[发明专利]可实现双向直线运动的夹心换能器式驻波超声电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机。 

背景技术

超声电机是一种利用超声振动能量，并通过摩擦作用来产生驱动力的电机。具有低速大转矩(推力)、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。1998年“超声、铁电及频率控制”杂志(IEEE Trans.Ultrason.，Ferroelect.，Freq.Contr.)第45期p1133～1139页、名称为“Standing Wave Bi-directional Linearly MovingUltrasonic Motor”(驻波双向直线运动超声电机)提出一种可实现双向直线运动的驻波超声电机，其驱动振子结构如图1所示。它包含板状金属弹性体111和压电陶瓷片112两部分。其中，在金属弹性体111上加工有三个驱动齿110，并使各驱动齿位于振子三阶和四阶弯曲振动振型的公共的相邻波腹和波节叠加区域；八片极化方向相同的矩形压电陶瓷片粘贴于金属弹性体平面处。按图1所示通电方案a或b分别给压电陶瓷片施加频率为四阶或三阶弯曲谐振频率的交流电压，使振子工作在四阶或三阶弯曲振动谐振状态，使各驱动齿端部产生同时向左或向右倾斜的振动轨迹，推动振子向左或向右运动。但它的不足之处在于：压电陶瓷采用d₃₁振动模式实现能量转换，而一般压电陶瓷d₃₁能量转换效率较低；其次胶层承受较大的剪切应力，激励电压较大时容易剥落，这些缺点限制了此类电机的大功率化。 

发明内容

本发明的目的在于解决目前超声电机存在的压电陶瓷采用d₃₁振动模式实现能量转换，而一般压电陶瓷d₃₁能量转换效率较低，其次胶层承受较大的剪切应力，激励电压较大时容易剥落的问题，提供一种可实现双向直线运动的夹心换能器式驻波超声电机。本发明由超声驱动振子、负载支架和导轨30组成，超声驱动振子由螺柱2、第一金属块3、第二金属块4、第三金属块5、第四金属块6、第五金属块7、第一组压电陶瓷片8、第二组压电陶瓷片9、第三组压电陶瓷片10、第四组压电陶瓷片11、十四个铜片电极15和四个橡 胶隔振环27组成，第一金属块3、第一组压电陶瓷片8、第二金属块4、第二组压电陶瓷片9、第三金属块5、第三组压电陶瓷片10、第四金属块6、第四组压电陶瓷片11和第五金属块7自左至右依次设置在螺柱2上，每组压电陶瓷片分别为四片，每组的四片压电陶瓷片两两之间分别设有一个铜片电极15，第一组压电陶瓷片8的右端与第二金属块4的左端之间设有一个铜片电极15，第四金属块6的右端与第四组压电陶瓷片11的左端之间设有一个铜片电极15，每组压电陶瓷片以及铜片电极15与螺柱2之间分别设有橡胶隔振环27，第二金属块4、第三金属块5和第四金属块6一侧的下端分别设有第一驱动齿12、第二驱动齿13和第三驱动齿14；负载支架由两个立架21、横板22、两个垫片23、两个立架螺钉24、四个横板螺钉25和四个橡胶隔振片26组成，两个立架21分别设置在螺柱2的两端，两个垫片23分别设置在两个立架21的外侧，螺柱2两侧的立架21和垫片23分别由立架螺钉24与螺柱2固定连接，螺柱2的左右两端、第一金属块3的左端和第五金属块7的右端与两个立架21之间，两个立架21与两个垫片23之间分别设有橡胶隔振片26，横板22的两端每端由两个横板螺钉25分别与两个立架21的上端固定连接，第二金属块4、第三金属块5和第四金属块6下端的第一驱动齿12、第二驱动齿13和第三驱动齿14分别与导轨30相连接。 

本发明的有益效果是：利用了压电陶瓷的纵向振动在夹心式换能器中激出弯曲振动驻波，当弯振陶瓷片组位于换能器的特定弯曲振型的波腹处时，对其施加该振型的谐振频率同频的电压激励，上下两对陶瓷半片交替膨胀收缩，可以激发相应的弯曲驻波振动。电机工作原理基于以下客观事实：位于弯曲驻波振动梁相邻波腹和波节之间的驱动齿端部可以产生一定倾角的斜线振动轨迹，在这种运动轨迹下，驱动齿端对导轨施加与斜线同向的作用力，该作用力可分解为与导轨垂直的法向分量和与导轨平行的轴向分量，轴向分力推动电机沿轴向运动。实现电机双向动的关键是合理布置驱动齿位置，使各驱动齿同时位于各波腹左侧或右侧，则各齿端产生同一倾向振动斜线轨迹。 

附图说明

图1是现有的驻波双向直线运动超声电机结构外形图，

图2是本发明可 实现双向直线运动的夹心换能器式驻波超声电机结构示意图，

图3是本发明可实现双向直线运动的夹心换能器式驻波超声电机剖视图，