本發(fā)明涉及物聯(lián)網(wǎng)電表及節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)型正反螺旋定子直線超聲電機(jī)。

背景技術(shù)：

超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷材料的逆壓電效應(yīng)，將壓電振子超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能并依靠摩擦力來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的一種新型電機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、無電磁干擾、低轉(zhuǎn)速大扭矩、分辨率高等特點(diǎn)，在微型機(jī)器人、微型飛行器、微型醫(yī)療器件等領(lǐng)域顯示出較廣闊的應(yīng)用前景。

螺旋形定子超聲微電機(jī)屬于行波型超聲電機(jī)的一種。作為當(dāng)前最具代表性及應(yīng)用最多的一類超聲電機(jī)，行波型超聲電機(jī)已經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同結(jié)構(gòu)的行波超聲電機(jī)的工作機(jī)理及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究。與現(xiàn)有行波超聲電機(jī)相比，螺旋形定子超聲電機(jī)的主要優(yōu)勢(shì)在于：（1）螺旋形定子大大提高了定、轉(zhuǎn)子間的接觸面積，有利于提高輸出力矩，降低磨損；（2）螺旋形定子結(jié)構(gòu)本身即可實(shí)現(xiàn)預(yù)緊和支撐作用，無需額外的預(yù)緊和支撐機(jī)構(gòu)；（3）螺旋形定子加工工藝簡(jiǎn)單，成本較低，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

螺旋形定子固有的螺旋結(jié)構(gòu)使其在驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還產(chǎn)生軸向驅(qū)動(dòng)力，即螺旋形定子超聲電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)是共存的，無論是用于構(gòu)造旋轉(zhuǎn)電機(jī)還是直線電機(jī)，共存的驅(qū)動(dòng)力都需要電機(jī)額外設(shè)置機(jī)構(gòu)進(jìn)行消除，也影響了超聲電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。本發(fā)明提出一種正反螺旋直線超聲電機(jī)，正、反螺旋產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力相互抵消，軸向驅(qū)動(dòng)力相互疊加，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生純直線運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種串聯(lián)型正反螺旋定子直線超聲電機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種串聯(lián)型正反螺旋定子直線超聲電機(jī)，包括定子、轉(zhuǎn)子、超聲換能器和吸振器，所述定子的一端連接超聲換能器，另一端連接吸振器，所述轉(zhuǎn)子穿接于定子內(nèi)部或套接于定子外側(cè)，所述定子由兩個(gè)旋向相反的螺旋部同軸串聯(lián)連接構(gòu)成。

進(jìn)一步的，所述定子的兩個(gè)螺旋部以串聯(lián)連接點(diǎn)為對(duì)稱中心對(duì)稱設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述定子的兩個(gè)螺旋部由一條絲線繞制，兩個(gè)螺旋部的兩外端分別延伸出一段引線形成引出端，定子通過兩個(gè)引出端分別連接超聲換能器和吸振器。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子包括由硬質(zhì)、輕質(zhì)材料構(gòu)成的棒式轉(zhuǎn)子、或者由中空管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的管狀轉(zhuǎn)子，所述棒式轉(zhuǎn)子穿接于定子的兩個(gè)螺旋部?jī)?nèi)部，所述管狀轉(zhuǎn)子套接于定子的兩個(gè)螺旋部外側(cè)。

進(jìn)一步的，所述超聲換能器為可激發(fā)超聲振動(dòng)的裝置。

進(jìn)一步的，所述吸振器為阻尼結(jié)構(gòu)或與所述超聲換能器具有一定相位關(guān)系的激振器。

本發(fā)明的有益效果是:

（1）正反螺旋定子與轉(zhuǎn)子直接配合，無需額外預(yù)緊裝置；

（2）正、反螺旋產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力方向相反，互相抵消，產(chǎn)生的軸向驅(qū)動(dòng)力方向相同，互相疊加，因而轉(zhuǎn)子為純直線運(yùn)動(dòng)；

（3）定、轉(zhuǎn)子接觸面積大，有利于提高輸出力矩，降低磨損；

（4）配合長(zhǎng)波導(dǎo)設(shè)計(jì)時(shí)，正反螺旋定子直線超聲電機(jī)非常適合微型化設(shè)計(jì)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明超聲換能器及對(duì)應(yīng)的安裝螺母示意圖；

圖3為本發(fā)明串聯(lián)型正反螺旋形定子結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明內(nèi)部貫穿式轉(zhuǎn)子示意圖；

圖5為本發(fā)明外部套裝管狀轉(zhuǎn)子示意圖;

圖6為本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例中外部套裝管狀轉(zhuǎn)子裝配示意圖;

圖7為本發(fā)明正、反螺旋對(duì)轉(zhuǎn)子作用力示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)說明：1、定子，2、轉(zhuǎn)子，21、棒式轉(zhuǎn)子，22、管狀轉(zhuǎn)子，3、超聲換能器，4、吸振器。

具體實(shí)施方式

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。

如圖1所示，一種串聯(lián)型正反螺旋定子直線超聲電機(jī)，包括定子1、轉(zhuǎn)子2、超聲換能器3和吸振器4，所述定子1的一端連接超聲換能器3，另一端連接吸振器4，所述轉(zhuǎn)子2穿接于定子1內(nèi)部或套接于定子1外側(cè)，所述定子1由兩個(gè)旋向相反的螺旋部同軸串聯(lián)連接構(gòu)成，超聲換能器3產(chǎn)生超聲振動(dòng)激發(fā)正反的兩個(gè)螺旋部產(chǎn)生行波，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子2做直線運(yùn)動(dòng)。

所述定子1的兩個(gè)螺旋部以串聯(lián)連接點(diǎn)為對(duì)稱中心對(duì)稱設(shè)置，一側(cè)螺旋部為正螺旋，另一側(cè)螺旋部為反螺旋，兩個(gè)螺旋部其余參數(shù)相同。

如圖3所示，所述定子1的兩個(gè)螺旋部由一條絲線繞制，兩個(gè)螺旋部的兩外端分別延伸出一段引線形成引出端，定子1通過兩個(gè)引出端分別連接超聲換能器3和吸振器4。

如圖4和圖5所示，所述轉(zhuǎn)子2包括由硬質(zhì)、輕質(zhì)材料構(gòu)成的棒式轉(zhuǎn)子21、或者由中空管狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的管狀轉(zhuǎn)子22，所述棒式轉(zhuǎn)子21穿接于定子1的兩個(gè)螺旋部?jī)?nèi)部，其直徑略小于螺旋部?jī)?nèi)徑，所述管狀轉(zhuǎn)子22套接于定子1的兩個(gè)螺旋部外側(cè)，其管內(nèi)徑略大于螺旋部外徑；如圖1所示，本實(shí)施例的轉(zhuǎn)子2是一種棒式轉(zhuǎn)子21，采用棒式轉(zhuǎn)子21穿接于定子1的兩個(gè)螺旋部?jī)?nèi)部；如圖6所示，另一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子2是一種管狀轉(zhuǎn)子22，采用管狀轉(zhuǎn)子22套接于定子1的兩個(gè)螺旋部外側(cè)。

如圖2所示，所述超聲換能器3為可激發(fā)超聲振動(dòng)的裝置，在本實(shí)施例中采用蘭杰文振子，本實(shí)施例中，定子1螺旋部的一個(gè)引出端與超聲換能器3通過螺母固定連接。

所述吸振器4為阻尼結(jié)構(gòu)或與所述超聲換能器3具有一定相位關(guān)系的激振器。

本發(fā)明原理

本發(fā)明中超聲換能器3激發(fā)定子1的正反兩個(gè)螺旋部產(chǎn)生行波，定子1中正螺旋部和反螺旋部對(duì)轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力都包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力和軸向驅(qū)動(dòng)力兩個(gè)分量，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力分量相互抵消，軸向驅(qū)動(dòng)力分量相互疊加，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子2產(chǎn)生純直線運(yùn)動(dòng)，消除單螺旋定子中軸向力和法向力共存的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)螺旋形定子超聲電機(jī)的純直線運(yùn)行。

此外，需要說明的是，除非特別說明或者指出，否則說明書中的術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等描述僅僅用于區(qū)分說明書中的各個(gè)組件、元素、步驟等，而不是用于表示各個(gè)組件、元素、步驟之間的邏輯關(guān)系或者順序關(guān)系等。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。