專利名稱：多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超聲振動應用領域，具體涉及多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機。
背景技術：
基于超聲驅(qū)動原理利用柱狀定子(也稱超聲振子)彎曲振動模態(tài)的螺紋副驅(qū)動超聲電機主要通過激發(fā)定子空間上至少兩個彎曲振動模態(tài)，利用振動的耦合在定子的內(nèi)表面螺紋副產(chǎn)生驅(qū)動行波，實現(xiàn)螺紋桿輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運動輸出。該類螺紋副驅(qū)動超聲電機具有結構簡單、輸出力/質(zhì)量比密度大、易于微型化、定位精度較高等特點。目前，基于螺紋副驅(qū)動超聲電機有幾種典型結構:定子為多面體結構的利用面內(nèi)彎曲振動模態(tài)耦合驅(qū)動行波的螺紋驅(qū)動多面體超聲電機，如專利號為CN1767347A、CN1964175A與CN101364775A。利用環(huán)狀超薄結構定子面內(nèi)彎曲振動模態(tài)駐波驅(qū)動的螺紋驅(qū)動型超聲電機，如專利號為CN101056073B。為了降低電機定子的共振工作頻率，提出了一種定子采用懸臂梁結構的一端固支的壓電復合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線電機，如專利號為CN200910080339.6。該類電機主要是利用柱狀懸臂梁結構定子的空間正交彎曲振動模態(tài)的耦合產(chǎn)生驅(qū)動行波，實現(xiàn)輸出軸的運動輸出；另一種有代表意義的螺紋驅(qū)動型柱狀旋轉(zhuǎn)-直線超聲電機主要有定子為粘貼壓電片的金屬管式與壓電管式兩種類型的超聲波導螺桿電動機，如專利號為 US2006049720-A1、US2005258714-A1、US7170214-B2、US7309943-B2、CN101040395A及CN1879232A，該超聲波導螺桿電動機主要是利用兩端自由約束的柱體定子空間上正交的兩個一階彎曲振動相互耦合，在定子自由端的內(nèi)表面產(chǎn)生驅(qū)動行波，定子與輸出軸通過螺紋副傳動，在軸向負載力的作用下實現(xiàn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運動輸出；前面所提及的螺紋驅(qū)動型超聲電機定子所用的壓電元件多采用J31振動模式，在電機的微型化制造方面存在一定的優(yōu)勢，特別是對于超聲波導螺桿電動機來說，該優(yōu)勢體現(xiàn)得更為明顯，但是不可避免得存在輸出力較小的實際問題。為了提高電機的輸出力，改善負載特性，出現(xiàn)了一類利用壓電元件J33振動模式的壓電片夾心式旋轉(zhuǎn)直線超聲電機，如專利號為CN200710304683.X與CN201110304078.9，利用模態(tài)轉(zhuǎn)換型的壓電螺紋傳動直線超聲電機，如專利號為CN201110120487.3。目前，對螺紋副驅(qū)動超聲電機來說，需要不斷通過采用新方法、新設計和結構以及利用不同的振動模式驅(qū)動等途徑來提高超聲電機的輸出性能，目的主要是提高輸出力和力矩，提高回轉(zhuǎn)和直線運行精度和定位精度，減小了電機的徑向跳動和電機行程誤差，增強運行過程穩(wěn)定性和使用可靠性，消除驅(qū)動螺紋副的回程誤差，提高電機性能多樣性和柔性輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，本發(fā)明可以進一步改善螺紋副驅(qū)動超聲電機的輸出性能，提高電機的輸出力/力矩特性，消除螺紋副間傳動誤差，提高電機的回轉(zhuǎn)或直線定位精度。本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的采取的技術方案是:
多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸、至少三個超聲振子、至少兩個線性致動器及多個激振元件，超聲振子為柱狀彈性體，至少三個超聲振子同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子包括至少三個被激振主體和至少四個結合鎖緊端，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子中的位于端部的被激振主體的一端與一個結合鎖緊端的中部固接，其余被激振主體的兩端各與一個結合鎖緊端的中部固接，結合鎖緊端為突出盤狀結構，每個被激振主體內(nèi)部中心設有螺紋孔，每個結合鎖緊端中心設有圓柱形凹腔，用于內(nèi)置安裝線性致動器，相鄰兩個超聲振子通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端緊密連接，螺紋孔與所對應的圓柱形凹腔同軸且相通設置，每個被激振主體的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件，用于激振超聲振子，線性制動器設置在相對應的兩個圓柱形凹腔內(nèi)，線性制動器設有中空圓柱形孔，螺紋輸出軸穿過線性制動器的中空圓柱形孔并與超聲振子螺紋連接輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊。每個被激振主體的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件。所述的線性制動器由壓電堆疊片組合封裝而成，線性制動器的兩端面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔內(nèi)。所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸、至少三個超聲振子、至少兩個螺紋副驅(qū)動元件、至少兩個線性致動器、至少一個內(nèi)螺紋襯套及多個激振元件，超聲振子為柱狀彈性體，至少三個超聲振子同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子包括至少三個被激振主體和至少四個結合鎖緊端，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子中的位于端部的被激振主體的一端與一個結合鎖緊端的中部固接，其余被激振主體的兩端各與一個結合鎖緊端的中部固接，結合鎖緊端為突出盤狀結構，至少三個超聲振子中的位于端部的被激振主體內(nèi)部中心設有螺紋副驅(qū)動元件安裝孔和通孔，其余被激振主體內(nèi)部中心設有襯套孔，每個結合鎖緊端中心設有圓柱形凹腔，用于內(nèi)置安裝線性致動器，相鄰兩個超聲振子通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端緊密連接，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔通過通孔與所對應的圓柱形凹腔相通，襯套孔與所對應的圓柱形凹腔相通，每個被激振主體的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件，用于激振超聲振子，相對應設置的兩個圓柱形凹腔內(nèi)設置有一個線性致動器，線性制動器設有中空圓柱形孔，螺紋副驅(qū)動元件緊固連接配對安裝于螺紋副驅(qū)動元件安裝孔內(nèi)，內(nèi)螺紋襯套緊固連接配對安裝于襯套孔內(nèi)，螺紋輸出軸穿過線性制動器的中空圓柱形孔并與螺紋副驅(qū)動元件及內(nèi)螺紋軸套螺紋連接配對輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊。所述的超聲振子的材料熱膨脹系數(shù)小于等于螺紋副驅(qū)動元件的材料熱膨脹系數(shù)。每個被激振主體的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件。
所述的線性制動器由壓電堆疊片組合封裝而成，線性制動器的兩端面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔內(nèi)。所述的螺紋副驅(qū)動元件的外形為圓柱形或圓臺形，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔為圓柱形結構孔或圓錐形結構孔。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術的有益效果是:
一、本發(fā)明提出的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，多個超聲振子能夠組合驅(qū)動，達到電機的出力/力矩輸出，性能柔性輸出，減小電機的徑向跳動和電機行程誤差，提高了電機輸出性能的穩(wěn)定性與可靠性。該電機通過組合式超聲振子激勵螺紋副來驅(qū)動螺紋輸出軸，利用超聲振子激勵振動的疊加與耦合，在螺紋副內(nèi)螺紋表面產(chǎn)生行波，驅(qū)動與之配合的螺紋輸出軸旋轉(zhuǎn)，并且同時直線輸出，即實現(xiàn)螺紋輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運動輸出。二、本發(fā)明提出的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，通過控制線性致動器的伸長或縮短完成超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊功能，消除驅(qū)動螺紋副的回程誤差，實現(xiàn)超聲電機精密驅(qū)動定位的功能。三、本發(fā)明顯著提高了該類螺紋副驅(qū)動超聲電機輸出性能，應用靈活，并實現(xiàn)柔性化輸出，實現(xiàn)超聲電機大力/力矩輸出，降低運行誤差，并實現(xiàn)超聲電機的精密驅(qū)動，促進螺紋副驅(qū)動超聲電機的實用化進程。本發(fā)明在航空航天、汽車工業(yè)、自動化、醫(yī)療器械、光學驅(qū)動和精密定位系統(tǒng)等領域有著廣闊的應用前景。


圖1示出本發(fā)明的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機的主視結構不意 圖2示出圖1中所述電機的組合式超聲振子的激振元件分布圖，圖中P為壓電晶體材料的極化方向；
圖3 (a)示出中間型超聲振子與激振元件裝配的主剖視示意 圖3 (b)示出中間型超聲振子與激振元件及內(nèi)螺紋襯套裝配的主剖視示意 圖4示出圖1中所述的超聲電機的組合式超聲振子分解后的主視結構 圖5示出多振子組合式超聲振子分解后的主視結構圖，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔為圓柱形結構孔；
圖6示出多振子組合式超聲振子分解后的主視結構圖；螺紋副驅(qū)動元件安裝孔為圓錐形結構孔；
圖7示出本發(fā)明的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機的整體結構主視圖，增加了內(nèi)螺紋襯套；
圖8示出圖7中所述電機的組合式超聲振子的激振元件分布圖，圖中P為壓電晶體材料的極化方向。圖中:壓電堆疊片1、螺紋副驅(qū)動元件2、螺紋輸出軸3、激振元件4、線性致動器5、圓柱形凹腔8、中空圓柱形孔10、連接鎖緊通孔12、圓柱形結構孔14、圓錐形結構孔15、超聲振子17、被激振主體18、結合鎖緊端19、螺紋孔26、內(nèi)螺紋襯套27、螺紋副驅(qū)動元件安裝孔30、通孔31、襯套孔32。
具體實施例方式具體實施方式
一:如圖1至圖4，多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸3、至少三個超聲振子17、至少兩個線性致動器5及多個激振元件4，超聲振子17為柱狀彈性體，至少三個超聲振子17同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子17包括至少三個被激振主體18和至少四個結合鎖緊端19，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子17中的位于端部的被激振主體18的一端與一個結合鎖緊端19的中部固接，其余被激振主體18 (也稱為中間型超聲振子)的兩端各與一個結合鎖緊端19的中部固接，結合鎖緊端19為突出盤狀結構，每個被激振主體18內(nèi)部中心設有螺紋孔26，每個結合鎖緊端19中心設有圓柱形凹腔8，用于內(nèi)置安裝線性致動器5，相鄰兩個超聲振子17通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端19緊密連接(每個結合鎖緊端19上均布設有四個連接鎖緊通孔12，兩個結合鎖緊端19上的連接鎖緊通孔12 —一對應設置，兩個結合鎖緊端19通過穿入連接鎖緊通孔12內(nèi)的螺栓緊密連接)，螺紋孔26與所對應的圓柱形凹腔8同軸且相通設置，每個被激振主體18的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件4，用于激振超聲振子17，線性制動器5設置在相對應的兩個圓柱形凹腔8內(nèi)，線性制動器5設有中空圓柱形孔10，螺紋輸出軸3穿過線性制動器5的中空圓柱形孔10并與超聲振子17螺紋連接輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器5的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子17與螺紋輸出軸3間的鎖緊，該技術方案消除了驅(qū)動螺紋副的回程誤差，實現(xiàn)超聲電機精密驅(qū)動定位的功能。本實施方式中，所述的超聲振子17由合金鋼、銅合金、鋁合金或鈦合金材料制成；所述的激振元件4由壓電晶體材料制成；所述的螺紋輸出軸3由銅合金、合金鋼類金屬或聚四氟乙烯類高聚物材料制成。
具體實施方式
二:如圖1至圖4，具體實施方式
一所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，每個被激振主體18的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件4的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件4 (激振元件4通過冷焊或環(huán)氧樹脂膠固定于平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)，使得超聲振子17結構更加緊湊)。
具體實施方式
三:如圖1和圖4所示，具體實施方式
一所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的線性制動器5由壓電堆疊片I組合封裝而成，線性制動器5的兩端面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔8內(nèi)。
具體實施方式
四:如圖5至圖8所示，多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸3、至少三個超聲振子17、至少兩個螺紋副驅(qū)動元件2、至少兩個線性致動器5、至少一個內(nèi)螺紋襯套27及多個激振元件4，超聲振子17為柱狀彈性體，至少三個超聲振子17同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子17包括至少三個被激振主體18和至少四個結合鎖緊端19，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子17中的位于端部的被激振主體18的一端與一個結合鎖緊端19的中部固接，其余被激振主體18的兩端各與一個結合鎖緊端19的中部固接，結合鎖緊端19為突出盤狀結構，至少三個超聲振子17中的位于端部的被激振主體18內(nèi)部中心設有螺紋副驅(qū)動元件安裝孔30和通孔31，其余被激振主體18內(nèi)部中心設有襯套孔32，每個結合鎖緊端19中心設有圓柱形凹腔8，用于內(nèi)置安裝線性致動器5，相鄰兩個超聲振子17通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端19緊密連接(每個結合鎖緊端19上均布設有四個連接鎖緊通孔12，兩個結合鎖緊端19上的連接鎖緊通孔12 —一對應設置，兩個結合鎖緊端19通過穿入連接鎖緊通孔12內(nèi)的螺栓緊密連接)，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔30通過通孔31與所對應的圓柱形凹腔8相通，襯套孔32與所對應的圓柱形凹腔8相通，每個被激振主體18的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件4，用于激振超聲振子17，相對應設置的兩個圓柱形凹腔8內(nèi)設置有一個線性致動器5，線性制動器5設有中空圓柱形孔10，螺紋副驅(qū)動元件2緊固連接配對安裝于螺紋副驅(qū)動元件安裝孔30內(nèi)，內(nèi)螺紋襯套27緊固連接配對安裝于襯套孔32內(nèi)，螺紋輸出軸3穿過線性制動器5的中空圓柱形孔10并與螺紋副驅(qū)動元件2及內(nèi)螺紋軸套27螺紋連接配對輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器5的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子17與螺紋輸出軸3間的鎖緊，該技術方案消除了驅(qū)動螺紋副的回程誤差，實現(xiàn)超聲電機精密驅(qū)動定位的功能。本實施方式中所述的超聲振子17的材料熱膨脹系數(shù)小于等于螺紋副驅(qū)動元件2的材料熱膨脹系數(shù)。本實施方式中，所述的超聲振子17由合金鋼、銅合金、鋁合金或鈦合金材料制成；所述的激振元件4由壓電晶體材料制成；所述的螺紋輸出軸3由銅合金、合金鋼類金屬或聚四氟乙烯類高聚物材料制成。
具體實施方式
五:如圖5至圖8所示，具體實施方式
四所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，每個被激振主體18的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件4的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件4 (激振元件4通過冷焊或環(huán)氧樹脂膠固定于平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)，使得超聲振子17結構更加緊湊)。
具體實施方式
六:如圖5至圖7所示，具體實施方式
四所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的線性制動器5由壓電堆疊片I組合封裝而成，線性制動器5的兩端 面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔8內(nèi)。
具體實施方式
七:如圖5至圖7所示，具體實施方式
四所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，所述的螺紋副驅(qū)動元件2的外形為圓柱形或圓臺形，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔30為圓柱形結構孔14或圓錐形結構孔15。本實施方式中位于端部的超聲振子和位于中間的超聲振子可以根據(jù)需要分別替換為不同結構的超聲振子來組合成為組合式超聲振子，位于中間的超聲振子的數(shù)量可以為多個，以實現(xiàn)更大力/力矩輸出。實施例:對于本發(fā)明提出的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機的激振方式以具體實施方式
一所述的精密定位超聲電機為例進行說明。多振子組合式超聲振子可采用三階或相應更高階彎曲振動模態(tài)進行驅(qū)動工作。多振子組合式超聲振子所用激振元件采用d31振動模式，該類型壓電片沿厚度方向極化，上下表面鍍有通電銀極，通電激勵時應變即形變方向與極化方向相垂直。多振子組合式超聲振子中的每個超聲振子所用激振元件均為一個激振組，分別為4a、4b、4c與4d,其中4a與4c通sin ( cot),4b與4d通sin (ω +Φ);相鄰的超聲振子所用激振元件為另一個激振組，對應也分別為4a、4b、4c與4d,其中4a與4c通-sin ( ω t), 4b與4d通-sin ( ω t+Φ );即可表述為組合式超聲振子中多振子組合式超聲振子的對應位置所在的激振元件的激勵交流電信號相鄰同頻反向；超聲振子金屬部分自身接地；其中該交流電信號的頻率ω —般應與雙振子組合式超聲振子的一階彎曲振動共振頻率相吻合或相近，相位差Φ —般為90或270度，可實現(xiàn)螺紋輸出軸的正反方向的旋轉(zhuǎn)-直線運動輸出。對于本實施例所述的多振子組合式超聲振子激勵的精密定位超聲電機實現(xiàn)鎖緊功能與消除驅(qū)動螺紋副的回程誤差的通電方式可描述為:線性致動器的伸長或縮短則通過采用壓電元件d33振動模式，該類型壓電片沿厚度方向極化，上下表面鍍有的通電銀極，通電激勵時應變即形變方向與極化方向相平行來實現(xiàn)。當對線性致動器通以一定數(shù)值的直流電壓時，線性致動器則可產(chǎn)生相應的伸長或縮短靜變形；同時可對多振子組合式超聲振子也通以一定數(shù)值的直流電壓，使得多振子組合式超聲振子產(chǎn)生對應的縮短或伸長靜變形，由此達到完成多振子組合式超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊功能，消除驅(qū)動螺紋副的回程誤差，實現(xiàn)超聲電機精密驅(qū)動定位的功能。
權利要求
1.一種多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸(3)、至少三個超聲振子(17)、至少兩個線性致動器(5)及多個激振元件(4)，超聲振子(17)為柱狀彈性體，至少三個超聲振子(17)同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子(17)包括至少三個被激振主體(18)和至少四個結合鎖緊端(19)，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子(18)中的位于端部的被激振主體(18)的一端與一個結合鎖緊端(19)的中部固接，其余被激振主體(18)的兩端各與一個結合鎖緊端(19)的中部固接，結合鎖緊端(19)為突出盤狀結構，每個被激振主體(18 )內(nèi)部中心設有螺紋孔(26 )，每個結合鎖緊端(19 )中心設有圓柱形凹腔(8)，用于內(nèi)置安裝線性致動器(5)，相鄰兩個超聲振子(17)通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端(19)緊密連接，螺紋孔(26)與所對應的圓柱形凹腔(8)同軸且相通設置，每個被激振主體(18)的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件(4)，用于激振超聲振子(17)，線性制動器(5)設置在相對應的兩個圓柱形凹腔(8)內(nèi)，線性制動器(5)設有中空圓柱形孔(10)，螺紋輸出軸(3)穿過線性制動器(5)的中空圓柱形孔(10)并與超聲振子(17)螺紋連接輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器(5)的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子(17)與螺紋輸出軸(3)間的鎖緊。
2.如權利要求1所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:每個被激振主體(18)的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件(4)的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件(4)。
3.如權利要求1所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的線性制動器(5)由壓電堆疊片(I)組合封裝而成，線性制動器(5)的兩端面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔(8)內(nèi)。
4.一種多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機主要包括螺紋輸出軸(3)、至少三個超聲振子(17)、至少 兩個螺紋副驅(qū)動元件(2)、至少兩個線性致動器(5)、至少一個內(nèi)螺紋襯套(27)及多個激振元件(4)，超聲振子(17)為柱狀彈性體，至少三個超聲振子(17)同軸且呈一字排列，至少三個超聲振子(17)包括至少三個被激振主體(18)和至少四個結合鎖緊端(19)，同軸且呈一字排列的至少三個超聲振子(17)中的位于端部的被激振主體(18)的一端與一個結合鎖緊端(19)的中部固接，其余被激振主體(18)的兩端各與一個結合鎖緊端(19)的中部固接，結合鎖緊端(19)為突出盤狀結構，至少三個超聲振子(17)中的位于端部的被激振主體(18)內(nèi)部中心設有螺紋副驅(qū)動元件安裝孔(30)和通孔(31)，其余被激振主體(18)內(nèi)部中心設有襯套孔(32)，每個結合鎖緊端(19)中心設有圓柱形凹腔(8)，用于內(nèi)置安裝線性致動器(5)，相鄰兩個超聲振子(17)通過相鄰設置的兩個結合鎖緊端(19)緊密連接，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔(30)通過通孔(31)與所對應的圓柱形凹腔(8)相通，襯套孔(32)與所對應的圓柱形凹腔(8)相通，每個被激振主體(18)的外周側(cè)面上均布固定有多個激振元件(4)，用于激振超聲振子(17)，相對應設置的兩個圓柱形凹腔(8)內(nèi)設置有一個線性致動器(5)，線性制動器(5 )設有中空圓柱形孔(10)，螺紋副驅(qū)動元件(2)緊固連接配對安裝于螺紋副驅(qū)動元件安裝孔(30)內(nèi)，內(nèi)螺紋襯套(27)緊固連接配對安裝于襯套孔(32)內(nèi)，螺紋輸出軸(3)穿過線性制動器(5)的中空圓柱形孔(10)并與螺紋副驅(qū)動元件(2)及內(nèi)螺紋軸套(27)螺紋連接配對輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器(5)的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子(17)與螺紋輸出軸(3)間的鎖緊。
5.如權利要求4所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的超聲振子(17)的材料熱膨脹系數(shù)小于等于螺紋副驅(qū)動元件(2)的材料熱膨脹系數(shù)。
6.如權利要求4或5所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:每個被激振主體(18)的外周側(cè)面上均布加工有四個結構對稱成正方形方位的平側(cè)面或凹槽，激振元件(4)的數(shù)量與平側(cè)面或凹槽的數(shù)量相一致，每個平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固定一個激振元件(4 )。
7.如權利要求4或5所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的線性制動器(5)由壓電堆疊片(I)組合封裝而成，線性制動器(5)的兩端面壓緊配對安裝在相對應設置的兩個圓柱形凹腔(8)內(nèi)。
8.如權利要求4 所述的多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機，其特征是:所述的螺紋副驅(qū)動元件(2)的外形為圓柱形或圓臺形，螺紋副驅(qū)動元件安裝孔(30)為圓柱形結構孔(14)或圓錐形結構孔(15)。
全文摘要
多振子組合式超聲振子激勵的大推力精密定位超聲電機。屬于超聲振動應用領域。為了進一步提高螺紋副驅(qū)動超聲電機的輸出性能，產(chǎn)生更大的推力，提高電機的定位精度。所述的超聲電機主要包括兩個以上可以獨立工作的組合式超聲振子、線性致動器、螺紋副驅(qū)動元件以及螺紋輸出軸，被激振主體上的平側(cè)面或凹槽內(nèi)固定有激振元件，線性制動器的兩端面壓緊配對安裝在相鄰的兩個超聲振子內(nèi)，螺紋輸出軸與兩個頭端型超聲振子及至少一個內(nèi)螺紋軸套螺紋連接輸出旋轉(zhuǎn)和直線運動，通過控制線性致動器的伸長或縮短實現(xiàn)超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊。本發(fā)明可實現(xiàn)柔性化輸出，用于航空航天、汽車工業(yè)、自動化、醫(yī)療器械、光學驅(qū)動和精密定位系統(tǒng)等領域。
文檔編號H02N2/00GK103117675SQ20131008342
公開日2013年5月22日 申請日期2013年3月16日 優(yōu)先權日2013年3月16日
發(fā)明者程廷海, 肖才偉, 程小軍 申請人:哈爾濱工業(yè)大學