專利名稱：單驅(qū)動足圓弧形曲線超聲電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電機技術(shù)領(lǐng)域的超聲電機，具體涉及一種單驅(qū)動足圓 弧形曲線超聲電機。
技術(shù)背景超聲波電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)和超聲振動，將材料的微觀 變形轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子(動子)宏觀運動的新型驅(qū)動器，它的基本工作原理是利用壓電 陶瓷的逆壓電效應(yīng)激發(fā)彈性體產(chǎn)生超聲振動來實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)換，并通 過定、轉(zhuǎn)子(動子)之間的摩擦作用將振動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子(動子)的旋轉(zhuǎn)(直線) 運動，從而驅(qū)動負(fù)載。與傳統(tǒng)電磁式電機相比，超聲電機能直接輸出低轉(zhuǎn)速大 力矩，且瞬態(tài)響應(yīng)快、定位精度高，功率密度大，控制特性好，不受磁場影 響，運動準(zhǔn)確等優(yōu)點，在航空航天，機器人，醫(yī)療器械，精密儀器，汽車工業(yè) 等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，劉劍等在《聲學(xué)學(xué)報》(2003年28巻第1 期第86-90頁)發(fā)表的《基于矩形薄板面內(nèi)振動的直線型超聲電機的研究》，該 文中提出了 一種基于矩形薄板面內(nèi)振動的單驅(qū)動足直線型超聲電機，通過利用 矩形壓電陶瓷板的一階縱向和二階彎曲振動模態(tài)，實現(xiàn)直線運動。其不足在于 它只能驅(qū)動動子作直線運動，不能做圓弧曲線運動。純壓電陶瓷結(jié)構(gòu)常常需要表 面分區(qū)激勵，而且材質(zhì)較脆，在變形較大場合不便應(yīng)用，其輸出力矩受到了制 約。同時，也不易制作成形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。檢索中還發(fā)現(xiàn)，莫岳平等在《中國電 機工程學(xué)報》(2002年22巻第11期第92-96頁)發(fā)表的《超聲波電機振動模態(tài) 有限元分析》，該文中提出了一種直徑為100mm的環(huán)形行波型圓形超聲電機。通 過電機振動模態(tài)的有限元分析，確定了電機結(jié)構(gòu)尺寸，并通過了實驗驗證。其不 足在于這種電機圓盤式結(jié)構(gòu)只能做整圈的圓周曲線運動，無法驅(qū)動動子滑帶作 短距離往復(fù)的圓弧曲線運動。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足以及圓弧形動作器件的需要，提出一種單驅(qū)動足 圓弧形曲線超聲電機。本發(fā)明通過對圓弧形定子的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其滿足超聲電機 工作要求，在激勵頻率驅(qū)動下由定子驅(qū)動動子滑帶作圓弧曲線運動。滿足適合于 工作臺或其他機構(gòu)直接作短距離雙向圓弧運動的環(huán)境。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明由定子組件和動子組件構(gòu)成。定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、第一弧形壓電陶瓷片、第二 弧形壓電陶瓷片、一個驅(qū)動足和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘組成，其中兩個壓電陶瓷片上下 表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；動子組件包括圓弧形滑帶、 一個支撐輪、第一導(dǎo)向輪、第二導(dǎo)向輪、第三導(dǎo) 向輪和第四導(dǎo)向輪， 一個驅(qū)動足粘結(jié)于圓弧形金屬彈性體內(nèi)弧面的中間部位，第 一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體外圓弧 面，這三部分組成的復(fù)合體內(nèi)置于定子固定架內(nèi)。預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘與定子固定架 螺紋連接，并與金屬彈性體中部正上方相接觸。圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和定 子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的單驅(qū)動足相接觸；支撐輪位于定子驅(qū)動足的 正下方。第一導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪相對放置于定子組件的右側(cè)，第三導(dǎo)向輪和第 四導(dǎo)向輪相對放置于定子組件的左側(cè)，圓弧形滑帶置于第一導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪 間，第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪間，并可左右滑動。所述第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈 性體的外圓弧面靠兩側(cè)處。當(dāng)?shù)谝换⌒螇弘娞沾善皇┘蛹铑l率時，激發(fā)出金屬彈性體的相應(yīng)的諧振 模態(tài)和振型，位于圓弧形金屬彈性體內(nèi)弧面的中間部位的驅(qū)動足端部產(chǎn)生橢圓運 動。由摩擦力驅(qū)動夾持于驅(qū)動足和支撐輪間的圓弧形滑帶滑動，并沿由第一導(dǎo)向 輪和第二導(dǎo)向輪，第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪確定的運動方向，向一個方向運動。 當(dāng)?shù)诙⌒螇弘娞沾善皇┘蛹铑l率時，驅(qū)動足端部產(chǎn)生相向的橢圓運動。由 摩擦力驅(qū)動夾持于驅(qū)動足和支撐輪間的弧形滑帶滑動，并沿由第一導(dǎo)向輪和第二 導(dǎo)向輪，第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪確定的運動方向另一個方向運動。調(diào)整預(yù)緊力 調(diào)節(jié)螺桿從而調(diào)節(jié)圓弧形滑帶和驅(qū)動足之間的預(yù)壓力，使超聲電機工作在最佳狀 態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過控制圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵方式，在逆壓電效應(yīng)下壓電陶瓷振動激發(fā)定子金屬彈性體的相應(yīng)的固有振動， 由單驅(qū)動足通過摩擦力驅(qū)動圓弧形動子滑帶，沿圓周往復(fù)曲線運動；該超聲電機 可實現(xiàn)圓弧形動子帶的雙向曲線運動而無需機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡單、輸出力 大、速度較高、效率較高。適合于工作臺或其他機構(gòu)直接作短距離雙向圓弧運 動的場合。


圖1為本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保 護(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括l定子固定架、2第一弧形壓電陶瓷片、3預(yù)緊 力調(diào)節(jié)螺釘、4第二弧形壓電陶瓷片、5第一導(dǎo)向輪、6第二導(dǎo)向輪、7圓弧形滑 帶、8支撐輪、9驅(qū)動足、IO金屬彈性體、ll第三導(dǎo)向輪、12第四導(dǎo)向輪。其中所述定子固定架1、圓弧形金屬彈性體10、第一弧形壓電陶瓷片2、第 二弧形壓電陶瓷片4、驅(qū)動足9和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘3組成定子組件，其中第一弧 形壓電陶瓷片2、第二弧形壓電陶瓷片4的上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的 電極；所述圓弧形滑帶7、支撐輪8、第一導(dǎo)向輪5、第二導(dǎo)向輪6、第三導(dǎo)向輪ll 和第四導(dǎo)向輪12構(gòu)成動子組件。上述組成部件的連接關(guān)系為驅(qū)動足9粘結(jié)于金屬彈性體10內(nèi)弧面的中間部 位，第一弧形壓電陶瓷片2和第二弧形壓電陶瓷片4分別粘貼在圓弧形金屬彈性 體10的外圓弧面靠兩側(cè)處，三部分組成的復(fù)合體內(nèi)置于定子固定架l內(nèi)。預(yù)緊 力調(diào)節(jié)螺釘3與定子固定架1螺紋連接，并與金屬彈性體10中部正上方相接觸。 圓弧形滑帶7被夾持在支撐輪8和驅(qū)動足9中間，且圓弧形滑帶7和定子的驅(qū)動 足9相接觸；支撐輪8位于定子驅(qū)動足9的正下方。第一導(dǎo)向輪5和第二導(dǎo)向輪 6相對放置于定子固定架1的右側(cè)，第三導(dǎo)向輪11和第四導(dǎo)向輪12相對放置于 定子固定架l的左側(cè)，圓弧形滑帶7置于第一導(dǎo)向輪5和第二導(dǎo)向輪6間，第三 導(dǎo)向輪11和第四導(dǎo)向輪12間，并可左右滑動。所述圓弧形滑帶7，是圓弧形的金屬帶或其它類似非金屬材料制成的弧形帶。本實施例具體工作的實現(xiàn)包括以下過程當(dāng)?shù)谝换⌒螇弘娞沾善?被施加激勵頻率時，激發(fā)出金屬彈性體10的相應(yīng)的 諧振模態(tài)和振型，位于金屬彈性體10內(nèi)弧面的中間部位的驅(qū)動足9端部產(chǎn)生橢圓運動。由摩擦力驅(qū)動夾持于驅(qū)動足9和支撐輪8間的圓弧形滑帶7滑動，并沿 由第一導(dǎo)向輪5和第二導(dǎo)向輪6，第三導(dǎo)向輪11和第四導(dǎo)向輪12確定的運動方 向向一個方向運動。當(dāng)?shù)诙⌒螇弘娞沾善?被施加激勵頻率時，驅(qū)動足9端部 產(chǎn)生相向的橢圓運動。由摩擦力驅(qū)動夾持于驅(qū)動足9和支撐輪8間的圓弧形滑帶 7滑動，并沿由第一導(dǎo)向輪5和第二導(dǎo)向輪6，第三導(dǎo)向輪11和第四導(dǎo)向輪12 確定的運動方向向另一個方向運動。調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿3從而調(diào)節(jié)圓弧形滑帶 7和驅(qū)動足9之間的預(yù)壓力，使超聲電機工作在最佳狀態(tài)。由上述實施例可以看出，通過控制圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵 方式，在逆壓電效應(yīng)下壓電陶瓷振動激發(fā)定子金屬彈性體的相應(yīng)的固有振動，由 驅(qū)動足通過摩擦力驅(qū)動圓弧形動子滑塊的沿圓周往復(fù)曲線運動；該超聲電機可 實現(xiàn)圓弧形動子滑塊的雙向曲線運動而無需機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡單、輸出力 大、速度可達(dá)到200毫米/秒。適合于工作臺或其他機構(gòu)直接作短距離雙向圓弧 運動的場合。
權(quán)利要求
1. 一種單驅(qū)動足圓弧形曲線超聲電機，由定子組件和動子組件構(gòu)成，其特征在于，所述定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、第一弧形壓電陶瓷片、第二弧形壓電陶瓷片、一個驅(qū)動足和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘，其中兩個壓電陶瓷片上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；所述動子組件包括圓弧形滑帶、一個支撐輪、第一導(dǎo)向輪、第二導(dǎo)向輪、第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪；上述部件的連接關(guān)系為一個驅(qū)動足粘結(jié)于圓弧形金屬彈性體內(nèi)弧面的中間部位，第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體外圓弧面，這三部分組成的復(fù)合體內(nèi)置于定子固定架內(nèi)，預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘與定子固定架螺紋連接，并與金屬彈性體中部正上方相接觸，圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和定子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的單驅(qū)動足相接觸，支撐輪位于驅(qū)動足的正下方，第一導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪相對放置于定子組件的右側(cè)，第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪相對放置于定子組件的左側(cè)，圓弧形滑帶置于第一導(dǎo)向輪和第二導(dǎo)向輪間，第三導(dǎo)向輪和第四導(dǎo)向輪間，并能左右滑動。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單驅(qū)動足圓弧形曲線超聲電機，其特征是，所述 第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體的外 圓弧面靠兩側(cè)處。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單驅(qū)動足圓弧形曲線超聲電機，其特征是，所述第一弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，激發(fā)出金屬彈性體的相應(yīng)的諧振模態(tài)和 振型，位于圓弧形金屬彈性體內(nèi)弧面的中間部位的驅(qū)動足端部產(chǎn)生橢圓運動，第 二弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，驅(qū)動足端部產(chǎn)生相向的橢圓運動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機械電子技術(shù)領(lǐng)域的單驅(qū)動足圓弧型曲線超聲電機，由定子組件和動子組件構(gòu)成，定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、弧形壓電陶瓷片、一個驅(qū)動足和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘，弧形壓電陶瓷片上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；動子組件包括圓弧形滑帶、支撐輪、導(dǎo)向輪。圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和驅(qū)動足中間。調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿從而調(diào)節(jié)圓弧形滑帶和單驅(qū)動足之間所需要的預(yù)壓力。通過控制單驅(qū)動足圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵方式。本發(fā)明可實現(xiàn)圓弧形動子滑帶的雙向曲線運動而無需機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡單、輸出力大、速度較高、效率較高。
文檔編號H02N2/00GK101267169SQ20081003709
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月8日
發(fā)明者巍 何, 李世陽, 明 楊 申請人:上海交通大學(xué)