[发明专利]端部固定的横梁式行波型直线超声波电机

说明书

本发明提供一种端部固定的横梁式行波型直线超声波电机，包括定子和动子，定子包括金属弹性体、压电陶瓷组和若干驱动齿，压电陶瓷组包括激振压电陶瓷和吸能压电陶瓷，金属弹性体的两端分别连接激振压电陶瓷的端部和吸能压电陶瓷的端部，吸能压电陶瓷的另一端部连接阻抗匹配电路的一端，阻抗匹配电路的另一端连接金属弹性体，金属弹性体的上表面中部设有等间距排布的驱动齿，驱动齿设于金属弹性体与动子间；与传统直线行波超声波电机相比，该种端部固定的具有耗能结构的行波型直线超声波电机，结构更加简单紧凑，行波分量占比高，机电能量转化效率高。

技术领域

本发明涉及一种端部固定的横梁式行波型直线超声波电机，属于超声波电机技术领域。

背景技术

目前对于大部分行波型直线超声波电机来说，一般有两种设计方案，一种是模仿环形行波型超声波电机，把定子设计为封闭式结构，以避免行波在非封闭结构中会发生端部反射的特性；目前流行的封闭式结构直线超声波电机中行波的产生方式主要是通过多块贴片式压电陶瓷以空间距离相隔四分之一波长粘结在弹性体上，通以相位互差π/2的交流电，产生两列在空间和时间上都存在相位差π/2的驻波合成行波，从而在弹性体上激励出质点的椭圆轨迹运动，进而驱动负载作直线运动，这种方式普遍有结构复杂、不易加工等问题。还有一种方案则是使用兰杰文作动器在定子一端进行激振，另一端采用另一个兰杰文作动器吸振，从而产生单向行波。

上述两种方案都存在结构复杂，体积较大，对电机加工尺寸要求较为严格的问题，不利于电机的一体化和小型化。

上述问题是在行波型直线超声波电机的设计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端部固定的横梁式行波型直线超声波电机解决现有技术中存在的结构复杂、不易加工的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种端部固定的横梁式行波型直线超声波电机，包括定子和动子，定子包括金属弹性体、压电陶瓷组和若干驱动齿，压电陶瓷组包括激振压电陶瓷和吸能压电陶瓷，金属弹性体的两端分别连接激振压电陶瓷的端部和吸能压电陶瓷的端部，吸能压电陶瓷的另一端部连接阻抗匹配电路的一端，阻抗匹配电路的另一端连接金属弹性体，金属弹性体的上表面中部设有等间距排布的驱动齿，驱动齿设于金属弹性体与动子间。

进一步地，激振压电陶瓷的的一个端部为用于与金属弹性体粘结的连接端，激振压电陶瓷的另一端部为固定端，激振压电陶瓷的极化方向为Z轴正方向，激振压电陶瓷施加电场的正方向为固定端指向金属弹性体。

进一步地，吸能压电陶瓷的一个端部为用于与金属弹性体粘结的连接端，吸能压电陶瓷的另一端部为固定端，吸能压电陶瓷的极化方向为Z轴正方向。

进一步地，激振压电陶瓷的工作模式为扭转振动模式，带动金属弹性体端部一起上下运动，从而在金属弹性体内形成入射行波分量；在金属弹性体带动下吸能压电陶瓷作剪切振动，由于压电效应，吸能压电陶瓷的固定端和金属弹性体之间产生交变电压，该交变电压通过阻抗匹配电路进行能量消耗，减少金属弹性体中反射行波分量。

进一步地，阻抗匹配电路包括匹配电感和电阻，吸能压电陶瓷的固定端通过匹配电感连接电阻的一端，电阻的另一端连接吸能压电陶瓷的连接端，吸能压电陶瓷的连接端连接金属弹性体并接地。

进一步地，金属弹性体中行波分量方向为由激振压电陶瓷端向吸能压电陶瓷端传递，驱动动子向行波分量方向的相反方向运动。

进一步地，当激振压电陶瓷设于金属弹性体的左端，吸能压电陶瓷设于金属弹性体的右端，则金属弹性体内的行波将水平向右传递，外部负载将向左作直线运动；当激振压电陶瓷设于金属弹性体的右端，吸能压电陶瓷设于金属弹性体的左端，则金属弹性体内的行波将水平向左传递，外部负载将向右作直线运动。