本實(shí)用新型涉及一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)。

背景技術(shù)：

超聲波電機(jī)采用了與傳統(tǒng)電磁電機(jī)完全不同的驅(qū)動(dòng)原理，不需要使用線圈，利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)金屬?gòu)椥泽w的超聲振動(dòng)，并通過(guò)摩擦耦合輸出驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)。因此，超聲波電機(jī)相比電磁電機(jī)具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、低速大轉(zhuǎn)矩、斷電自鎖、電磁兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，在非連續(xù)運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域、精密控制領(lǐng)域、智能機(jī)器人等場(chǎng)合具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)超聲波電機(jī)的雙向運(yùn)行，一般需要相位互差一定角度的兩相或兩相以上的電源供電，通過(guò)改變相位的超前和滯后關(guān)系，改變電機(jī)的運(yùn)行方向。而一般由單相電源供電的超聲波電機(jī)，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)電源的要求也簡(jiǎn)單，只要提供單相高頻交流電即可，但大多數(shù)單相超聲波電機(jī)只能實(shí)現(xiàn)單方向運(yùn)行，在需要改變運(yùn)行方向的場(chǎng)合難以應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅需單相電源供電、通過(guò)改變電源頻率可實(shí)現(xiàn)雙向直線運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)，包括底座、壓電陶瓷和金屬?gòu)椥泽w，還包括U形支撐座和設(shè)置在底座上的動(dòng)子，所述動(dòng)子上表面沿著長(zhǎng)度方向設(shè)置有凸起，所述底座上表面均勻設(shè)置有若干個(gè)向下凹陷的直線凹槽，所述動(dòng)子的下表面設(shè)置有與底座上表面直線凹槽相對(duì)應(yīng)的、向上凹陷的直線凹槽，底座和動(dòng)子之間的每對(duì)直線凹槽內(nèi)設(shè)置有滾珠，U形支撐座的尾部設(shè)置在底座的兩側(cè)，所述金屬?gòu)椥泽w設(shè)置有可放置壓電陶瓷的中空部，所述金屬?gòu)椥泽w的一端通過(guò)彈簧與U形支撐座相連且另一端與動(dòng)子上表面的凸起接觸。

優(yōu)選，所述壓電陶瓷為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)并置于所述金屬?gòu)椥泽w中空部的內(nèi)側(cè)。

優(yōu)選，金屬?gòu)椥泽w與動(dòng)子的安裝夾角為50°。

優(yōu)選，所述動(dòng)子上表面凸起的橫截面呈半圓形。

優(yōu)選，所述金屬?gòu)椥泽w與所述動(dòng)子接觸的部位設(shè)置有與動(dòng)子凸起結(jié)構(gòu)表面弧度一致的圓弧凹槽。

優(yōu)選，所述彈簧為金屬?gòu)椥泽w與動(dòng)子接觸的部位提供預(yù)壓力，彈簧通過(guò)金屬墊片和螺母固定在U形支撐座頂部。

本實(shí)用新型的有益效果是：

超聲波電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要單相交流電驅(qū)動(dòng)，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娫搭l率，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的向前或向后的直線運(yùn)動(dòng)，并且向前和向后直線運(yùn)動(dòng)的性能可達(dá)到基本相同。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)爆炸圖；

圖3是本實(shí)用新型金屬?gòu)椥泽w的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實(shí)用新型金屬?gòu)椥泽w與動(dòng)子安裝夾角及動(dòng)子運(yùn)動(dòng)方向示意圖；

附圖的標(biāo)記含義如下：

1：壓電陶瓷；2：金屬?gòu)椥泽w；3：動(dòng)子；4：底座；5：U形支撐座；6：彈簧；7：金屬墊片；8：螺母；9：直線凹槽；10：滾珠；11：圓弧凹槽。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。

如圖1-4所示，一種可雙向直線運(yùn)行的單相超聲波電機(jī)，包括底座4、壓電陶瓷1和金屬?gòu)椥泽w2，還包括U形支撐座5和設(shè)置在底座4上的動(dòng)子3，動(dòng)子3上表面沿著長(zhǎng)度方向設(shè)置有凸起，底座4上表面均勻設(shè)置有若干個(gè)向下凹陷的直線凹槽9，動(dòng)子3的下表面設(shè)置有與底座4上表面直線凹槽9相對(duì)應(yīng)的、向上凹陷的直線凹槽9，底座4和動(dòng)子3之間的每對(duì)直線凹槽9（底座4上表面和動(dòng)子3下表面一一對(duì)應(yīng)的上下兩個(gè)直線凹槽組成一對(duì)直線凹槽）內(nèi)設(shè)置有滾珠10，U形支撐座5的尾部（設(shè)定U形支撐座5的開(kāi)口端為尾部，封閉端為頂部）設(shè)置在底座4的兩側(cè)，金屬?gòu)椥泽w2設(shè)置有可放置壓電陶瓷1的中空部，壓電陶瓷1放置在中空部的內(nèi)側(cè)，比如，壓電陶瓷1為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)并通過(guò)膠粘的方式置于金屬?gòu)椥泽w2中空部的下半部，金屬?gòu)椥泽w2的一端通過(guò)彈簧6與U形支撐座5（封閉端）相連且另一端與動(dòng)子3上表面的凸起接觸。

彈簧6的一端穿過(guò)金屬?gòu)椥泽w2頂部的通孔，另一端通過(guò)金屬墊片7和螺母8固定在U形支撐座5頂部，從而使金屬?gòu)椥泽w2通過(guò)彈簧6與U形支撐座5固定，彈簧6既起到了支撐金屬?gòu)椥泽w2的作用，又不影響金屬?gòu)椥泽w2的振動(dòng)。彈簧6為金屬?gòu)椥泽w2與動(dòng)子3接觸的部位提供預(yù)壓力，電機(jī)通電后，由金屬?gòu)椥泽w2通過(guò)接觸摩擦給動(dòng)子3提供驅(qū)動(dòng)力。

U形支撐座5傾斜裝配在底座4的側(cè)面，如圖4所示，金屬?gòu)椥泽w2與動(dòng)子3的安裝夾角為50°，以保證電機(jī)向前和向后直線運(yùn)動(dòng)的性能基本一致。減小安裝夾角，可增大電機(jī)向后直線運(yùn)動(dòng)的推力而減小向前直線運(yùn)動(dòng)的推力，增大安裝夾角，則減小電機(jī)向后直線運(yùn)動(dòng)的推力而增大向前直線運(yùn)動(dòng)的推力。

動(dòng)子3放置在底座4上方，動(dòng)子3的寬度略小于底座4的寬度，使得動(dòng)子3與U形支撐座5之間留有一定空隙，以保證動(dòng)子3的運(yùn)動(dòng)不受U形支撐座5的阻礙，動(dòng)子3上表面的凸起可以呈弧面結(jié)構(gòu)，但優(yōu)選，動(dòng)子3上表面設(shè)有半圓形凸起結(jié)構(gòu)（即凸起的橫截面呈半圓形），金屬?gòu)椥泽w2尾部與動(dòng)子3上表面的半圓形凸起結(jié)構(gòu)接觸，優(yōu)選，金屬?gòu)椥泽w2與所述動(dòng)子3接觸的部位設(shè)置有與動(dòng)子3凸起結(jié)構(gòu)表面弧度一致的圓弧凹槽11，以增大金屬?gòu)椥泽w2與動(dòng)子3之間的接觸面積，減少摩擦磨損。

如圖2所示，底座4上表面均勻布置有直線凹槽9，直線凹槽9內(nèi)放置滾珠10，動(dòng)子3底面（即下表面）也均布有與底座4上的直線凹槽數(shù)目和形狀相同的直線凹槽，動(dòng)子3底面的直線凹槽與底座4上的直線凹槽一一配對(duì)且對(duì)稱，動(dòng)子3與底座4通過(guò)滾珠10裝配，滾珠10保證動(dòng)子3與底座4之間保持一定間隙，使得動(dòng)子3運(yùn)動(dòng)時(shí)不受底座4的阻礙，底座4上表面的直線凹槽和動(dòng)子3底面的直線凹槽保證動(dòng)子3作直線運(yùn)動(dòng)，并限制動(dòng)子3的行程。實(shí)施例中底座4上的直線凹槽的數(shù)量為4個(gè)，即底座4上表面均勻設(shè)置有2行×2列個(gè)直線凹槽9，對(duì)應(yīng)的，動(dòng)子3底面的直線凹槽數(shù)量也為4個(gè)，滾珠10的數(shù)量也為4個(gè)。

在壓電陶瓷1的上下表面施加設(shè)定幅值、頻率為73kHz~84kHz范圍內(nèi)的單相交流電時(shí)，動(dòng)子3作向前的直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電源的頻率在79kHz左右時(shí)，動(dòng)子3可達(dá)到最大的向前行進(jìn)的速度；在壓電陶瓷1的上下表面施加設(shè)定幅值、頻率為91kHz~108kHz范圍內(nèi)的單相交流電時(shí)，動(dòng)子3作向后的直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電源的頻率在97kHz左右時(shí)，動(dòng)子3可達(dá)到最大的向后行進(jìn)的速度。

超聲波電機(jī)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要單相交流電驅(qū)動(dòng)，通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娫搭l率，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的向前或向后的直線運(yùn)動(dòng)，并且向前和向后直線運(yùn)動(dòng)的性能可達(dá)到基本相同。

以上僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。