專利名稱：非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式，屬超聲電機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動的新型動力輸出裝置。其中， 直線運(yùn)動超聲電機(jī)屬于超聲電機(jī)的一種。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，超聲電機(jī)具有低速大力矩， 瞬態(tài)相應(yīng)快，定位精度高，控制特性好，不產(chǎn)生磁場也不受磁場影響等優(yōu)點(diǎn)，在精密驅(qū)動，醫(yī)療器械，航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)對現(xiàn)有近似塔形超聲電機(jī)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Kurosawa等在《Ieee transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control)) (1998 年第 45 卷第 5 期第 1188—1195 頁)發(fā)表白勺〈〈Transducer for High Speed and Large Thrust Ultrasonic Linear Motor Using Two Sandwich-Type Vibrators)), i^JCM^^MW^^^^-M^l^. V 形大推力直線型超聲電機(jī)的運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，該電機(jī)利用圖2所示的兩個正交的對稱-反對稱振動模態(tài)，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，推動動子直線運(yùn)動。檢索中又發(fā)現(xiàn)，李玉寶等在《中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)》(2008年第觀卷第33 期第49-53頁)發(fā)表的《高速大推力直線型超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》，該文對一種對稱結(jié)構(gòu)的雙驅(qū)動足蝶形大推力直線型超聲電機(jī)的運(yùn)動機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，該電機(jī)也是利用兩個正交的對稱-反對稱振動模態(tài)，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，推動動子直線運(yùn)動。上述兩篇文獻(xiàn)中提出的直線型超聲電機(jī)都通過同時激發(fā)兩個正交的振動模態(tài)，在定子與導(dǎo)軌接觸面上定子的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，推動導(dǎo)軌運(yùn)動。這存在以下的不足1.要同時激發(fā)兩個正交的振動模態(tài)，要求兩個正交的工作模態(tài)的具有相近的共振
頻率；2.由于理論計(jì)算和實(shí)際加工的誤差，加上電機(jī)工作時定轉(zhuǎn)子的接觸，溫度和負(fù)載的變化，導(dǎo)致兩個正交工作模態(tài)的共振頻率有一定程度的差異；3.在單一頻率的交變信號激勵下，由于兩個正交工作模態(tài)的共振頻率有一定程度的差異，導(dǎo)致兩個正交工作模態(tài)不能同時被最大限度地激發(fā)出來，影響了電機(jī)的運(yùn)行效率和性能，也使得電機(jī)可驅(qū)動的頻域較窄。解決此問題的辦法之一是采用單一模態(tài)驅(qū)動的激勵方法。采用單一模態(tài)驅(qū)動的激勵方法具有以下優(yōu)點(diǎn)不存在復(fù)合模態(tài)超聲電機(jī)的頻率一致性問題；可驅(qū)動的頻域較寬； 電機(jī)的運(yùn)行效率較高；工作時抗擾力強(qiáng)；可簡化驅(qū)動電源，易于實(shí)現(xiàn)電源的小型化和集成化。經(jīng)對現(xiàn)有單一模態(tài)驅(qū)動的超聲電機(jī)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，錢孝華等在《微特電機(jī)》 (2007年第8期第觀-30頁)發(fā)表的《雙向駐波型直線超聲波電動機(jī)》，該文提出了一種單一模態(tài)驅(qū)動的矩形板式直線型超聲電機(jī)，該電機(jī)具有B3和B4兩個工作模態(tài)(同時只能有一個模態(tài)參與工作)。當(dāng)B3模態(tài)工作時，定子與導(dǎo)軌接觸面上定子的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生向右傾斜的斜直線運(yùn)動，動子正向運(yùn)動；當(dāng)B4模態(tài)工作時，定子與導(dǎo)軌接觸面上定子的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生向左傾斜的斜直線運(yùn)動，動子反向運(yùn)動。其不足在于定子的夾持位置沒有放置在工作模態(tài)的節(jié)點(diǎn)、節(jié)線或節(jié)面附近，這會導(dǎo)致定子的夾持對工作模態(tài)的影響并使能量損失增大；電機(jī)工作時僅有一半壓電片在工作，這不利于提高電機(jī)的機(jī)械輸出性能；為了兼顧正反向運(yùn)動， 電機(jī)驅(qū)動足的位置不在振幅最大處，振動能利用率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種單模態(tài)驅(qū)動、可實(shí)現(xiàn)正反向運(yùn)動、結(jié)構(gòu)簡單、大輸出力、推重比大、激振效率高、振動能利用率高、響應(yīng)速度快的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式。本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，由定子和動子構(gòu)成，其中動子為一直線導(dǎo)軌，定子由第一壓電振子和第二壓電振子以及驅(qū)動足組成，所述導(dǎo)軌在預(yù)壓力的作用下壓在定子驅(qū)動足上；其特征在于所述的第一壓電振子和第二壓電振子為非對稱式，即第一壓電振子和第二壓電振子長度不同，其中第一壓電振子的長度為Li，第二壓電振子的長度為 L2, Ll > L2。本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，其特征在于上述定子為V型或U型。本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，其特征在于上述壓電振子為壓電陶瓷片螺栓緊固式或壓電陶瓷片粘貼式。本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)用的兩個非對稱振動模態(tài)，其特征在于， 兩個非對稱振動模態(tài)分別為第一非對稱振動模態(tài)和第二非對稱振動模態(tài)，其中第一非對稱振動模態(tài)的共振頻率為ω”第二非對稱振動模態(tài)的共振頻率為ω2，Co1 < ω2。第一非對稱振動模態(tài)的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子為局部縱彎復(fù)合振動，長度為L2的第二壓電振子為局部彎振。第二非對稱振動模態(tài)的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子為局部彎振，長度為L2的第二壓電振子為局部縱彎復(fù)合振動。本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)的非對稱模態(tài)的電激勵方式，其特征在于設(shè)導(dǎo)軌向第二壓電振子的運(yùn)動方向?yàn)檎较?，?dǎo)軌向第一壓電振子的運(yùn)動方向?yàn)榉捶较颍划?dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘柡偷诙弘娬褡蛹钚盘栞斎胂嗤募钚盘朎1 = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第一非對稱振動模態(tài)的共振頻率Q1附近，將激發(fā)定子的第一非對稱振動模態(tài)，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為向正方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿正向運(yùn)動；當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘柡偷诙弘娬褡蛹钚盘栞斎胂嗤募钚盘?amp; = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第二非對稱振動模態(tài)的共振頻率ω2附近， 將激發(fā)定子的第二非對稱振動模態(tài)，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為向反方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿反向運(yùn)動。和背景技術(shù)相比，本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式的創(chuàng)新之處在于1.與Kurosawa等在《Transducer for High Speed and Large Thrust Ultrasonic Linear Motor Using Two Sandwich-Type Vibrators〉〉一tildj 白勺胃禾爾g豐勾白勺# 馬區(qū)云力i V 形大推力直線型超聲電機(jī)相比，Kurosawa等提出的對稱結(jié)構(gòu)的單驅(qū)動足V形大推力直線型超聲電機(jī)利用兩個正交且共振頻率相近的對稱-反對稱振動模態(tài)，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，推動動子直線運(yùn)動。而非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)利用兩個共振頻率相差較大的單模態(tài)進(jìn)行工作，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生相對于導(dǎo)軌的往復(fù)的斜直線運(yùn)動，推動動子正反向直線運(yùn)動。2.與李玉寶等在《高速大推力直線型超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》一文提出的雙驅(qū)動足蝶形大推力直線型超聲電機(jī)相比，李玉寶等提出的對稱結(jié)構(gòu)的雙驅(qū)動足蝶形大推力直線型超聲電機(jī)利用兩個正交且共振頻率相近的對稱-反對稱振動模態(tài)，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，推動動子直線運(yùn)動。而非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)利用兩個共振頻率相差較大的單模態(tài)進(jìn)行工作，使定子驅(qū)動足與導(dǎo)軌接觸面上驅(qū)動足的質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生相對于導(dǎo)軌的往復(fù)的斜直線運(yùn)動，推動動子正反向直線運(yùn)動。3.與錢孝華等在《雙向駐波型直線超聲波電動機(jī)》提出的單一模態(tài)驅(qū)動的矩形板式直線型超聲電機(jī)相比，單一模態(tài)驅(qū)動的矩形板式直線型超聲電機(jī)的定子的夾持位置沒有放置在工作模態(tài)的節(jié)點(diǎn)、節(jié)線或節(jié)面附近，這會導(dǎo)致定子的夾持對工作模態(tài)的影響并使能量損失增大；為了兼顧正反向運(yùn)動，其驅(qū)動足的位置不在振幅最大處，振動能利用率不高。 而非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)的夾持位置放置在工作模態(tài)節(jié)線附近，這對工作模態(tài)的影響小并使能量損失減??；電機(jī)工作時全部壓電片參與工作，有利于提高電機(jī)的機(jī)械輸出性能；同時其驅(qū)動足的位置在工作模態(tài)振幅最大處，振動能利用率高。4.本發(fā)明的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式，其最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于(1)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子的第一壓電振子和第二壓電振子的長度不相等，這種非對稱結(jié)構(gòu)使得定子的工作模態(tài)由對稱結(jié)構(gòu)具有的共振頻率相近的對稱-反對稱振動模態(tài)(圖幻異化為兩個共振頻率相差較大的非對稱工作模態(tài)(圖 3)，并進(jìn)一步使得電機(jī)適于單模態(tài)驅(qū)動；(2)工作模態(tài)創(chuàng)新。非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子設(shè)計(jì)有兩個不同共振頻率的非對稱工作模態(tài)，使得定子以其中任意一個模態(tài)工作時， 定子驅(qū)動足表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是一條斜直線，并且斜直線的傾斜方向隨工作模態(tài)的改變而改變，從而推動導(dǎo)軌正反向運(yùn)動。


圖1.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖；圖2.對稱結(jié)構(gòu)V形直線超聲電機(jī)定子工作模態(tài)示意圖；圖3.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子工作模態(tài)示意圖；圖4.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式示意圖；圖5.圖6.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)工作原理示意圖；圖7.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第二個實(shí)施例(U型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷螺栓緊固式)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第二個實(shí)施例(U型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷螺栓緊固式)的壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式示意圖；圖9.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第三個實(shí)施例(V型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷粘貼式) 的結(jié)構(gòu)示意圖10.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第三個實(shí)施例(V型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷粘貼式) 的壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式示意圖；圖11.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第四個實(shí)施例(U型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷粘貼式) 的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12.非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)第四個實(shí)施例(U型結(jié)構(gòu)及壓電陶瓷粘貼式) 的壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式示意圖；圖中標(biāo)號名稱1第一壓電振子；2第一后端蓋；3第一壓緊螺栓；4壓電陶瓷；5電極片；6第二壓電振子；7第二后端蓋；8第二壓緊螺栓；9前端蓋；10柔性鉸鏈；11驅(qū)動足； 12直線導(dǎo)軌；13對稱結(jié)構(gòu)定子的對稱振動模態(tài)振型；14對稱結(jié)構(gòu)定子的反對稱振動模態(tài)振型；15非對稱結(jié)構(gòu)定子的第一非對稱振動模態(tài)振型；16非對稱結(jié)構(gòu)定子的第二非對稱振動模態(tài)振型；17壓電陶瓷極化方向；18接地；19第一壓電振子激勵信號；20第二壓電振子激勵信號；21非對稱結(jié)構(gòu)定子工作在第一非對稱振動模態(tài)下驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡；22非對稱結(jié)構(gòu)定子工作在第一非對稱振動模態(tài)下導(dǎo)軌運(yùn)動方向；23非對稱結(jié)構(gòu)定子工作在第二非對稱振動模態(tài)下驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡；對非對稱結(jié)構(gòu)定子工作在第二非對稱振動模態(tài)下導(dǎo)軌運(yùn)動方向；25定子金屬彈性體J6粘貼在定子金屬彈性體上的壓電陶瓷片。
具體實(shí)施例方式一種非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式如圖1所示，由定子和動子構(gòu)成，其中動子為一直線導(dǎo)軌12。其特點(diǎn)是在預(yù)壓力的作用下，導(dǎo)軌12壓在定子驅(qū)動足11上。定子包括長度為Ll的第一壓電振子1和長度為L2的第二壓電振子6，其中Ll > L2 ；第一壓電振子1依次包括第一后端蓋2、壓電陶瓷4和電極片5、前端蓋9，前端蓋9和第一后端蓋2通過第一壓緊螺栓3壓緊固定；第二壓電振子6依次包括第二后端蓋 7、壓電陶瓷4和電極片5、前端蓋9，前端蓋9和第二后端蓋7通過第二壓緊螺栓8壓緊固定；其中壓電陶瓷4置于前端蓋9和第一后端蓋2或第二后端蓋7之間，電極片5置于每兩片壓電陶瓷4之間；兩個壓電振子的前端蓋上端部通過截面積突然變小的柔性鉸鏈10聯(lián)為一體形成驅(qū)動足11 ；上述柔性鉸鏈10通過在定子驅(qū)動足11附近加工3個孔來實(shí)現(xiàn)；上述第一壓電振子1和第二壓電振子6具有夾角，整體為近似塔形的V形或U形結(jié)構(gòu)。一種非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子的兩個非對稱工作模態(tài)如圖3所示。當(dāng)非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子的幾何尺寸確定時，可以通過有限元軟件ADINA計(jì)算出兩個非對稱工作模態(tài)的共振頻率和模態(tài)振型。圖3(a)所示的非對稱結(jié)構(gòu)定子的第一非對稱振動模態(tài)15的共振頻率為ω”圖3(b)所示的非對稱結(jié)構(gòu)定子的第二非對稱振動模態(tài)16 的共振頻率為ω2，Co1 < ω2。第一非對稱振動模態(tài)15的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子(1)為局部縱彎復(fù)合振動，長度為L2的第二壓電振子(6)為局部彎振，使得驅(qū)動足 11端面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為向第二壓電振子(6)方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動；第二非對稱振動模態(tài)16的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子(1)為局部彎振，長度為L2的第二壓電振子(6)為局部縱彎復(fù)合振動，使得驅(qū)動足11端面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡為向第一壓電振子(1) 方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動。一種非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)定子壓電陶瓷的極化布置及電激勵方式如圖4 所示。定子有四組共八片壓電陶瓷，位于前端蓋9和第一后端蓋2或第二后端蓋7之間，每
6組包含一對極化方向相反的壓電陶瓷。箭頭方向17為壓電陶瓷的極化方向，壓電陶瓷沿厚度方向極化，利用逆壓電d33效應(yīng)激發(fā)定子的振動。每組壓電陶瓷的中間安放電極片，用于外接第一壓電振子激勵信號19或第二壓電振子激勵信號20 ；每組壓電陶瓷的兩側(cè)安放電極片，用于外接信號地18。當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘?9和第二壓電振子激勵信號20輸入相同的激勵信號E1 = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第一非對稱振動模態(tài)15的共振頻率Q1附近，將激發(fā)定子的第一非對稱振動模態(tài)15 ；當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘?9和第二壓電振子激勵信號20輸入相同的激勵信號& = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第二非對稱振動模態(tài)16的共振頻率ω2附近，將激發(fā)定子的第二非對稱振動模態(tài)16。一種非對稱結(jié)構(gòu)及非對稱振動模態(tài)的近似塔形直線超聲電機(jī)的工作原理如圖5 和圖6所示。設(shè)導(dǎo)軌向第二壓電振子(6)的運(yùn)動方向?yàn)檎较颍瑢?dǎo)軌向第一壓電振子(1) 的運(yùn)動方向?yàn)榉捶较?；?dāng)定子工作于第一非對稱振動模態(tài)15，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡21為向正方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿正向22運(yùn)動；當(dāng)定子工作于第二非對稱振動模態(tài)16，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡23為向反方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿反向M運(yùn)動。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則1.定子的第一壓電振子1和第一壓電振子6的長度不等。第一壓電振子1的長度為Li，第一壓電振子6的長度為L2，其中Ll > L2 ；2.柔性鉸鏈10最薄處的尺寸大小要合適。柔性鉸鏈10最薄處的尺寸大小直接影響定子的縱振振幅和強(qiáng)度。因此，柔性鉸鏈10最薄處的尺寸大小要兼顧定子縱振振幅和強(qiáng)度的需要。3.使壓電陶瓷4置于振動節(jié)面的前部，這樣的布置可以使振動能量最大限度地向驅(qū)動足7輻射。
權(quán)利要求
1.一種非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，由定子和動子構(gòu)成，其中動子為一直線導(dǎo)軌 (12)，定子由第一壓電振子⑴和第二壓電振子(6)以及驅(qū)動足(11)組成，所述導(dǎo)軌(12) 在預(yù)壓力的作用下壓在定子驅(qū)動足(11)上；其特征在于所述的第一壓電振子(1)和第二壓電振子(6)為非對稱式，即第一壓電振子(1)和第二壓電振子(6)長度不同，其中第一壓電振子(1)的長度為Li，第二壓電振子(6)的長度為L2，Ll > L2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，其特征在于上述定子為V 型或U型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)，其特征在于上述壓電振子為壓電陶瓷片螺栓緊固式或壓電陶瓷片粘貼式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)的非對稱振動模態(tài)，其特征在于有兩個非對稱振動模態(tài)分別為第一非對稱振動模態(tài)(1 和第二非對稱振動模態(tài)(16)， 其中第一非對稱振動模態(tài)(1 的共振頻率為ω”第二非對稱振動模態(tài)(16)的共振頻率為 ω2，Co1 < ω2 ；第一非對稱振動模態(tài)(15)的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子(1)為局部縱彎復(fù)合振動，長度為L2的第二壓電振子(6)為局部彎振；第二非對稱振動模態(tài)(16) 的振型特點(diǎn)是長度為Ll的第一壓電振子(1)為局部彎振，長度為L2的第二壓電振子(6) 為局部縱彎復(fù)合振動。
5.利用權(quán)利要求4所述的非對稱振動模態(tài)的電激勵方式，其特征在于設(shè)導(dǎo)軌向第二壓電振子(6)的運(yùn)動方向?yàn)檎较?，?dǎo)軌向第一壓電振子(1)的運(yùn)動方向?yàn)榉捶较?；?dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘?19)和第二壓電振子激勵信號OO)輸入相同的激勵信號E1 = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第一非對稱振動模態(tài)(15)的共振頻率Q1附近，將激發(fā)定子的第一非對稱振動模態(tài)(15)，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為向正方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿正向運(yùn)動；當(dāng)?shù)谝粔弘娬褡蛹钚盘?19)和第二壓電振子激勵信號00)輸入相同的激勵信號& = Vsin (cot)，并且激勵頻率ω位于第二非對稱振動模態(tài) (16)的共振頻率ω2附近，將激發(fā)定子的第二非對稱振動模態(tài)(16)，使得驅(qū)動足端面質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動軌跡為向反方向傾斜的往復(fù)直線運(yùn)動，從而推動導(dǎo)軌沿反向運(yùn)動。
全文摘要
一種非對稱結(jié)構(gòu)近似塔形超聲電機(jī)及非對稱模態(tài)與電激勵方式，屬超聲電機(jī)類。該電機(jī)由定子和一直線導(dǎo)軌組成。所述導(dǎo)軌由預(yù)壓力壓在定子驅(qū)動足上。所述的定子整體呈近似塔形，包括兩個不等長度且具有夾角的壓電振子，每個壓電振子依次包括后端蓋、壓電陶瓷和電極片、前端蓋；前端蓋和后端蓋通過壓緊螺栓壓緊固定；兩個壓電振子的前端蓋上端部通過截面積突然變小的柔性鉸鏈聯(lián)為一體形成驅(qū)動足。定子設(shè)計(jì)有兩個非對稱工作模態(tài)；當(dāng)激發(fā)其中任意一個非對稱工作模態(tài)時，定子驅(qū)動足表面質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是一條斜直線，且斜直線的傾斜方向隨工作模態(tài)的改變而改變，從而推動導(dǎo)軌正反向運(yùn)動。該超聲電機(jī)推力大、驅(qū)動頻帶寬、工作可靠。
文檔編號H02N2/06GK102237818SQ201110180280
公開日2011年11月9日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者陳乾偉, 黃衛(wèi)清 申請人:南京航空航天大學(xué)