CN109698638A - 一种并联驱动式单相直线超声波电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种并联驱动式单相直线超声波电机：包括定子、支撑座、动子及用于支撑动子的动子支撑装置，定子包括定子座、弹性体、压电陶瓷及弹性组件，定子座一端连接于支撑座，另一端通过弹性组件连接弹性体的一端，弹性体的另一端连接于动子，弹性体设有用于连接压电陶瓷的中空部，弹性组件用于使弹性体的端部挤压动子，定子有多个，多个定子以动子的轴心为中心，圆周均布于支撑座。本发明的压电陶瓷通电后，激发出压电陶瓷和弹性体的高频振动，弹性体的高频振动通过摩擦作用转化为动子的直线运动。本发明通过多个定子并联驱动同一个动子的方式增大输出推力，且只需要单相交流电供电，通过改变电源的频率可实现电机运动方向的变换。
Description
技术领域
本发明涉及直线超声波电机领域，具体涉及一种并联驱动式单相直线超声波电机。
背景技术
超声波电机是利用压电材料的逆压电效应，激发金属弹性体在超声频段的高频振动，然后通过定子和动子之间的接触摩擦传动，将金属弹性体的高频振动转换为动子的宏观旋转或直线运动。它属于新型的微特电机，具有低速大力矩、动态响应快、电磁兼容性好、断电自锁等优点。
目前的超声波电机，输出力矩或推力有限，限制了它的应用。尤其是采用单定子单动子的超声波电机，输出力矩或推力偏小，无法满足大力矩或大推力驱动应用场合的要求。输出推力的大小是直线超声波电机重要的性能指标，如何合理设计电机的结构以提高推力一直是这一领域关注的焦点。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种并联驱动式单相直线超声波电机，解决了现有技术中直线超声波电机推力不大的技术问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：包括定子、支撑座、动子及用于支撑动子的动子支撑装置，所述定子包括定子座、弹性体、压电陶瓷及弹性组件，所述定子座一端连接于支撑座，另一端通过弹性组件连接弹性体的一端，弹性体的另一端连接于动子，所述弹性体设有用于连接压电陶瓷的中空部，所述弹性组件用于使弹性体的端部挤压动子，所述定子有多个，多个定子以动子的轴心为中心，圆周均布于支撑座。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：还包括底座，所述动子支撑装置包括动子支座一及动子支座二，所述动子支座一、支撑座、动子支座二依次垂直连接于底座，所述动子支座一、支撑座、动子支座二分别设有轴承孔一、通孔、轴承孔二，所述动子均穿过轴承孔一、通孔、轴承孔二。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述轴承孔一、轴承孔二与动子之间还分别设有直线轴承一、直线轴承二。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述弹性组件是扭簧，所述扭簧的一端连接于弹性体，另一端连接于定子座。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述扭簧通过螺栓和弹性垫片连接于定子座。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述定子有三个。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述动子的两端还分别设有前止动端盖与后止动端盖。
作为本发明的一种优化方案，前述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述动子的截面是圆形，所述弹性体与动子相连的一端设有与动子截面弧度相等的圆弧凹槽，所述圆弧凹槽连接动子的外表面。
本发明所达到的有益效果：
本发明的压电陶瓷通电后，激发出压电陶瓷和弹性体的高频振动，弹性体的高频振动通过摩擦作用转化为动子的直线运动。
本发明整体结构简单，通过多个定子并联驱动同一个动子的方式增大输出推力，且只需要单相交流电供电，简化了电机的驱动。通过改变供电电源的频率可以实现电机运动方向的变换。
附图说明
图1是本发明的一种并联驱动式单相直线超声波电机的正面结构示意图；
图2是本发明的一种并联驱动式单相直线超声波电机的背面结构示意图；
图3是本发明的定子结构示意图；
图4是本发明的动子支座一、动子支座二、支撑座和底座一体结构示意图；
附图标记的含义：1-压电陶瓷；2-弹性体；3-扭簧；4-螺栓；5-弹性垫片；6-定子座；7-动子；8-前止动端盖；9-后止动端盖；10-直线轴承一；11-直线轴承二；12-动子支座一；13-动子支座二；14-支撑座；15-底座；16-通孔；17-轴承孔一；18-轴承孔二；19-圆弧凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图4所示：本实施例公开了一种并联驱动式单相直线超声波电机：包括定子、支撑座14、动子7及用于支撑动子7的动子支撑装置，定子包括定子座6、弹性体2、压电陶瓷1及弹性组件，定子座6一端连接于支撑座14，另一端通过弹性组件连接弹性体2的一端，弹性体2的另一端连接于动子7，弹性体2设有用于连接压电陶瓷1的中空部，弹性组件用于使弹性体2的端部挤压动子7，定子有多个，多个定子以动子7的轴心为中心，圆周均布于支撑座14。
具体的，还包括底座15，动子支撑装置包括动子支座一12及动子支座二13，动子支座一12、支撑座14、动子支座二13依次垂直连接于底座15，动子支座一12、支撑座14、动子支座二13分别设有轴承孔一17、通孔16、轴承孔二18，动子7均穿过轴承孔一17、通孔16、轴承孔二18。
为了进一步降低动子7与动子支座一12、动子支座二13之间的摩擦力，本实施例的轴承孔一17、轴承孔二18与动子7之间还分别设有直线轴承一10、直线轴承二11。
弹性组件优选扭簧3，扭簧3的一端连接于弹性体2，另一端连接于定子座6，并且优选通过螺栓4和弹性垫片5连接于定子座6。
本实施例的定子优选有三个。
动子7的两端还分别设有前止动端盖8与后止动端盖9。前止动端盖8与后止动端盖9起到限位的作用，用于避免动子7从动子支座一12、动子支座二13脱落。
本实施例的动子7的截面优选是圆形，弹性体2与动子7相连的一端设有与动子7截面弧度相等的圆弧凹槽19，圆弧凹槽19连接动子7的外表面。圆弧凹槽19一方面可以增加弹性体2与动子7之间的摩擦力，另一方面能够增加两者的接触面积，降低弹性体2的端部磨损。
工作时，给压电陶瓷1通电，激发出压电陶瓷1和弹性体2的高频振动，弹性体2的高频振动带动其末端与动子7相接触的圆弧凹槽19形成椭圆运动。由于圆弧凹槽19与动子7接触，因此圆弧凹槽19的椭圆运动通过摩擦推动动子7作直线运动。
当向各定子上的压电陶瓷1施加设定幅值、频率为73kHz-84kHz范围内的单相交流电时，激发出压电陶瓷1和弹性体2的一组振动模态，带动圆弧凹槽19形成一个方向的椭圆运动，推动动子7向一个方向直线运动，当向各压电陶瓷施加设定幅值、频率为91kHz-108kHz范围内的单相交流电时，激发出压电陶瓷1和弹性体2的另一组振动模态，带动圆弧凹槽19形成相反方向的椭圆运动，推动动子7向相反的方向做直线运动。
本发明整体结构简单，通过多个定子并联驱动同一个动子的方式增大输出推力，且只需要单相交流电供电，简化了电机的驱动。通过改变供电电源的频率可以实现电机运动方向的变换。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：包括定子、支撑座（14）、动子（7）及用于支撑动子（7）的动子支撑装置，所述定子包括定子座（6）、弹性体（2）、压电陶瓷（1）及弹性组件，所述定子座（6）一端连接于支撑座（14），另一端通过弹性组件连接弹性体（2）的一端，弹性体（2）的另一端连接于动子（7），所述弹性体（2）设有用于连接压电陶瓷（1）的中空部，所述弹性组件用于使弹性体（2）的端部挤压动子（7），所述定子有多个，多个定子以动子（7）的轴心为中心，圆周均布于支撑座（14）。
2.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：还包括底座（15），所述动子支撑装置包括动子支座一（12）及动子支座二（13），所述动子支座一（12）、支撑座（14）、动子支座二（13）依次垂直连接于底座（15），所述动子支座一（12）、支撑座（14）、动子支座二（13）分别设有轴承孔一（17）、通孔（16）、轴承孔二（18），所述动子（7）均穿过轴承孔一（17）、通孔（16）、轴承孔二（18）。
3.根据权利要求2所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述轴承孔一（17）、轴承孔二（18）与动子（7）之间还分别设有直线轴承一（10）、直线轴承二（11）。
4.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述弹性组件是扭簧（3），所述扭簧（3）的一端连接于弹性体（2），另一端连接于定子座（6）。
5.根据权利要求4所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述扭簧（3）通过螺栓（4）和弹性垫片（5）连接于定子座（6）。
6.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述定子有三个。
7.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述动子（7）的两端还分别设有前止动端盖（8）与后止动端盖（9）。
8.根据权利要求1所述的一种并联驱动式单相直线超声波电机，其特征在于：所述动子（7）的截面是圆形，所述弹性体（2）与动子（7）相连的一端设有与动子（7）截面弧度相等的圆弧凹槽（19），所述圆弧凹槽（19）连接动子（7）的外表面。
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