專利名稱：雙驅(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，具體涉及一種雙驅(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借助摩擦傳遞超聲波振動以獲得動力的驅(qū)動機構(gòu)，通常由 定子形成超聲振動，轉(zhuǎn)子(動子)依靠定轉(zhuǎn)子間的摩擦耦合傳遞定子的振動，并 將這種振動轉(zhuǎn)換成連續(xù)的旋轉(zhuǎn)或直線位移，從而驅(qū)動負載。與傳統(tǒng)電磁式電機相 比，超聲電機除了具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕的優(yōu)點，還具有低轉(zhuǎn)速大力矩，且瞬態(tài) 響應(yīng)快、控制特性好，不受磁場影響，運動準(zhǔn)確等特點，在機器人，汽車工 業(yè)，航空航天，照相器材，精密儀器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，許海在《機械設(shè)計與制造》(2007年第5期 第48-50頁)發(fā)表的《雙足型直線超聲電機的原理分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計》，該文中提 出了一種基于矩形面內(nèi)振動的雙足型直線超聲電機，通過利用矩形定子產(chǎn)生同 頻的一階縱振和二階彎振，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。檢索中還發(fā)現(xiàn)，中國專利《旋轉(zhuǎn)式超聲電機及其實 現(xiàn)方法》(專利號CN101123405)涉及一種旋轉(zhuǎn)式超聲電機，包括振子和轉(zhuǎn)子， 所述振子由壓電陶瓷以及金屬彈性體粘接組成，通過振子的圓臺面與轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)的 圓臺面接觸，將薄圓臺式金屬彈性體沿圓周方向的行波振動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。 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，提出一種雙驅(qū)動 足圓弧形曲線超聲電機。本發(fā)明通過對雙驅(qū)動足圓弧形定子的結(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、第一驅(qū)動足、第二驅(qū)動足和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘組成，其中壓電陶 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、第一支撐輪、第二支撐輪、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，第一驅(qū)動足、第二驅(qū)動足粘結(jié)于金屬彈性體內(nèi) 弧面的兩個端部，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，這四部分組成的復(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 被夾持在第一支撐輪、第二支撐輪和定子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的兩個 驅(qū)動足相接觸，第一支撐輪位于定子第一驅(qū)動足的正下方，第二支撐輪位于定子 第二驅(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。所述第一驅(qū)動足粘結(jié)于金屬彈性體內(nèi)弧面的右端。所述第二驅(qū)動足粘結(jié)于金屬彈性體內(nèi)弧面的左端。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，由一階圓周向運動和二階彎曲振動組成的復(fù)合振動，位于金屬彈性 體內(nèi)弧面的的第一驅(qū)動足和第二驅(qū)動足端部產(chǎn)生橢圓運動。由兩個驅(qū)動足產(chǎn)生的 摩擦力依次驅(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)?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。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)明通過控制雙驅(qū)動足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，由雙驅(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)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保 護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第一支撐輪、9第一驅(qū)動足、10圓弧形金屬彈性體、11第二支撐輪、12 第二驅(qū)動足、13第三導(dǎo)向輪、14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、第一驅(qū)動足9、第二驅(qū)動足12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、第一支撐輪8、第二支撐輪ll、第一導(dǎo)向輪5、第二導(dǎo)向 輪6、第三導(dǎo)向輪13和第四導(dǎo)向輪14構(gòu)成動子組件。上述組成部件的連接關(guān)系為第一驅(qū)動足9粘結(jié)于金屬彈性體10內(nèi)弧面的右 端，第二驅(qū)動足12粘結(jié)于金屬彈性體10內(nèi)弧面的左端，第一弧形壓電陶瓷片2、 第二弧形壓電陶瓷片4分別粘貼在圓弧形金屬彈性10體的外圓弧面靠兩側(cè)處， 組成的復(fù)合體內(nèi)置于定子固定架1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被夾持在第一支撐輪 8和第一驅(qū)動足9 、第二支撐輪11和驅(qū)動足12中間，第一支撐輪8位于定子第 一驅(qū)動足9的正下方，第二支撐輪11位于定子第二驅(qū)動足12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13和第四 導(dǎo)向輪14相對放置于定子固定架1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13和第四導(dǎo)向輪14間，并可左右滑動。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，由一階圓周向運動和二階彎曲振動組成的復(fù)合振動，位于金屬彈性體10內(nèi)弧面的的第一驅(qū)動足9和第二驅(qū)動足12端部產(chǎn)生橢圓運動。由第一 驅(qū)動足9和第二驅(qū)動足12產(chǎn)生的摩擦力依次驅(qū)動夾持于第一支撐輪8和第一驅(qū) 動足9，第二支撐輪11和驅(qū)動足12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13和第四導(dǎo)向輪14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，金屬彈性體10內(nèi)弧面的的 第一驅(qū)動足9和第二驅(qū)動足12端部產(chǎn)生相向的橢圓運動。由兩個第一驅(qū)動足9 和第二驅(qū)動足12產(chǎn)生的摩擦力依次驅(qū)動夾持于第一支撐輪8和第一驅(qū)動足9， 第二支撐輪11和驅(qū)動足12間的弧形滑帶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13和第四導(dǎo)向輪14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和兩個第一驅(qū)動足9和第二驅(qū)動足 12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，通過控制雙驅(qū)動足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，由雙驅(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、速度可達到250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. 一種雙驅(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、第一驅(qū)動足、第二驅(qū)動足和預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺釘組成，其中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、第一支撐輪、第二支撐輪、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)系為第一驅(qū)動足、第二驅(qū)動足粘結(jié)于金屬彈性體內(nèi)弧面的兩個端部，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，這四部分組成的復(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第一支撐輪、第二支撐輪和定子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的兩個驅(qū)動足相接觸，第一支撐輪位于定子第一驅(qū)動足的正下方，第二支撐輪位于定子第二驅(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l所述的雙驅(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l所述的雙驅(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，由一階圓周向運動和二階彎曲振動組成的復(fù)合振動，位于金屬彈性體內(nèi)弧 面的的第一驅(qū)動足和第二驅(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)域的雙驅(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、兩個驅(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兩個驅(qū)動足中間。調(diào)整預(yù)緊力調(diào)節(jié)螺桿從而調(diào)節(jié)圓弧形滑帶和兩個驅(qū)動足之間所需要的預(yù)壓力。通過控制雙驅(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H02N2/00GK101267170SQ20081003709
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)