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。它包括定子和動子，定子為一個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，動子為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動子通過螺紋旋配。電機工作振動模態(tài)：當(dāng)定子雙翼同向彎曲振動時，激發(fā)定子第一個工作振動模態(tài)；當(dāng)定子雙翼反向彎曲振動時，激發(fā)定子第二個工作振動模態(tài)。利用兩相具有相位差的正弦信號激勵出定子的兩個工作振動模態(tài)，使它們具有合適的響應(yīng)相位差，定子將驅(qū)動動子進行旋轉(zhuǎn)直線運動。該直線超聲電機推重比大、工作效率高、易于小型化、制作工藝簡單、成本低。
【專利說明】雙翼形直線超聲電機
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種直線超聲電機，特別涉及一種雙翼形直線超聲電機。
【背景技術(shù)】
[0002]直線超聲電機相對于電磁式直線電機，具有可控性能好、斷電自鎖、低速輸出、無電磁干擾等優(yōu)點。在精密驅(qū)動、儀器儀表、智能機器人、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)直線超聲電機技術(shù)正在快速發(fā)展，而微型螺紋直線超聲電機備受關(guān)注。國家專利CN200480032928.2提出一種螺桿直線超聲電機，該電機利用兩個一階彎振模態(tài)工作，驅(qū)動螺紋軸沿旋轉(zhuǎn)軸方向直線移動。國家專利CN200510114849.2、CN200720172974.3提出了一種多面體直線超聲電機，定子通過激發(fā)其面內(nèi)彎曲行波，來驅(qū)動動子旋轉(zhuǎn)并沿軸向直線運動。國家專利CN200920106281.3提出一種一端或中部固定的螺紋直線超聲電機，其利用兩個彎振模態(tài)工作，驅(qū)動螺桿沿軸向直線運動。國家專利CN201110120487.3公開了一種模態(tài)轉(zhuǎn)換型直線超聲電機，其通過縱扭模態(tài)轉(zhuǎn)換器將縱向振動轉(zhuǎn)換為扭振，驅(qū)動動子旋轉(zhuǎn)并沿軸向直線運動。國家專利CN201210371158.0公開了螺紋直線超聲電機，其螺紋副為可更換的。這些螺紋副驅(qū)動直線超聲電機具有運行速度低無需減速、定位精度高、易于微型化等特點。但目前隨著個人便攜式電子設(shè)備和微型機械產(chǎn)品的發(fā)展，不單對電機結(jié)構(gòu)微型化、低制作成本提出了要求，而且針對不同電子設(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，以使其能與電子設(shè)備融合集成，減小整體體積。與此同時，還對微型直線電機提出了大輸出力、低能耗、高工作效率等要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對已有技術(shù)中的不足，提出一種結(jié)構(gòu)簡單、易于制作、推重比大、工作效率高的雙翼形直線超聲電機。
[0004]一種雙翼形直線超聲電機，包括定子和動子。為達到上述目的，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，動子為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動子通過螺紋旋配。
[0005]上述的雙翼形直線超聲電機，其特征在于:其工作振動模態(tài)為:當(dāng)定子雙翼同向彎曲振動時，激發(fā)定子第一個工作振動模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進行左右運動；當(dāng)定子雙翼反向彎曲振動時，激發(fā)定子第二個工作振動模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進行上下運動。
[0006]上述的雙翼形直線超聲電機，其特征在于:其運作方式為:利用正弦信號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給右翼壓電陶瓷片供電，激發(fā)出定子的兩個同頻工作振動模態(tài)，使定子前后兩端驅(qū)動質(zhì)點產(chǎn)生橢圓運動，并驅(qū)動動子進行旋轉(zhuǎn)直線運動。通過改變兩正弦信號的相位差，來改變兩個工作振動模態(tài)的響應(yīng)相位差，可以實現(xiàn)動子反向直線運動。
[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質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點:(I)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。電機定子帶雙翼的空心圓柱結(jié)構(gòu)通過雙翼放大了電機轉(zhuǎn)換的效果，利于更多的電能轉(zhuǎn)換為振動能，并使得雙翼的振動能聚集于空心圓柱結(jié)構(gòu)，以驅(qū)動動子旋轉(zhuǎn)運動。該結(jié)構(gòu)利于提高微型螺紋直線電機的輸出力、提高推重比。(2)工作振動模態(tài)創(chuàng)新。通過雙翼同向與反向變形的配合，實現(xiàn)空心圓柱結(jié)構(gòu)前后端驅(qū)動質(zhì)點的橢圓運動，來推動動子正反向直線運動。本發(fā)明電機具有結(jié)構(gòu)簡單、易于小型化、輸出力與推重比大、工作效率高、低速直接驅(qū)動等特點。
【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結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2是本發(fā)明直線超聲電機定子第一個工作模態(tài)的振型圖。
[0010]圖3是本發(fā)明直線超聲電機定子第二個工作模態(tài)的振型圖。
[0011]圖4是本發(fā)明直線超聲電機電激勵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)動質(zhì)點的運動軌跡。
【具體實施方式】
[0013]本發(fā)明提出的雙翼形直線超聲電機的優(yōu)先實施例結(jié)合附圖詳述如下:
實施例一:
本雙翼形直線超聲電機如圖1所示。其特點:定子11為一個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，動子12為一帶外螺紋的圓柱體，定子與動子通過螺紋旋配。定子驅(qū)動動子旋轉(zhuǎn)直線運動，圖1中31為動子的旋轉(zhuǎn)方向，32為動子的直線運動方向。
[0014]實施例二:本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下:
本雙翼形直線超聲電機所利用的兩個工作模態(tài)的振型如圖2和圖3所示。圖2的工作豐吳態(tài)其特點:定子雙翼同向彎曲振動時，空心圓柱如后兩端進行左右運動。其中雙翼向右側(cè)彎曲時，空心圓柱如后兩端向左運動；其中雙翼向左側(cè)彎曲時，空心圓柱如后兩端向右運動。圖3的工作模態(tài)其特點:定子雙翼反向彎曲振動時，空心圓柱前后兩端進行上下運動。其中左翼向左側(cè)彎曲而右翼向右側(cè)彎曲時，空心圓柱前后兩端向上運動；左翼向右側(cè)彎曲而右翼向左側(cè)彎曲時，空心圓柱前后兩端向下運動。
[0015]實施例三:本實施例與實施例二基本相同，特別之處如下:
所述的雙翼形直線超聲電機的一種壓電陶瓷片的具體布置方式及電信號激勵接線方式如圖4所示。電機左翼的兩側(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)信號輸入端I接入正弦電壓信號A=ZftlSin(on)，信號輸入端2接入正弦電壓信號E=If0Sin (ω t+ 0)，信號輸入端3接地，會激勵出定子的兩個工作振動模態(tài)，它們的響應(yīng)相位差為Φ。當(dāng)兩正弦電信號的相位差Φ取適合值時，定子驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)直線運動。通過改變兩正弦信號的相位差0，可以改變兩個工作振動模態(tài)的響應(yīng)相位差，實現(xiàn)動子反向直線運動。
[0016]圖5是雙翼形直線超聲電機工作原理示意圖，電機定子壓電陶瓷片的布置方式與驅(qū)動信號加載方式如圖4，給信號輸入端I提供驅(qū)動信號A=ZftlSin(on)，同時給信號輸入端
2提供驅(qū)動信號A=FciCos (ω t),信號輸入端3接地。圖5所示為定子驅(qū)動質(zhì)點驅(qū)動動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)動動子逆時針旋轉(zhuǎn)一個步長，而且旋轉(zhuǎn)的角度通過螺紋作用轉(zhuǎn)換為動子軸向的直線運動。狀態(tài)(3) —狀態(tài)(4) 一狀態(tài)
(I)為定子脫離動子進行復(fù)位，準備下一周期的驅(qū)動。如此高頻重復(fù)，可使動子持續(xù)逆時針旋轉(zhuǎn)直線運動。當(dāng)給信號輸入端I提供驅(qū)動信號A=Fcicos (on)，同時給信號輸入端2提供驅(qū)動信號A=FtlSin (ω t)，信號輸入端3接地，可實現(xiàn)動子反向直線運動。
【權(quán)利要求】
1.一種雙翼形直線超聲電機，包括定子(11)和動子(12)，其特征在于:所述定子(11)為一個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，動子(12)為一帶外螺紋的圓柱體，定子(11)與動子(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，其特征在于:其工作振動模態(tài)為:當(dāng)定子(11)上的雙翼(13、14、15、16)同向彎曲振動時，激發(fā)定子第一個工作振動模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進行左右運動；當(dāng)定子(11)上的雙翼(13、14、15、16)反向彎曲振動時，激發(fā)定子第二個工作振動模態(tài)，空心圓柱體前后兩端進行上下運動。
3.如權(quán)利要求1所述的雙翼形直線超聲電機，其特征在于:其運作方式為:利用兩相具有相位差的正弦信號分別給左右雙翼上的壓電陶瓷片(13、14、15、16)供電，激勵出定子(11)的兩個工作振動模態(tài)，使它們具有設(shè)計的響應(yīng)相位差，定子將驅(qū)動動子(12)進行旋轉(zhuǎn)直線運動；通過改變兩正弦信號的相位差，以改變兩個工作振動模態(tài)的響應(yīng)相位差，可實現(xiàn)動子反向直線運動。
【文檔編號】H02N2/04GK103580533SQ201310389544
【公開日】2014年2月12日 申請日期: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 申請人:上海大學(xué)