[发明专利]双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机及工作模态和电激励方式

说明书

技术领域：

本发明的双驱动足纵振模态叠加式直线型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超声振动的新型动力输出装置。直线型超声电机是超声电机的一大分类。其中，多模态叠加式直线型超声电机属于直线型超声电机的一种。目前，模态叠加式直线型超声电机常采用的模态叠加方式有纵振模态和弯振模态叠加、弯振模态和弯振模态叠加。这两种形式的模态叠加式直线型超声电机都是利用定子弹性体的两个频率接近的模态振动在驱动足表面形成椭圆运动，从而驱动压在驱动足的动子作直线运动。为了提高电机的运行效率，大多数直线型超声电机都采用多足驱动方式。这两种形式的模态叠加式直线型超声电机结构简单，设计灵活，但效率较低，速度低，输出力小。

发明内容：

本发明的目的在于研制一种结构简单、力矩大、速度快、效率高、响应速度快的双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机。

本发明的双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机，包括定子和动子。其特点是：所述定子由两个相同的左右对称的压电振子联接而成，每个压电振子包括后端盖、前端盖、中间块和压电陶瓷，其中压电陶瓷置于中间块上下两侧和前端盖与后端盖之间，并通过压紧螺栓将压电陶瓷、中间块、前端盖、后端盖压紧固定。两个压电振子前端盖对称地联接成为一体，前端盖下端部有两个左右对称的驱动足；所述动子为滑条，在滑条的上表面粘接有摩擦层，与前述两个左右对称的驱动足相接触；定子中间块上的两个安装孔用于安装定子及预压力装置，将定子和动子连接成一整体构成双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机。

上述的双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机的工作模态，其特征在于，定子两个压电振子做互为反相的纵向振动时，激发定子的反对称振动模态，前端盖上的驱动足做互为反相的上下运动；定子两个压电振子做同相的纵向振动时，激发定子的对称振动模态，前端盖上的驱动足合成为对称扩张收缩运动。

上述的双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机的电激励方式，其特征在于，用两个相位差为π/2的正弦信号同时激励定子的两个压电振子，激发定子的两个同频相位差π/2的振动模态，使定子上驱动足质点产生椭圆运动推动动子连续直线运动。

该直线超声电机结构简单、尺寸小、输出力矩大、速度高、效率高。

附图说明：

图1是双驱动足纵振模态叠加式直线超声电机结构示意图。图中标号名称：

11.后端盖；12.压紧螺栓；21.中间块；22.安装孔31.压电陶瓷；41.前端盖；42.驱动足；51.摩擦层；61.滑条。

图2是双驱动足纵振模态叠加式直线超声电机定子工作模态示意图。其中图2(a)是定子的反对称振动模态(一)；图2(b)是定子的对称振动模态(二)。图2所示的两个振动模态中驱动足在空间相位上相差π/2。

图3是定子压电陶瓷片极化及信号加载示意图。

图4是定子驱动足表面的运动轨迹示意图，

具体实施方式：

一种双驱动足纵振模态叠加式直线型超声电机如图1所示。其特点：定子是由两个压电振子对称联接而成。每个压电振子由中间块21、前端盖41、后端盖11及压电陶瓷31组合而成，压电陶瓷分布在中间块两侧与前、后端盖之间，由压紧螺栓12压紧，用于激励定子产生振动。两个压电振子前端盖联接成为一体，其下端部分布有两个驱动足42。动子由滑条61组成，其上表面粘接有摩擦层51。利用相位差π/2的同频率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椭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。该电机采用纵向压电振子激发定子的振动模态，可以使驱动足获得较大的位移振幅，使电机实现输出力矩大、速度高、效率高。