雙翼形直線超聲電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙翼形直線超聲電機(jī)。它包括定子和動(dòng)子，定子為一個(gè)帶雙翼的空心圓柱體，其圓孔內(nèi)加工有內(nèi)螺紋，雙翼的上下表面粘貼壓電陶瓷片，動(dòng)子為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動(dòng)子通過螺紋旋配。電機(jī)工作振動(dòng)模態(tài)：當(dāng)定子雙翼同向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第一個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)；當(dāng)定子雙翼反向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第二個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)。利用兩相具有相位差的正弦信號(hào)激勵(lì)出定子的兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，使它們具有合適的響應(yīng)相位差，定子將驅(qū)動(dòng)動(dòng)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)。該直線超聲電機(jī)推重比大、工作效率高、易于小型化、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低。
【專利說明】雙翼形直線超聲電機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線超聲電機(jī)，特別涉及一種雙翼形直線超聲電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]直線超聲電機(jī)相對(duì)于電磁式直線電機(jī)，具有可控性能好、斷電自鎖、低速輸出、無電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。在精密驅(qū)動(dòng)、儀器儀表、智能機(jī)器人、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前國(guó)內(nèi)直線超聲電機(jī)技術(shù)正在快速發(fā)展，而微型螺紋直線超聲電機(jī)備受關(guān)注。國(guó)家專利CN200480032928.2提出一種螺桿直線超聲電機(jī)，該電機(jī)利用兩個(gè)一階彎振模態(tài)工作，驅(qū)動(dòng)螺紋軸沿旋轉(zhuǎn)軸方向直線移動(dòng)。國(guó)家專利CN200510114849.2、CN200720172974.3提出了一種多面體直線超聲電機(jī)，定子通過激發(fā)其面內(nèi)彎曲行波，來驅(qū)動(dòng)動(dòng)子旋轉(zhuǎn)并沿軸向直線運(yùn)動(dòng)。國(guó)家專利CN200920106281.3提出一種一端或中部固定的螺紋直線超聲電機(jī)，其利用兩個(gè)彎振模態(tài)工作，驅(qū)動(dòng)螺桿沿軸向直線運(yùn)動(dòng)。國(guó)家專利CN201110120487.3公開了一種模態(tài)轉(zhuǎn)換型直線超聲電機(jī)，其通過縱扭模態(tài)轉(zhuǎn)換器將縱向振動(dòng)轉(zhuǎn)換為扭振，驅(qū)動(dòng)動(dòng)子旋轉(zhuǎn)并沿軸向直線運(yùn)動(dòng)。國(guó)家專利CN201210371158.0公開了螺紋直線超聲電機(jī)，其螺紋副為可更換的。這些螺紋副驅(qū)動(dòng)直線超聲電機(jī)具有運(yùn)行速度低無需減速、定位精度高、易于微型化等特點(diǎn)。但目前隨著個(gè)人便攜式電子設(shè)備和微型機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)展，不單對(duì)電機(jī)結(jié)構(gòu)微型化、低制作成本提出了要求，而且針對(duì)不同電子設(shè)備的狹小安裝空間，需要更多結(jié)構(gòu)樣式的微型直線電機(jī)，以使其能與電子設(shè)備融合集成，減小整體體積。與此同時(shí)，還對(duì)微型直線電機(jī)提出了大輸出力、低能耗、高工作效率等要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)已有技術(shù)中的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、推重比大、工作效率高的雙翼形直線超聲電機(jī)。
[0004]一種雙翼形直線超聲電機(jī)，包括定子和動(dòng)子。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:其特征在于:所述定子為一個(gè)帶雙翼的空心圓柱體，其圓孔內(nèi)加工有內(nèi)螺紋，雙翼的上下表面粘貼有壓電陶瓷片，或者，只在雙翼的上表面或下表面粘貼有壓電陶瓷片，動(dòng)子為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動(dòng)子通過螺紋旋配。
[0005]上述的雙翼形直線超聲電機(jī)，其特征在于:其工作振動(dòng)模態(tài)為:當(dāng)定子雙翼同向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第一個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進(jìn)行左右運(yùn)動(dòng)；當(dāng)定子雙翼反向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第二個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。
[0006]上述的雙翼形直線超聲電機(jī)，其特征在于:其運(yùn)作方式為:利用正弦信號(hào)給左翼壓電陶瓷片供電，利用有一定相位差的另一正弦信號(hào)給右翼壓電陶瓷片供電，激發(fā)出定子的兩個(gè)同頻工作振動(dòng)模態(tài)，使定子前后兩端驅(qū)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動(dòng)，并驅(qū)動(dòng)動(dòng)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)。通過改變兩正弦信號(hào)的相位差，來改變兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)的響應(yīng)相位差，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)子反向直線運(yùn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn):(I)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。電機(jī)定子帶雙翼的空心圓柱結(jié)構(gòu)通過雙翼放大了電機(jī)轉(zhuǎn)換的效果，利于更多的電能轉(zhuǎn)換為振動(dòng)能，并使得雙翼的振動(dòng)能聚集于空心圓柱結(jié)構(gòu)，以驅(qū)動(dòng)動(dòng)子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)利于提高微型螺紋直線電機(jī)的輸出力、提高推重比。(2)工作振動(dòng)模態(tài)創(chuàng)新。通過雙翼同向與反向變形的配合，實(shí)現(xiàn)空心圓柱結(jié)構(gòu)前后端驅(qū)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的橢圓運(yùn)動(dòng)，來推動(dòng)動(dòng)子正反向直線運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于小型化、輸出力與推重比大、工作效率高、低速直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明雙翼形直線超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明直線超聲電機(jī)定子第一個(gè)工作模態(tài)的振型圖。
[0010]圖3是本發(fā)明直線超聲電機(jī)定子第二個(gè)工作模態(tài)的振型圖。
[0011]圖4是本發(fā)明直線超聲電機(jī)電激勵(lì)接線圖及壓電陶瓷片極化方向示意圖，圖中箭頭代表壓電陶瓷片的極化方向。
[0012]圖5是本發(fā)明直線超聲電機(jī)工作原理示意圖，其中橢圓軌跡是定子空心圓柱結(jié)構(gòu)前端驅(qū)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明提出的雙翼形直線超聲電機(jī)的優(yōu)先實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
本雙翼形直線超聲電機(jī)如圖1所示。其特點(diǎn):定子11為一個(gè)帶雙翼的空心圓柱體，其圓孔內(nèi)加工有內(nèi)螺紋，雙翼的上下表面粘貼有壓電陶瓷片13、14、15、16，或者，只在雙翼的上表面或下表面粘貼有壓電陶瓷片，動(dòng)子12為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動(dòng)子通過螺紋旋配。定子驅(qū)動(dòng)動(dòng)子旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)，圖1中31為動(dòng)子的旋轉(zhuǎn)方向，32為動(dòng)子的直線運(yùn)動(dòng)方向。
[0014]實(shí)施例二:本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:
本雙翼形直線超聲電機(jī)所利用的兩個(gè)工作模態(tài)的振型如圖2和圖3所示。圖2的工作豐吳態(tài)其特點(diǎn):定子雙翼同向彎曲振動(dòng)時(shí)，空心圓柱如后兩端進(jìn)行左右運(yùn)動(dòng)。其中雙翼向右側(cè)彎曲時(shí)，空心圓柱如后兩端向左運(yùn)動(dòng)；其中雙翼向左側(cè)彎曲時(shí)，空心圓柱如后兩端向右運(yùn)動(dòng)。圖3的工作模態(tài)其特點(diǎn):定子雙翼反向彎曲振動(dòng)時(shí)，空心圓柱前后兩端進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。其中左翼向左側(cè)彎曲而右翼向右側(cè)彎曲時(shí)，空心圓柱前后兩端向上運(yùn)動(dòng)；左翼向右側(cè)彎曲而右翼向左側(cè)彎曲時(shí)，空心圓柱前后兩端向下運(yùn)動(dòng)。
[0015]實(shí)施例三:本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，特別之處如下:
所述的雙翼形直線超聲電機(jī)的一種壓電陶瓷片的具體布置方式及電信號(hào)激勵(lì)接線方式如圖4所示。電機(jī)左翼的兩側(cè)粘貼有壓電陶瓷片13、14，右翼的兩側(cè)粘貼有壓電陶瓷片
15、16，壓電陶瓷片的極化方向如圖4箭頭所示。也可左翼只粘貼壓電陶瓷片13或14，右翼只粘貼有壓電陶瓷片15或16。當(dāng)信號(hào)輸入端I接入正弦電壓信號(hào)A=ZftlSin(on)，信號(hào)輸入端2接入正弦電壓信號(hào)E=If0Sin (ω t+ 0)，信號(hào)輸入端3接地，會(huì)激勵(lì)出定子的兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，它們的響應(yīng)相位差為Φ。當(dāng)兩正弦電信號(hào)的相位差Φ取適合值時(shí)，定子驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)。通過改變兩正弦信號(hào)的相位差0，可以改變兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)的響應(yīng)相位差，實(shí)現(xiàn)動(dòng)子反向直線運(yùn)動(dòng)。
[0016]圖5是雙翼形直線超聲電機(jī)工作原理示意圖，電機(jī)定子壓電陶瓷片的布置方式與驅(qū)動(dòng)信號(hào)加載方式如圖4，給信號(hào)輸入端I提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)A=ZftlSin(on)，同時(shí)給信號(hào)輸入端
2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)A=FciCos (ω t),信號(hào)輸入端3接地。圖5所示為定子驅(qū)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)動(dòng)子一工作周期的示意圖。狀態(tài)(I) 一狀態(tài)(2) —狀態(tài)(3)為定子驅(qū)動(dòng)動(dòng)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一個(gè)步長(zhǎng)，而且旋轉(zhuǎn)的角度通過螺紋作用轉(zhuǎn)換為動(dòng)子軸向的直線運(yùn)動(dòng)。狀態(tài)(3) —狀態(tài)(4) 一狀態(tài)
(I)為定子脫離動(dòng)子進(jìn)行復(fù)位，準(zhǔn)備下一周期的驅(qū)動(dòng)。如此高頻重復(fù)，可使動(dòng)子持續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)給信號(hào)輸入端I提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)A=Fcicos (on)，同時(shí)給信號(hào)輸入端2提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)A=FtlSin (ω t)，信號(hào)輸入端3接地，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)子反向直線運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙翼形直線超聲電機(jī)，包括定子(11)和動(dòng)子(12)，其特征在于:所述定子(11)為一個(gè)帶雙翼的空心圓柱體，其圓孔內(nèi)加工有內(nèi)螺紋，雙翼的上下表面粘貼有壓電陶瓷片(13、14、15、16)，或者，只在雙翼的上表面或下表面粘貼有壓電陶瓷片，動(dòng)子(12)為一帶外螺紋的圓柱體，定子(11)與動(dòng)子(12)通過螺紋旋配。
2.如權(quán)利要求1所述的雙翼形直線超聲電機(jī)，其特征在于:其工作振動(dòng)模態(tài)為:當(dāng)定子(11)上的雙翼(13、14、15、16)同向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第一個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進(jìn)行左右運(yùn)動(dòng)；當(dāng)定子(11)上的雙翼(13、14、15、16)反向彎曲振動(dòng)時(shí)，激發(fā)定子第二個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙翼形直線超聲電機(jī)，其特征在于:其運(yùn)作方式為:利用兩相具有相位差的正弦信號(hào)分別給左右雙翼上的壓電陶瓷片(13、14、15、16)供電，激勵(lì)出定子(11)的兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)，使它們具有設(shè)計(jì)的響應(yīng)相位差，定子將驅(qū)動(dòng)動(dòng)子(12)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)；通過改變兩正弦信號(hào)的相位差，以改變兩個(gè)工作振動(dòng)模態(tài)的響應(yīng)相位差，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)子反向直線運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】H02N2/04GK103580533SQ201310389544
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】張健滔, 李朝東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)