專利名稱：一種雙彎振梁直線型超聲電機及其電激勵方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線型超聲電機，尤其涉及一種雙彎振梁直線型超聲電機。本發(fā)
明還涉及上述雙彎振梁直線型超聲電機的電激勵方法。
背景技術(shù)：
超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動的新型微電機。直線型超聲電 機屬于超聲電機的一種。它能夠直接輸出直線運動，同時具有更高的直線定位精度，故新型 直線超聲電機是超聲電機發(fā)展的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配、安裝和應(yīng)用， 工作效率高，輸出精度高，應(yīng)用范圍廣的雙彎振梁直線型超聲電機。 本發(fā)明包括定子和動子，所述定子包括殼體和金屬薄板；所述金屬薄板包括一連 接梁和分別連接在連接梁兩端的第一振梁和第二振梁，在所述連接梁的上側(cè)面上設(shè)置一驅(qū) 動足；在所述第一振梁的下側(cè)面上粘貼單向極化的第一壓電陶瓷片，第二振梁的下側(cè)面上 粘貼單向極化的第二壓電陶瓷片；上述金屬薄板布置在殼體中與殼體相互連接；所述動子 置于連接在上述連接梁上側(cè)面的驅(qū)動足頂部，與驅(qū)動足之間接觸。 本發(fā)明是利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)，激出金屬薄板兩側(cè)振梁的一階彎曲振動模 態(tài)，而研制成的新型直線型超聲電機。本發(fā)明中單向極化的壓電陶瓷片受電場作用會產(chǎn)生 變形。由于壓電陶瓷的(131壓電效應(yīng)，一片壓電陶瓷片在交變電場作用下，就可使定子兩側(cè) 的矩形復(fù)合彈性體產(chǎn)生橫向彎曲振動。當(dāng)在兩側(cè)的壓電陶瓷片上施加的電壓信號相位差為 90°時，驅(qū)動足的運動軌跡就形成了一個橢圓。動子置于驅(qū)動足的頂部，與驅(qū)動足之間壓緊 接觸。故橢圓運動就會通過動子和驅(qū)動足之間的摩擦力推動動子進行直線運動，動子可輸 出一定的速度和推力。本發(fā)明中的雙彎振梁直線型超聲電機結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配、安 裝和應(yīng)用，工作效率高，輸出精度高，應(yīng)用范圍廣，特別適合于微型、精密機械的驅(qū)動裝置。
作為本發(fā)明的改進，在所述第一振梁的側(cè)邊上和第二振梁的側(cè)邊上分別連接兩個 或兩個以上支撐足，每個支撐足布置在相應(yīng)振梁的一階彎曲振動的節(jié)線處；所述金屬薄板 借助于上述支撐足與殼體的豎向側(cè)面相互連接。 借助于支撐足可方便金屬薄片與殼體之間的連接。支撐足布置在相應(yīng)振梁的一階
彎曲振動的節(jié)線處，可避免影響振梁的振型，從而使驅(qū)動足獲得較好的橢圓運動。 作為本發(fā)明的改進，上述第一振梁、第二振梁、單向極化的第一壓電陶瓷片和單向
極化的第二壓電陶瓷片都呈矩形狀；所述金屬薄板呈工字型的對稱結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供上述雙彎振梁直線型超聲電機的電激
勵方法。 上述方法是使用相位差為90°的正弦信號或余弦信號，同時激勵單向極化的第一 壓電陶瓷片和單向極化的第二壓電陶瓷片，從而金屬薄板上的驅(qū)動足產(chǎn)生橢圓運動，由驅(qū)動足和動子之間的摩擦力推動動子進行直線運動。


圖1是雙彎振梁直線型超聲電機定子的俯視圖； 圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖； 圖3是壓電陶瓷片的電激勵信號相位圖； 圖4是驅(qū)動足橢圓運動軌跡合成圖； 圖5是雙彎振梁直線型超聲電機的工作原理示意圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本實施方式中的雙彎振梁直線型超聲電機的定子，包括殼體1 和金屬薄板2。 所述金屬薄板2包括第一矩形振梁2-l、第二矩形振梁2-2和連接梁2-3。上述第
一矩形振梁2-1和第二矩形振梁2-2分別連接在連接梁2-3的兩端，形成工字型的對稱結(jié)
構(gòu)。在所述第一矩形振梁2-1的側(cè)邊上連接兩個第一支撐足2-4 ;在所述第二矩形振梁2-2
的側(cè)邊上對稱地連接兩個第二支撐足2-5。上述每個支撐足分別布置在相應(yīng)振梁的一階彎
曲振動的節(jié)線處。另外，在所述連接梁2-3的上側(cè)面上設(shè)置一驅(qū)動足2-6。 上述金屬薄板2布置在殼體1中，借助于第一支撐足2-4和第二支撐足2-5與殼
體l的豎向側(cè)面相互連接。 在所述第一矩形振梁2-1和第二矩形振梁2-2的下側(cè)面上通過膠粘劑分別粘貼第 一壓電陶瓷片3-1和第二壓電陶瓷片3-2。上述第一壓電陶瓷片3-1和第二壓電陶瓷片3-2 都呈矩形狀。 每片壓電陶瓷片表面鍍銀，不分區(qū)，單向極化。極化后的壓電陶瓷片受電場作用會 產(chǎn)生變形。由于壓電陶瓷的(131壓電效應(yīng)，一片壓電陶瓷片在交變電場作用下，就可使定子 兩側(cè)的矩形復(fù)合彈性體產(chǎn)生橫向彎曲振動。當(dāng)在兩側(cè)的壓電陶瓷片上施加的電壓信號相位 差為90°時，例如一側(cè)施加正弦交變信號sin"t，而另一側(cè)施加余弦交變信號cos"t，且
" < "2時(G^為定子的同相彎振模態(tài)頻率；G^為定子的反相彎振模態(tài)頻率)，驅(qū)
動足的運動軌跡就形成了一個橢圓，如圖3和圖4所示。 如圖5所示，當(dāng)動子4置于驅(qū)動足2-6的頂部時，該橢圓運動就會通過摩擦力推動 動子4進行直線運動；如果在驅(qū)動足2-6和動子4之間施加一定的預(yù)壓力5，動子4便可輸 出一定的速度和推力。圖中標(biāo)號6指出了驅(qū)動足2-6頂點運動的橢圓形軌跡；標(biāo)號7指出 了動子4的運動方向。
權(quán)利要求
一種雙彎振梁直線型超聲電機，包括定子和動子，其特征在于所述定子包括殼體和金屬薄板；所述金屬薄板包括一連接梁和分別連接在連接梁兩端的第一振梁和第二振梁，在所述連接梁的上側(cè)面上設(shè)置一驅(qū)動足；在所述第一振梁的下側(cè)面上粘貼單向極化的第一壓電陶瓷片，第二振梁的下側(cè)面上粘貼單向極化的第二壓電陶瓷片；上述金屬薄板布置在殼體中與殼體相互連接；所述動子置于連接在上述連接梁上側(cè)面的驅(qū)動足頂部，與驅(qū)動足之間接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙彎振梁直線型超聲電機，其特征在于在所述第一振梁的 側(cè)邊上和第二振梁的側(cè)邊上分別連接兩個或兩個以上支撐足，每個支撐足布置在相應(yīng)振梁 的一階彎曲振動的節(jié)線處；所述金屬薄板借助于上述支撐足與殼體的豎向側(cè)面相互連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙彎振梁直線型超聲電機，其特征在于上述第一振梁、 第二振梁、單向極化的第一壓電陶瓷片和單向極化的第二壓電陶瓷片都呈矩形狀；所述金 屬薄板呈工字型的對稱結(jié)構(gòu)。
4. 一種基于如權(quán)利要求1所述的雙彎振梁直線型超聲電機的電激勵方法，其特征在 于使用相位差為90°的正弦信號或余弦信號，同時激勵單向極化的第一壓電陶瓷片和單 向極化的第二壓電陶瓷片，從而金屬薄板上的驅(qū)動足產(chǎn)生橢圓運動，由驅(qū)動足和動子之間 的摩擦力推動動子進行直線運動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙彎振梁直線型超聲電機及其電激勵方法。上述超聲電機包括定子和動子，定子包括殼體和金屬薄板；金屬薄板包括連接梁和分別連接在連接梁兩端的第一振梁和第二振梁，在連接梁的上側(cè)面上設(shè)置驅(qū)動足；在第一振梁和第二振梁的下側(cè)面上分別粘貼單向極化的第一壓電陶瓷片和單向極化的第二壓電陶瓷片；金屬薄板布置在殼體中與殼體相互連接；動子與驅(qū)動足之間接觸。上述電激勵方法是使用相位差為90°的正弦信號或余弦信號，同時激勵兩個壓電陶瓷片，從而金屬薄板上的驅(qū)動足產(chǎn)生橢圓運動，由驅(qū)動足和動子之間的摩擦力推動動子進行直線運動。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、裝配、安裝和應(yīng)用，工作效率高，輸出精度高，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點。
文檔編號H02N2/02GK101789714SQ20101012508
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 朱華, 王寅 申請人:南京航空航天大學(xué)