子为一直线导轨，定子由行波或两项驻波振子构成，通过调节频率一致，使振子两相振动模态复合振动（运动），在驱动足处形成空间椭圆运动，与动子接触摩擦推动动子运动。在定、动子的接触界面上，定、动子的相互作用表现为切向和法向交变力的共同作用，它们在空间相互垂直，在相位上相差π/2。如上所述，现有的直线超声电机都是利用一个定子同时提供切向力和法向力，在这种设计中，需要利用定子的复合振动，一般为纵弯，纵扭等。在设计时需考虑同一定子两种不同振动模态的频率一致性，从而导致电机的结构设计复杂；又由于两种振动的节点往往不在同一位置，因此夹持问题很难得到解决，从而导致电机输出力较小。也就是说，现有的直线超声电机的结构特征限制了电机输出力的进一步提高。本项实用新型，将原定子的两项振动分别由定子和动子的各一项振动来替代，对定子和动子都只利用一项振动模态，故就单个振子而言，无需考虑模态一致性，且由于利用的都是杆的振动，两个振子的频率一致性很容易达到；另外，由于振子上的是单一的驻波，因此存在着明确的节点，使得夹持问题极易解决。因此，结构设计可以更加容易和简单，且可以加大超声电机的输出力。

目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。在中国专利网上，从2004年开始陆续刊登了棱柱型纵弯复合振子直线超声电机【200610132316.1】、H形驻波直线超声电机振子【200820014739.8】等。 近年来，南京航空航天大学研制成功了圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法 【200710020963.8】、基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机【200810124426.2】、双定子弯曲模态直线超声电机【201020022958.8】、基于交变力的直线超声电机【201010558749.X】等。这类直线超声电机都只利用一个同时提供两项模态振动的定子，目前，尚未见到定子和动子分别利用一项结构振动模态的驻波型直线超声电机的报道。

发明内容

本发明的目的在于研制一种结构简单、输出力大、输出效率高的驻波型直线超声电机。

本实用新型为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种驻波型直线超声电机，包括定子和动子，所述定子和动子皆为驻波压电振子，所述定子固定在底座上，而所述动子固定在导轨上，同时所述定动子之间相互作用，驱动动子运动；所述定子由第一压电陶瓷片和第一金属弹性体构成，第一金属弹性体包括驱动足、第一连续变截面部分、第一恒截面部分，所述驱动足位于两个第一连续变截面部分之间，而第一连续变截面部分外侧设置第一恒截面部分；所述第一压电陶瓷片分别设置在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，而所述定子的节点的另一侧面设置有第一夹持部分，同时驱动足与第一夹持部分的方向相反；所述动子由第二压电陶瓷片和第二金属弹性体构成，第二金属弹性体包括驱动面、第二连续变截面部分、第二恒截面部分和第二夹持部分，所述第二恒截面部分的两端分别设置第二连续变截面部分，而第二连续变截面部分得外侧均设置驱动面，所述第二压电陶瓷片分别设置在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上，而所述动子的节点的另一侧面设置有第二夹持部分，同时驱动面与第二夹持部分的方向相反；所述第一压电陶瓷片、第二压电陶瓷片均受同频、相位相差π/2的电场作用；在预压力作用下，驱动足和驱动面相互作用而接触，在作用点上，定子与动子的同频振动方向相互垂直，相位相差π/2，驱动动子做直线运动。

优选的：所述定子的个数为一个，所述动子的个数为一个，所述定子的驱动足与动子的其中一个驱动面进行相互作用；所述第一压电陶瓷片分别粘贴在定子的两个节点附近处的第一恒截面部分的上，所述第二压电陶瓷片分别粘贴在动子的两个节点附近处的第二恒截面部分的上；所述第一压电陶瓷片施加同一正弦信号，激发振子做二阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生切向交变力，所述第二压电陶瓷片施加余弦电场，激发其作一阶纵振，在驱动足与驱动面接触处产生法向交变力。