CN106712570B - 一种串联型正反螺旋定子直线超声电机 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种串联型正反螺旋定子直线超声电机，包括定子、转子、超声换能器和吸振器，所述定子的一端连接超声换能器，另一端连接吸振器，所述转子穿接于定子内部或套接于定子外侧，所述定子由两个旋向相反的螺旋部同轴串联连接构成。本发明中定子的正、反螺旋部可以消除单螺旋定子中轴向力和法向力共存的现象，实现螺旋形定子超声电机的纯直线运行。
Description
技术领域
本发明涉及物联网电表及节能技术领域，具体涉及一种串联型正反螺旋定子直线超声电机。
背景技术
超声电机是利用压电陶瓷材料的逆压电效应，将压电振子超声频段内的振动能转换成机械能并依靠摩擦力来驱动转子运动的一种新型电机，具有结构简单紧凑、无电磁干扰、低转速大扭矩、分辨率高等特点，在微型机器人、微型飞行器、微型医疗器件等领域显示出较广阔的应用前景。
螺旋形定子超声微电机属于行波型超声电机的一种。作为当前最具代表性及应用最多的一类超声电机，行波型超声电机已经历了几十年的发展,国内外学者对不同结构的行波超声电机的工作机理及相关技术进行了广泛研究。与现有行波超声电机相比，螺旋形定子超声电机的主要优势在于：（1）螺旋形定子大大提高了定、转子间的接触面积，有利于提高输出力矩，降低磨损；（2）螺旋形定子结构本身即可实现预紧和支撑作用，无需额外的预紧和支撑机构；（3）螺旋形定子加工工艺简单，成本较低，有利于实现产业化。
螺旋形定子固有的螺旋结构使其在驱动转子旋转的同时，还产生轴向驱动力，即螺旋形定子超声电机的旋转运动和轴向运动是共存的，无论是用于构造旋转电机还是直线电机，共存的驱动力都需要电机额外设置机构进行消除，也影响了超声电机运行的稳定性。本发明提出一种正反螺旋直线超声电机，正、反螺旋产生的旋转驱动力相互抵消，轴向驱动力相互叠加，从而驱动转子产生纯直线运动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种串联型正反螺旋定子直线超声电机。
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：
一种串联型正反螺旋定子直线超声电机，包括定子、转子、超声换能器和吸振器，所述定子的一端连接超声换能器，另一端连接吸振器，所述转子穿接于定子内部或套接于定子外侧，所述定子由两个旋向相反的螺旋部同轴串联连接构成。
进一步的，所述定子的两个螺旋部以串联连接点为对称中心对称设置。
进一步的，所述定子的两个螺旋部由一条丝线绕制，两个螺旋部的两外端分别延伸出一段引线形成引出端，定子通过两个引出端分别连接超声换能器和吸振器。
进一步的，所述转子包括由硬质、轻质材料构成的棒式转子、或者由中空管状结构构成的管状转子，所述棒式转子穿接于定子的两个螺旋部内部，所述管状转子套接于定子的两个螺旋部外侧。
进一步的，所述超声换能器为可激发超声振动的装置。
进一步的，所述吸振器为阻尼结构或与所述超声换能器具有一定相位关系的激振器。
本发明的有益效果是:
（1）正反螺旋定子与转子直接配合，无需额外预紧装置；
（2）正、反螺旋产生的旋转驱动力方向相反，互相抵消，产生的轴向驱动力方向相同，互相叠加，因而转子为纯直线运动；
（3）定、转子接触面积大，有利于提高输出力矩，降低磨损；
（4）配合长波导设计时，正反螺旋定子直线超声电机非常适合微型化设计。
附图说明
图1为本发明超声电机结构图；
图2为本发明超声换能器及对应的安装螺母示意图；
图3为本发明串联型正反螺旋形定子结构图；
图4为本发明内部贯穿式转子示意图；
图5为本发明外部套装管状转子示意图;
图6为本发明另一个实施例中外部套装管状转子装配示意图;
图7为本发明正、反螺旋对转子作用力示意图。
图中标号说明：1、定子，2、转子，21、棒式转子，22、管状转子，3、超声换能器，4、吸振器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
如图1所示，一种串联型正反螺旋定子直线超声电机，包括定子1、转子2、超声换能器3和吸振器4，所述定子1的一端连接超声换能器3，另一端连接吸振器4，所述转子2穿接于定子1内部或套接于定子1外侧，所述定子1由两个旋向相反的螺旋部同轴串联连接构成，超声换能器3产生超声振动激发正反的两个螺旋部产生行波，驱动转子2做直线运动。
所述定子1的两个螺旋部以串联连接点为对称中心对称设置，一侧螺旋部为正螺旋，另一侧螺旋部为反螺旋，两个螺旋部其余参数相同。
如图3所示，所述定子1的两个螺旋部由一条丝线绕制，两个螺旋部的两外端分别延伸出一段引线形成引出端，定子1通过两个引出端分别连接超声换能器3和吸振器4。
如图4和图5所示，所述转子2包括由硬质、轻质材料构成的棒式转子21、或者由中空管状结构构成的管状转子22，所述棒式转子21穿接于定子1的两个螺旋部内部，其直径略小于螺旋部内径，所述管状转子22套接于定子1的两个螺旋部外侧，其管内径略大于螺旋部外径；如图1所示，本实施例的转子2是一种棒式转子21，采用棒式转子21穿接于定子1的两个螺旋部内部；如图6所示，另一个实施例中，转子2是一种管状转子22，采用管状转子22套接于定子1的两个螺旋部外侧。
如图2所示，所述超声换能器3为可激发超声振动的装置，在本实施例中采用兰杰文振子，本实施例中，定子1螺旋部的一个引出端与超声换能器3通过螺母固定连接。
所述吸振器4为阻尼结构或与所述超声换能器3具有一定相位关系的激振器。
本发明原理
本发明中超声换能器3激发定子1的正反两个螺旋部产生行波，定子1中正螺旋部和反螺旋部对转子2产生的驱动力都包括旋转驱动力和轴向驱动力两个分量，旋转驱动力分量相互抵消，轴向驱动力分量相互叠加，驱动转子2产生纯直线运动，消除单螺旋定子中轴向力和法向力共存的现象，实现螺旋形定子超声电机的纯直线运行。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种串联型正反螺旋定子直线超声电机，包括定子（1）、转子（2）、超声换能器（3）和吸振器（4），其特征在于，所述定子（1）的一端连接超声换能器（3），另一端连接吸振器（4），所述转子（2）穿接于定子（1）内部或套接于定子（1）外侧，所述定子（1）由两个旋向相反的螺旋部同轴串联连接构成，所述定子（1）的两个螺旋部以串联连接点为对称中心对称设置。
2.根据权利要求1所述的串联型正反螺旋定子直线超声电机，其特征在于，所述定子（1）的两个螺旋部由一条丝线绕制，两个螺旋部的两外端分别延伸出一段引线形成引出端，定子（1）通过两个引出端分别连接超声换能器（3）和吸振器（4）。
3.根据权利要求1所述的串联型正反螺旋定子直线超声电机，其特征在于，所述转子（2）包括由硬质、轻质材料构成的棒式转子（21）、或者由中空管状结构构成的管状转子（22），所述棒式转子（21）穿接于定子（1）的两个螺旋部内部，所述管状转子（22）套接于定子（1）的两个螺旋部外侧。
4.根据权利要求1所述的串联型正反螺旋定子直线超声电机，其特征在于，所述超声换能器（3）为可激发超声振动的装置。
5.根据权利要求1所述的串联型正反螺旋定子直线超声电机，其特征在于，所述吸振器（4）为阻尼结构或与所述超声换能器（3）具有一定相位关系的激振器。
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