CN106505907B - 一种可双向直线运行的单相超声波电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可双向直线运行的单相超声波电机，包括底座、压电陶瓷和金属弹性体，还包括U形支撑座和设置在底座上的动子，所述动子上表面沿着长度方向设置有凸起，所述底座上表面均匀设置有若干个向下凹陷的直线凹槽，所述动子的下表面设置有与底座上表面直线凹槽相对应的、向上凹陷的直线凹槽，底座和动子之间的每对直线凹槽内设置有滚珠，U形支撑座的尾部设置在底座的两侧，所述金属弹性体设置有可放置压电陶瓷的中空部，所述金属弹性体的一端通过弹簧与U形支撑座相连且另一端与动子上表面的凸起接触。该超声波电机仅需单相电源供电、通过改变电源频率可实现双向直线运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种可双向直线运行的单相超声波电机。
背景技术
超声波电机采用了与传统电磁电机完全不同的驱动原理，不需要使用线圈，利用压电陶瓷的逆压电效应激发金属弹性体的超声振动，并通过摩擦耦合输出驱动力，实现旋转或直线运动。因此，超声波电机相比电磁电机具有动态响应快、低速大转矩、断电自锁、电磁兼容性好等优点，在非连续运动领域、精密控制领域、智能机器人等场合具有广阔的应用前景。
为了实现超声波电机的双向运行，一般需要相位互差一定角度的两相或两相以上的电源供电，通过改变相位的超前和滞后关系，改变电机的运行方向。而一般由单相电源供电的超声波电机，结构相对简单，对电源的要求也简单，只要提供单相高频交流电即可，但大多数单相超声波电机只能实现单方向运行，在需要改变运行方向的场合难以应用。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种可双向直线运行的单相超声波电机，结构简单，仅需单相电源供电、通过改变电源频率可实现双向直线运行。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种可双向直线运行的单相超声波电机，包括底座、压电陶瓷和金属弹性体，还包括U形支撑座和设置在底座上的动子，所述动子上表面沿着长度方向设置有凸起，所述底座上表面均匀设置有若干个向下凹陷的直线凹槽，所述动子的下表面设置有与底座上表面直线凹槽相对应的、向上凹陷的直线凹槽，底座和动子之间的每对直线凹槽内设置有滚珠，U形支撑座的尾部设置在底座的两侧，所述金属弹性体设置有可放置压电陶瓷的中空部，所述金属弹性体的一端通过弹簧与U形支撑座相连且另一端与动子上表面的凸起接触。
优选，所述压电陶瓷为长方体结构并置于所述金属弹性体中空部的内侧。
优选，金属弹性体与动子的安装夹角为50°。
优选，所述动子上表面凸起的横截面呈半圆形。
优选，所述金属弹性体与所述动子接触的部位设置有与动子凸起结构表面弧度一致的圆弧凹槽。
优选，所述弹簧为金属弹性体与动子接触的部位提供预压力，弹簧通过金属垫片和螺母固定在U形支撑座顶部。
本发明的有益效果是：
超声波电机整体结构简单，只需要单相交流电驱动，通过选择适当的电源频率，可以实现电机的向前或向后的直线运动，并且向前和向后直线运动的性能可达到基本相同。
附图说明
图1是本发明一种可双向直线运行的单相超声波电机的结构示意图；
图2是本发明一种可双向直线运行的单相超声波电机的结构爆炸图；
图3是本发明金属弹性体的结构示意图；
图4是本发明金属弹性体与动子安装夹角及动子运动方向示意图；
附图的标记含义如下：
1：压电陶瓷；2：金属弹性体；3：动子；4：底座；5：U形支撑座；6：弹簧；7：金属垫片；8：螺母；9：直线凹槽；10：滚珠；11：圆弧凹槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1-4所示，一种可双向直线运行的单相超声波电机，包括底座4、压电陶瓷1和金属弹性体2，还包括U形支撑座5和设置在底座4上的动子3，动子3上表面沿着长度方向设置有凸起，底座4上表面均匀设置有若干个向下凹陷的直线凹槽9，动子3的下表面设置有与底座4上表面直线凹槽9相对应的、向上凹陷的直线凹槽9，底座4和动子3之间的每对直线凹槽9（底座4上表面和动子3下表面一一对应的上下两个直线凹槽组成一对直线凹槽）内设置有滚珠10，U形支撑座5的尾部（设定U形支撑座5的开口端为尾部，封闭端为顶部）设置在底座4的两侧，金属弹性体2设置有可放置压电陶瓷1的中空部，压电陶瓷1放置在中空部的内侧，比如，压电陶瓷1为长方体结构并通过胶粘的方式置于金属弹性体2中空部的下半部，金属弹性体2的一端通过弹簧6与U形支撑座5（封闭端）相连且另一端与动子3上表面的凸起接触。
弹簧6的一端穿过金属弹性体2顶部的通孔，另一端通过金属垫片7和螺母8固定在U形支撑座5顶部，从而使金属弹性体2通过弹簧6与U形支撑座5固定，弹簧6既起到了支撑金属弹性体2的作用，又不影响金属弹性体2的振动。弹簧6为金属弹性体2与动子3接触的部位提供预压力，电机通电后，由金属弹性体2通过接触摩擦给动子3提供驱动力。
U形支撑座5倾斜装配在底座4的侧面，如图4所示，金属弹性体2与动子3的安装夹角为50°，以保证电机向前和向后直线运动的性能基本一致。减小安装夹角，可增大电机向后直线运动的推力而减小向前直线运动的推力，增大安装夹角，则减小电机向后直线运动的推力而增大向前直线运动的推力。
动子3放置在底座4上方，动子3的宽度略小于底座4的宽度，使得动子3与U形支撑座5之间留有一定空隙，以保证动子3的运动不受U形支撑座5的阻碍，动子3上表面的凸起可以呈弧面结构，但优选，动子3上表面设有半圆形凸起结构（即凸起的横截面呈半圆形），金属弹性体2尾部与动子3上表面的半圆形凸起结构接触，优选，金属弹性体2与所述动子3接触的部位设置有与动子3凸起结构表面弧度一致的圆弧凹槽11，以增大金属弹性体2与动子3之间的接触面积，减少摩擦磨损。
如图2所示，底座4上表面均匀布置有直线凹槽9，直线凹槽9内放置滚珠10，动子3底面（即下表面）也均布有与底座4上的直线凹槽数目和形状相同的直线凹槽，动子3底面的直线凹槽与底座4上的直线凹槽一一配对且对称，动子3与底座4通过滚珠10装配，滚珠10保证动子3与底座4之间保持一定间隙，使得动子3运动时不受底座4的阻碍，底座4上表面的直线凹槽和动子3底面的直线凹槽保证动子3作直线运动，并限制动子3的行程。实施例中底座4上的直线凹槽的数量为4个，即底座4上表面均匀设置有2行×2列个直线凹槽9，对应的，动子3底面的直线凹槽数量也为4个，滚珠10的数量也为4个。
在压电陶瓷1的上下表面施加设定幅值、频率为73kHz~84kHz范围内的单相交流电时，动子3作向前的直线运动，当电源的频率在79kHz左右时，动子3可达到最大的向前行进的速度；在压电陶瓷1的上下表面施加设定幅值、频率为91kHz~108kHz范围内的单相交流电时，动子3作向后的直线运动，当电源的频率在97kHz左右时，动子3可达到最大的向后行进的速度。
超声波电机整体结构简单，只需要单相交流电驱动，通过选择适当的电源频率，可以实现电机的向前或向后的直线运动，并且向前和向后直线运动的性能可达到基本相同。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种可双向直线运行的单相超声波电机，包括底座（4）、压电陶瓷（1）和金属弹性体（2），其特征在于，还包括U形支撑座（5）和设置在底座（4）上的动子（3），所述动子（3）上表面沿着长度方向设置有凸起，所述底座（4）上表面均匀设置有若干个向下凹陷的直线凹槽（9），所述动子（3）的下表面设置有与底座（4）上表面直线凹槽（9）相对应的、向上凹陷的直线凹槽（9），底座（4）和动子（3）之间的每对直线凹槽（9）内设置有滚珠（10），U形支撑座（5）的尾部设置在底座（4）的两侧，所述金属弹性体（2）设置有可放置压电陶瓷（1）的中空部，所述金属弹性体（2）的一端通过弹簧（6）与U形支撑座（5）相连且另一端与动子（3）上表面的凸起接触。
2.根据权利要求1所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，所述压电陶瓷（1）为长方体结构并置于所述金属弹性体（2）中空部内侧。
3.根据权利要求1所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，金属弹性体（2）与动子（3）的安装夹角为50°。
4.根据权利要求1所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，所述动子（3）上表面凸起的横截面呈半圆形。
5.根据权利要求4所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，所述金属弹性体（2）与所述动子（3）接触的部位设置有与动子（3）凸起结构表面弧度一致的圆弧凹槽（11）。
6.根据权利要求1所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，所述弹簧（6）为金属弹性体（2）与动子（3）接触的部位提供预压力，弹簧（6）通过金属垫片（7）和螺母（8）固定在U形支撑座（5）顶部。
7.根据权利要求1所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，动子（3）的宽度小于底座（4）的宽度。
8.根据权利要求7所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，底座（4）上表面均匀设置有2行×2列个直线凹槽（9）。
9.根据权利要求2所述的一种可双向直线运行的单相超声波电机，其特征在于，所述压电陶瓷（1）通过胶粘的方式置于所述金属弹性体（2）中空部的下半部。
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