[发明专利]圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法

说明书

一、技术领域：

圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法，属超声电机领域。

二、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。目前，直线超声电机基本可以分为薄板结构和梁或者圆柱结构的两种形式，其中薄板结构的直线电机是以板的纵向振动和弯振两相模态相结合来实现电机的动子的往复运动，薄板结构的直线超声电机多采用压电陶瓷的d₃₁效应这导致电机输出力小以及效率较低，另外薄板结构电机的定子没有一种较好固定方式；梁或者圆柱结构的直线电机多采用压电陶瓷的d₃₃效应来激发定子的纵向振动来实现电机动子的往复运动，梁或者圆柱结构的直线电机多采用单足驱动，单足驱动的直线超声电机其定子有效工作周期由定子振动周期的一半，因此电机的效率较低。

三、发明内容：

本发明的目的在于研制一种结构简单、输出力大、效率高、响应速度快、应用范围更广的直线超声电机。

一种圆柱结构双轮足驱动直线超声电机，包括定子组件、动子组件及支架组件，其特征在于：所述定子组件构成是，两端带有螺纹的连杆，该连杆中间带有左右对称的两个阶梯圆柱体和左右两个阶梯圆柱体之间带有左右对称的两个驱动轮构成为左右对称的整体结构，左右两个阶梯圆柱体另一侧的左右两段连杆上均对称地套装相同的压块、两组压电陶瓷和支撑，其中一组压电陶瓷被夹持在压块与支撑之间，另一组压电陶瓷被夹持在阶梯圆柱体与支撑之间，分别通过连杆两端的螺母沿轴向将压块、两组压电陶瓷和支撑固紧在左右两段的连杆上，每组压电陶瓷是由两片相同的压电陶瓷组成，每片压电陶瓷表面镀有沿圆周方向均匀分布的扇形电极；所述动子组件包括滑块和滑条。其中滑条置于滑块中间的V型槽内，滑条下端部与定子组件中的左驱动轮和右驱动轮相接触；所述支架组件包括支架、左、右弹簧，其中支架固定在动子组件的滑块上，并通过支架下端左、右两侧两个对称的台阶上的安装通孔分别套装在定子组件的左支撑和右支撑上，左、右两个弹簧分别套装在定子组件中的左支撑和右支撑的上端，并分别通过装在左支撑上端的左支撑螺母和装在右支撑上端部的右支撑螺母调节左、右弹簧弹力，提供定子组件的预压力。

定子组件共用四组八片完全相同压电陶瓷，电机中采用电极分区数4的压电陶瓷；每组陶瓷中都使用完全相同的压电陶瓷；每组压电陶瓷中的两片压电陶瓷环相向而放，并且要求两片压电陶瓷片环中的极化分区中心线相重合；另外要求保证不同组之间的陶瓷环的极化分区线保持平行。

定子组件上靠近左侧的两组压电陶瓷经由扇形电极输入一相驱动电信号产生超声振动，激发定子组件右侧两组压电陶瓷产生沿定子轴向的弯曲振动；位于定子组件右侧的两组压电陶瓷经由扇形电极输入另一相驱动电信号产生超声振动，，激发定子组件右侧两组压电陶瓷同样产生沿定子轴向的弯曲振动；两相驻波相叠加形成沿轴向的行波，两驱动轮处于弯曲振动波峰和波谷处，同时同入两相驱动电信号时产生沿轴向的弯曲振动相互叠加，使得两驱动轮圆周上任一点都是在做刚体的旋转运动，驱动轮旋转运动经与滑条接触点附近的摩擦力共同作用于滑条，实现滑条沿滑块V型槽的双向直线运动。

本发明的圆柱结构双轮足驱动直线超声电机采用压电陶瓷的d₃₃效应来增加电机的输出力，结构上的双轮设计可以保证电机的有效工作周期为定子振动的全周期；因此圆柱结构双轮足驱动直线超声电机的电机输出特性优于以往的直线性超声电机。

四、附图说明：

图1是圆柱结构双轮足驱动超声电机定子组件结构示意图。

图2是圆柱结构双轮足驱动超声电机定、转子组建结构示意图。

图3是圆柱结构双轮足驱动超声电机结构示意图。

图4是定子组件中四组八片压电陶瓷环的极化示意图。

图5是激励定子产生两相正交的模态推动动子沿垂直于纸面向内直线运动时施加在压电陶瓷上的驱动信号示意图；(a)是左侧两组压电陶瓷驱动示意图，(b)是右侧两组压电陶瓷驱动示意图。

图6是动子沿纸面垂直向内直线运动时定子上两驱动轮在一个运动周期内的位置示意图，滑条相右等同于代表动子沿纸面垂直向内直线运动。

图7是激励定子产生两相正交的模态推动动子沿垂直于纸面相外直线运动时施加在压电陶瓷上的驱动信号示意图；(a)是左侧两组压电陶瓷驱动示意图，(b)是右侧两组压电陶瓷驱动示意图。

图8是动子沿纸面垂直外直线运动时定子上两驱动轮在一个运动周期内的位置示意图，滑条相左等同于代表动子沿纸面垂直向外直线运动。