[发明专利]基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机

说明书

本发明提供一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子和下动子，上动子和下动子分别设于定子单元的两侧，定子单元包括金属弹性体、端部压电陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驱动足、右下驱动足、左上驱动足和左下驱动足，端部压电陶瓷包括右端压电陶瓷和左端压电陶瓷，定子单元采用质量异向偏心的定子单元；该电机通过构建定子单元质量的异向偏心，形成一阶纵振和二阶弯振的耦合模态，不需要进行模态简并，同时利用定子单元的耦合特征，仅在弯振方向施加激励即可同时实现弯振振型和纵振振型的激发。该电机结构紧凑、设计较为简洁。

技术领域

本发明涉及一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机。

背景技术

对于直线式驻波型超声波电机，可分为单模态直线型超声波电机与多模态直线型超声波电机。其中的多模态直线型超声波电机，现有较多的类型为纵-弯复合、纵-纵复合、纵-扭复合、弯-弯复合，目前研究已经较为完善。

但是上述这些复合型直线超声波电机需要调节定子单元的尺寸以拉近两种工作所需的振动模态的频率实现模态简并，从而在同一频率下同时激发两种工作模态形成一种复合模态，因此设计较为复杂。

上述问题是在基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机的设计与生产过程中应当予以考虑并解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机解决现有技术中存在的需要调节定子单元的尺寸以拉近两种工作所需的振动模态的频率实现模态简并，从而在同一频率下同时激发两种工作模态形成一种复合模态，使得结构设计复杂的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，包括定子单元和动子单元，动子单元包括上动子和下动子，上动子和下动子分别设于定子单元的两侧，定子单元包括金属弹性体、端部压电陶瓷、右上突出部、右下突出部、左上突出部、左下突出部、右上驱动足、右下驱动足、左上驱动足和左下驱动足，端部压电陶瓷包括右端压电陶瓷和左端压电陶瓷，金属弹性体的右端由上而下依次设有右上突出部、右端压电陶瓷和右下突出部，金属弹性体的左端由上而下依次设有左上突出部、左端压电陶瓷和左下突出部，定子单元采用质量异向偏心的定子单元，左上驱动足设于左上突出部上表面的最左侧，左下驱动足设于左下突出部下表面的最左侧，右上驱动足设于右上突出部上表面的最右侧，右下驱动足设于右下突出部下表面的最右侧。

进一步地，左端压电陶瓷和右端压电陶瓷的极化方向均为Z轴正方向，对左右两端的左端压电陶瓷和右端压电陶瓷施加同向高频电场，左端压电陶瓷和右端压电陶瓷发生扭转振动，在定子单元中激发出一阶纵振与二阶弯振耦合的振动模态振型。

进一步地，质量异向偏心的定子单元是以x轴方向的中心点为分界线，且分界线平行于z轴，分界线左右两部分金属弹性体的等效质心分别沿z轴方向向上或向下异向偏离金属弹性体高度方向上的中心线，其中的中心线平行于x轴，且位于金属弹性体的z轴方向上的一半高度位置。

进一步地，右上驱动足质量大于右下驱动足质量，左上驱动足质量小于左下驱动足质量，以实现定子单元的质量异向偏心。

进一步地，在金属弹性体的左右两部分的上表面和下表面分别挖去相同形状的质量体，以实现定子单元的质量异向偏心。

本发明的有益效果是：

一、该种基于异向偏心式定子的纵弯耦合型直线超声波电机，通过构建定子单元质量的异向偏心，形成一阶纵振和二阶弯振的耦合模态，不需要进行模态简并，同时利用定子单元的耦合特征，仅在弯振方向施加激励即可同时实现弯振振型和纵振振型的激发。该电机结构紧凑、设计较为简洁。