[发明专利]基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机

说明书

技术领域

本发明公开了基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机，属于惯性直线型超声电机的技术领域。

背景技术

直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，并通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线（旋转）运动，直接推动负载。它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。

目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。在中国专利网上，从2004年开始陆续公开了申请号为200510046044.9名称为“环形驻波直线超声电机”的专利、申请号为200610132316.1名称为“棱柱型纵弯复合振子直线超声电机”的专利。近年来，南京航空航天大学研制成功了申请号为200710020963.8的专利所涉及的圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法、申请号为200810124426.2的专利所涉及的基于连续驱动杆原理的K形直线超声电机等。上述直线超声电机使用了定子结构的两项振动模态，并在驱动足处形成椭圆运动，该电机具有较大的推力和运动速度，但是两项模态要求具有相同的振动模态频率，而模态频率一致性对电机的设计提出了更高的要求。惯性直线超声电机是一类直线超声电机，它使用定子结构的一项模态，通过控制电机一项电信号输入形式，并利用动子的惯性驱动动子运动。由于惯性直线超声电机使用定子的一项模态，因此具有更加简单的结构，所以该电机更利于电机结构的小型化。

国内对于惯性式超声电机的研究非常少，申请号为200710020966.1名称为“方波驱动惯性式直线型压电电机”属于一种惯性式的压电电机，该电机定子主要由定子轴和复合压电换能器组成，动子为一带有缺口和环形凹槽的环。该电机的驱动主要是基于位移放大原理，复合压电换能器加上方波激励信号后，激发出层叠式压电陶瓷堆伸缩变形，从而引起定子轴沿轴向方向往返速度不同的振动，该专利是通过压电叠堆和利用位移放大机构来放大振幅。由于该电机没有使用结构的振动模态，振动频率低于超声频率，故不能称为超声电机。文献[Hyun-PhillKo,SangsigKim,SergjusN.Borodinas.Anoveltinyultrasoniclinearmotorusingtheradialmodeofabimorph.SensorsandActuatorsA125(2006)477–481]报道的惯性直线超声电机使用了圆形板结构的面外振动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机，利用压电陶瓷激发定子结构的一阶弯振来增加其振幅，解决了动子运动效率地低以及单项电源不能驱动电机的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机，包括：定子、底板、动子，所述定子包括：结构对称的两个矩形法兰文振子以及位于定子对称轴上的驱动杆，每个法兰文振子包括：通过螺栓固定的前端块、压电陶瓷片、夹持件、后端块，所述夹持件上开有通过螺纹与底板链接的通孔，所述压电陶瓷片安置在弯曲振动的波峰处，两个法兰文振子通过其前端块与驱动杆连接，动子套在驱动杆上。

进一步的，所述基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机中，每个法兰文振子包含位于夹持件两侧的压电陶瓷片组，其中，

每个压电陶瓷片组：包含两片压电陶瓷，各压电陶瓷片都有两个极化方向相反的分区以及分隔两分区的隔离通孔，压电陶瓷片靠近通孔一端的极化方向相互背离，压电陶瓷片远离通孔一端的极化方向与靠近通孔一端的极化方向相反。

更进一步的，所述基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机中，两个法兰文振子的前端块通过柔性铰链链接。

更进一步的，所述基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机中，通孔远离驱动杆。

更进一步的，所述基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机中，所述动子为带有开口的弹性圆环，弹性圆环的两端开有供紧固螺栓穿过的螺孔。

再进一步的，所述基于矩形板弯曲振动的惯性直线型超声电机中，驱动杆端部开有销孔。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：