双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式的制作方法

文档序号:7434097阅读:317来源:国知局
专利名称:双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式的制作方法
技术领域
本发明的双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式,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和结构超声振动的输出动力的驱动装置。直线型超声电机属于超声电机的一个分类。按照直线型超声电机定子的结构是平板和杆(或杆的组合结构),将直线超声电机划分为板结构和杆结构。板结构直线超声电机虽然其结构简单,设计灵活,但其效率低,速度较小,输出力也小。对于工业机器人、航空航天等应用领域需要具有大输出力、效率高的直线型超声电机。专利号为CN200810124426.2的中国实用新型专利公开了一种K形(杆结构)直线超声电机,具有输出力、运行速度大等优点。包括动子和定子,其特征在于所述兰杰文振子的为杆结构,杆的截面为由后端向前端渐縮的连续截面状;该发明具有结构简单、输出力大、运行速度快、输出效率高的特点。尽管该直线超声电机具有上述有点,但是,由于它使用了杆的纵振和弯振,使得实现这两项频率的一致成为难点。

发明内容
本发明的目的在于研制一种结构简单小巧、输出力较大、运行速度快、输出效率高的双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式,该电机仅仅利用结构的弯曲振动,不存在频率一致性的问题,使得电机的设计更加容易。 —种双定子弯曲振动直线超声电机,包括定子和动子,其特征在于所述定子由左右两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成,每个兰杰文振子均由前端盖、后端盖、压电陶瓷片和对应的电极片组成,且整体呈截面由尾部向头部渐縮的连续截面状杆式结构,左右两个兰杰文振子的头部对接联为一体,成为驱动足;所述动子为一直线导轨与上述定子在一个平面内布置成"十"字形结构。 上述的双定子弯曲振动直线超声电机的工作模态和电激励方式,其特征在于对于每个定子的左右两个兰杰文振子,利用相位差n/2的同频正弦信号同时分别激发出两个正交方向的振动模态,这两个振动模态的叠加使得驱动足端面上各质点产生圆运动来推动动子连续直线运动。 上述结构保证(1)直杆和连续变截面杆在交接面处不存在突变截面(有相同的声阻抗),对平面声波不会产生反射波;(2)连续变截面杆采用由后向前渐縮设计,使得它在每个截面上具有相同的声阻抗;(3)连续变截面杆采用由后向前渐縮设计,也使得兰杰文振子的头部的振动被放大;(4)定子通过驱动足和兰杰文振子在连接面上连续收縮连接而成,也使得定子在驱动足处的弯矩减小;(5)定子仅仅利用弯曲振动模态,从而确保定子结构振动的两项模态频率一致性;(6)双定子的设计有助于提高电机的输出力。因此,本发明的设计方案,有助于提高电机的速度、输 力和运行效率。该直线超声电机结构简单、尺
3寸小、输出力大、速度大、效率高。 上述定子驱动足由两个兰杰文振子在连接面上连续收縮连接而成,且驱动足部分 横截面积小于其周围杆的截面积,形成柔性链接,增大振幅。 上述定子可以有两个,且几何结构和物理特性完全相同,两个定子分别位于上述 直线导轨两侧,形成串联。两个定子串联能够增加电机的输出力,提高输出效率,而且电机 体积的增加不多。


图1、图2是双定子弯曲振动直线超声电机结构示意图。
图3是定子压电陶瓷片和电极片示意图。
图中标号名称1.夹持;2.压电陶瓷片;3.驱动足;4.动子;5.前端盖;6.电极
片;7.后端盖;8.预紧力螺栓;9.定位螺栓;IO.预压力弹簧;ll.预压力螺栓;12.预压力

具体实施例方式
—种双定子弯曲直线超声电机,包括定子和动子,其中动子为一直线导轨,定子由 两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成,每个兰杰文振子由后端盖(直杆)、前端盖(连续 变截面杆)、压电陶瓷片、六角螺栓和对应的电极片组成,两个兰杰文振子的头部对接联为 一体,成为驱动足;直线导轨与两个兰杰文振子在一个平面内布置成"十"字形结构;其特 征在于所述兰杰文振子的由相同材质的(或不同材质的)直杆和连续变截面杆组成,在两 杆的交接面为连续横截面(或突变截面,但交界面两侧的声阻抗相同)。连续变截面杆呈 现由后向前渐縮状态。上述每个兰杰文振子在前端盖和后端盖之间均有一夹持件,每个兰 杰文振子均包括2n片压电陶瓷片和2片电极片,分成n组,每两片压电陶瓷片和夹在其中 的l片电极片构成一组,它们分别布置在上述夹持件的前后两侧。便于对压电陶瓷片施加 电场。 —种双定子弯曲直线超声电机如图1图2所示。其特点是所述定子由两个兰杰 文振子中心线相互对接构成的,包括后端盖、前端盖、夹持件、压电陶瓷片、电极片、螺栓。压 电陶瓷片共8片,分为四组,每两片压电陶瓷片构成一组,每组两片压电陶瓷片之间夹有电 极片。每一组压电陶瓷片分别布置在夹持件的两侧。前端盖打有螺纹孔,螺栓旋入螺纹孔, 从而将定子各部件连为一体。其前端盖其横截面由后向前为渐縮状态,与构成定子的其他 部件一起构成超声变幅杆,用以放大电机定子头部的振幅。所述动子为滑条。其支撑件打 有通孔,用以安装定子以及预压力装置;将定子和动子连接成一整体构成双定子弯曲直线 超声电机。利用相位差n/2的同频正弦信号同时激励左右两个压电振子来分别激发定子 的两个正交方向的振动模态,这两个振动模态的叠加使得驱动足端面上各质点产生圆运动 来推动动子连续直线运动,构成直线型超声电机。当激励信号相反时,即可实现动子的反方 向直线运动。该电机定子由超声变幅杆原理的兰杰文振子构成,可以使驱动足获得较大的 位移,使电机实现输出力较大,运行速度高,输出效率高。 结构设计原则1.由压电陶瓷片的逆压电效应激发弹性体的两个振动模态,由于 结构的对称性使得两个方向的振动频率一致,并且空间相位差n/2。 2.以相位差为Ji/2的两个同频率正弦信号分别激励左右两个压电振子,激发定子的两个振动模态,在驱动足
端面各点形成圆轨迹,驱动动子直线运动。 下面是一个双定子弯曲直线超声电机的例子 利用压电陶瓷片的逆压电效应d33激发出定子的两个振动模态。图2是该图的结构示意图,他主要由定子、动子组成。定子由两个兰杰文振子中心线互相对接构成,包括后端盖、前端盖、夹持件、压电陶瓷片、电极片、螺栓。每个定子的压电陶瓷片共8片,分为四组,每两片压电陶瓷片构成一组,每组两片压电陶瓷片之间夹有电极片。每一组压电陶瓷片分别布置在夹持件的两侧。前端盖打有螺纹孔,螺栓旋入螺纹孔,从而将定子各部件连为一体。其前端盖其横截面由后向前为渐縮状态,与构成定子的其他部件一起构成超声变幅杆,用以放大电机定子头部的振幅。
电机定子压电陶瓷片安放见图3。 每个定子有8片压电陶瓷片,共分为四组,分别位于夹持件的山下两侧,每组包含一对极化方向相反的弯振压电陶瓷片。每组压电陶瓷片的中间安放电极片,用于外接激励信号。提供正弦激励信号E二U sin"t给靠内的两组压电陶瓷片(11、 III),同时提供余弦激励信号E = Ucos("t)给靠外的两组压电陶瓷片(1、IV),同时激励定子的两个同频相位差n/2的振动模态,这两个模态合成定子前端盖的驱动足端面质点的椭圆运动。
权利要求
一种双定子弯曲振动直线超声电机,包括定子和动子,其特征在于所述定子由左右两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成,每个兰杰文振子均由前端盖(5)、后端盖(7)、压电陶瓷片(2)和对应的电极片(6)组成,且整体呈截面由尾部向头部渐缩的连续截面状杆式结构,左右两个兰杰文振子的头部对接联为一体,成为驱动足(3);所述动子为一直线导轨与上述定子在一个平面内布置成“十”字形结构。
2. 根据权利要求1所述的双定子弯曲振动直线超声电机,其特征在于所述定子驱动 足由两个兰杰文振子在连接面上连续收縮连接而成,且驱动足部分横截面积小于其周围杆 的截面积,形成柔性链接。
3. 根据权利要求1所述的双定子弯曲振动直线超声电机,其特征在于上述定子有两 个,且几何结构和物理特性完全相同,两个定子分别位于上述直线导轨两侧。
4. 根据权利要求1所述的双定子弯曲振动直线超声电机,其特征在于每个兰杰文振 子在前端盖和后端盖之间均有一夹持件,每个兰杰文振子均包括2n片压电陶瓷片和n片电 极片,分成n组,每两片压电陶瓷片和夹在其中的1片电极片构成一组,它们分别布置在上 述夹持件的前后两侧。
5. 根据权利要求1所述的双定子弯曲振动直线超声电机的工作模态和电激励方式,其 特征在于对于每个定子的左右两个兰杰文振子,利用相位差的同频正弦信号同时分别激 发出两个正交方向的振动模态,这两个振动模态的叠加使得驱动足端面上各质点产生圆运 动来推动动子连续直线运动。
全文摘要
一种双定子弯曲模态直线超声电机及工作模态和电激励方式,属于超声电机领域。该超声电机包括定子和动子,其特征在于所述定子由左右两个兰杰文振子沿中心线互相对接构成,每个兰杰文振子均由前端盖(5)、后端盖(7)、压电陶瓷片(2)和对应的电极片(6)组成,且整体呈截面由尾部向头部渐缩的连续截面状杆式结构,左右两个兰杰文振子的头部对接联为一体,成为驱动足(3);所述动子为一直线导轨与上述定子在一个平面内布置成“十”字形结构。对于每个定子的左右两个兰杰文振子,利用相位差π/2的同频正弦信号同时分别激发出两个正交方向的振动模态,这两个振动模态的叠加使得驱动足端面上各质点产生圆运动来推动动子连续直线运动。
文档编号H02N2/02GK101777852SQ201010017218
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者姚志远, 王长茹, 耿冉冉 申请人:南京航空航天大学
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