專利名稱：彎縱振動復合柱體直線超聲波電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，屬于超聲波電機制造的技 術領域。
背景技術：
超聲波電機利用逆壓電效應將電能轉化為電機定子的振動，然后通過電機定 子和動子間摩擦耦合驅動電機動子運動。因而超聲波電機具有一系列優(yōu)點，與傳 統(tǒng)的電磁電機相比，它具有慣性小、響應快、控制特性好、不受磁場影響、同時 本身也不產生磁場、定位精度高等特點。特別是它具有重量輕、結構簡單、效率 高、噪聲小、低速大扭矩、可直接驅動負載等特性。直線超聲電機不僅具備了超 聲電機一系列的優(yōu)點，它還具有不需要絲桿機構進行運動轉換，在閉環(huán)系統(tǒng)中能 實現(xiàn)高精度定位等優(yōu)點。在國外，直線超聲波電機被廣泛應用于半導體制造、電 動醫(yī)療器械、工業(yè)自動化機器和計算機輔助制造等領域。上世紀卯年代中期， 國內開始了直線超聲波電機的研究，并取得一定的成果。近年來，由于直線超聲波電機位置分辨率高的特點，在半導體工業(yè)和其他精 密儀器裝置領域，運用直線超聲波電機產生大推力實現(xiàn)大范圍運動的需求越來越 大。技術內容技術問題本發(fā)明的目的在于提供一種彎縱振動復合柱體直線超聲波電機， 采用圓柱定子，圓柱定子柱體的彎曲振動控制驅動足和滑塊接觸面的摩擦力，利 用圓柱定子柱體的縱向振動產生定子推力。該電機具有直線超聲波電機的全部優(yōu) 點。此外，該電機還具有大推力和動態(tài)性能優(yōu)良的特點。
技術方案 一種彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，該電機包括圓柱定子、 預緊機構、底座板，底座板水平設置，導軌安裝板縱向垂直固定于底座板的左端， 導軌槽的底部固定于導軌安裝板內側中部，滑塊滑動接觸導軌槽的槽壁，滑塊外 側與驅動足的左端接觸，預緊機構橫向固定在底座板的右端，圓柱定子縱向設置 在驅動足與預緊機構之間，驅動足右端固定于圓柱定子左側，圓柱定子右側與預 緊機構的直線運動球支座左端弧線凹槽接觸。上述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機的圓柱定子包括五個匹配塊，從圓 柱定子左端到右端相鄰兩個匹配塊之間設有一個陶瓷片對且依次設置第一彎振 陶瓷片對、第一縱振陶瓷片對、第二縱振陶瓷片對、第二彎振陶瓷片對，各陶瓷 片對由兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極片構成，上述各陶瓷片對、電極片、匹 配塊帶有通孔，通孔的內壁與螺桿螺紋配合。預緊機構包含直線運動球支座、彈 簧、安放座、預壓滑塊、調節(jié)螺栓、軸承、導軌軸，直線運動球支座底部與底座 板接觸，安放座垂直固定于底座板的右端，調節(jié)螺栓與安放座中孔的內壁螺紋配 合，調節(jié)螺栓左端設有預壓滑塊，在直線運動球支座右側與預壓滑塊左端之間橫 向設置彈簧，彈簧兩側水平設置導軌軸，導軌軸左端設有軸承與直線運動球支座 中部連接，導軌軸右端貫穿固定于安放座外側。本發(fā)明彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，距圓柱定子兩端三分之一圓柱定 子長度處分別設置驅動足。第一彎振陶瓷片對與第二彎振陶瓷片對反向極化且繞 軸位置上互差180度，第一縱振陶瓷片對、第二縱振陶瓷片對同向極化，上述各 陶瓷片對設置在兩個驅動足之間。圓柱定子中點處和距圓柱定子兩端六分之一圓 柱定子長度處分別設有夾持槽，三個預緊機構的直線運動球支座左端弧線凹槽分 別與夾持槽接觸。通過預緊機構的直線運動球支座固定圓柱定子，圓柱定子在直線運動球支座 的夾持位置有凹槽以便于固定，通過調節(jié)預緊機構上的調節(jié)螺栓，調整對圓柱定 子的預壓力。圓柱定子安有兩個驅動足驅動導軌上滑塊運動。該電機的圓柱定子 由匹配塊和壓電陶瓷片組成，在每兩片壓電陶瓷片之間設有電極片，從圓柱定子 左端到右端依次設置左匹配塊、第一彎振陶瓷片對、第一中間匹配塊、第一縱振 陶瓷片對、第二中間匹配塊、第二縱振陶瓷片對、第三中間匹配塊、第二彎振陶 瓷片對、右匹配塊。上述各陶瓷片對、電極片、匹配塊帶有通孔，通孔的內壁與
螺桿螺紋配合。左匹配塊和右匹配塊通過螺桿連接并緊配合中間匹配塊和壓電陶 瓷片。壓電陶瓷對兩相激勵彎曲振動的壓電陶瓷的電極分割為兩個區(qū)，并且相互 反向極化，兩相激勵縱向振動的壓電陶瓷為一個分區(qū)，從每組陶瓷片中間引出電 極接入激勵電源，陶瓷片與定子匹配塊相接觸的面接地。對縱向振動和彎曲振動 陶瓷片施加頻率相同相位相差9(^的激勵電源，產生相位差為卯^的兩種振動模 態(tài)，使定子驅動足接觸面質點產生橢圓運動，從而推動滑塊滑行，通過交換兩激 勵電源相序就可以改變滑塊的運動方向。有益效果本發(fā)明在于提供一種彎縱振動復合柱體直線超聲波電機。采用圓 柱定子，利用柱體的彎曲振動控制定子和滑塊接觸面的摩擦力，利用柱體的縱向 振動產生定子推力。制作的定子直徑為20mm的彎縱振動復合柱體直線超聲波電 機，其最大輸出推力達20N，最高速度達100mm/s。由上可見，本發(fā)明的彎縱振 動復合柱體直線超聲波電機是以壓電振動體、移動體和固定預緊機構組成的超聲 波電機，它與傳統(tǒng)電磁電機相比，具有推力大、快速動態(tài)響應和運行無噪聲等突 出特點。


圖l是本發(fā)明的總體結構側視圖。其中有圓柱定子l、預緊機構2、底座板 3、導軌安裝板4、導軌槽5、滑塊6、驅動足7、直線運動球支座21、弧線凹槽 211、彈簧22、安放座23、安放座中孔231、預壓滑塊24、調節(jié)螺栓25。圖2是本發(fā)明的定子結構示意圖。其中有夾持槽ll、螺桿12、匹配塊13、 第一彎振陶瓷片對14、第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16、第二彎振 陶瓷片對17、電極片18、驅動足7。圖3是本發(fā)明的總體結構俯視圖。其中有圓柱定子l、預緊機構2、軸承26、 導軌軸27。圖4是壓電陶瓷安放位置示意圖。其中有第一彎振陶瓷片對14、第一縱振 陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16、第二彎振陶瓷片對17、電極片18，其中的 "+"為正向極化，"-"為反向極化。
具體實施例方式
電機包括圓柱定子l、預緊機構2、底座板3，底座板3水平設置，導軌安 裝板4縱向垂直固定于底座板3的左端，導軌槽5的底部固定于導軌安裝板(4) 內側中部，滑塊6滑動接觸導軌槽5的槽壁51，滑塊6外側與驅動足7的左端 接觸，預緊機構2橫向固定在底座板3的右端，圓柱定子1縱向設置在預緊機構 2左端的弧線凹槽211中，驅動足7右端固定于圓柱定子1左側。預緊機構2包含直線運動球支座21、彈簧22、安放座23、預壓滑塊24、調 節(jié)螺栓25、軸承26、導軌軸27，直線運動球支座21底部與底座板3接觸，安 放座23垂直固定于底座板3的右端，調節(jié)螺栓25與安放座中孔231的內壁螺紋 配合，調節(jié)螺栓25左端設有預壓滑塊24，在直線運動球支座21右側與預壓滑 塊24左端之間橫向設置彈簧22，彈簧22兩側水平設置導軌軸27，導軌軸27 左端設有軸承26與直線運動球支座21中部連接，導軌軸27右端貫穿固定于安 放座23外側。彎縱振動復合柱體直線超聲波電機的圓柱定子1總長度為282 mm，直徑為20 咖，包括五個匹配塊13，從圓柱定子1左端到右端相鄰兩個匹配塊之間設有一個 陶瓷片對且依次設置第一彎振陶瓷片對14、第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷 片對16、第二彎振陶瓷片對17，各陶瓷片對由兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極 片18構成，上述各陶瓷片對、電極片18、匹配塊帶有通孔，通孔的內壁與螺桿 12螺紋配合。兩個驅動足7分別設置在圓柱定子94 mm處和188咖處且處于同一 平面，第一彎振陶瓷片對14、第二彎振陶瓷片對17到圓柱定子中點處的距離分 別為12mm，第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16到圓柱定子中點處的距 離分別為4 mm，第一彎振陶瓷片對14與第二彎振陶瓷片對17反向極化且繞軸位 置上互差180度，第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16同向極化，上述 各陶瓷片對設置在兩個驅動足7之間。從每組陶瓷片中間引出電極接入激勵電源， 陶瓷片與定子匹配塊相接觸的面接地。對縱向振動和彎曲振動陶瓷片施加頻率相 同相位相差90°的激勵電源，產生相位差為90"的兩種振動模態(tài)，使定子驅動足接 觸面質點產生橢圓運動，從而推動滑塊滑行，通過交換兩激勵電源相序就可以改 變滑塊的運動方向。電機的最大輸出推力達20N，最高速度達100mm/s。
權利要求
1、一種彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于該電機包括圓柱定子(1)、預緊機構(2)、底座板(3)，底座板(3)水平設置，導軌安裝板(4)縱向垂直固定于底座板(3)的左端，導軌槽(5)的底部固定于導軌安裝板(4)內側中部，滑塊(6)滑動接觸導軌槽(5)的槽壁(51)，滑塊(6)外側與驅動足(7)的左端接觸，預緊機構(2)橫向固定在底座板(3)的右端，圓柱定子(1)縱向設置在預緊機構(2)左端的弧線凹槽(211)中，驅動足(7)右端固定于圓柱定子(1)左側。
2、根據權利要求1所述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于 圓柱定子(1)包括五個匹配塊(13)，從圓柱定子(1)左端到右端相鄰兩個匹 配塊之間設有一個陶瓷片對且依次設置第一彎振陶瓷片對(14)、第一縱振陶瓷 片對(15)、第二縱振陶瓷片對(16)、第二彎振陶瓷片對(17)，各陶瓷片對由 兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極片(18)構成，上述各陶瓷片對、電極片(18)、 匹配塊帶有通孔，通孔的內壁與螺桿(12)螺紋配合。
3、 根據權利要求1所述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于 預緊機構(2)包含直線運動球支座(21)、彈簧(22)、安放座(23)、預壓滑塊(24)、調節(jié)螺栓(25)、軸承(26)、導軌軸(27)，直線運動球支座(21)底部 與底座板(3)接觸，安放座(23)垂直固定于底座板(3)的右端，調節(jié)螺栓(25) 與安放座中孔(231)的內壁螺紋配合，調節(jié)螺栓(25)左端設有預壓滑塊(24)， 在直線運動球支座(21)右側與預壓滑塊(24)左端之間橫向設置彈簧(22)， 彈簧(22)兩側水平設置導軌軸(27)，導軌軸(27)左端設有軸承(26)與直 線運動球支座(21)中部連接，導軌軸(27)右端貫穿固定于安放座(23)外側。
4、 根據權利要求1所述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于 距圓柱定子兩端三分之一圓柱定子長度處分別設置驅動足(7)且處于同一平面。
5、 根據權利要求1所述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于第 一彎振陶瓷片對(14)與第二彎振陶瓷片對(17)反向極化且繞軸位置上互差180 度，第一縱振陶瓷片對(15)、第二縱振陶瓷片對(16)同向極化，上述各陶瓷片 對設置在兩個驅動足(7)之間。
6、根據權利要求1所述的彎縱振動復合柱體直線超聲波電機，其特征在于 圓柱定子(1)中點處和距圓柱定子(1)兩端六分之一圓柱定子長度處分別設有 夾持槽(11)，三個預緊機構(2)的直線運動球支座(21)左端弧線凹槽(211) 分別與夾持槽(11)接觸。
全文摘要
彎縱振動復合柱體直線超聲波電機是一種圓柱定子彎曲振動型的直線超聲波電機包括圓柱定子(1)、預緊機構(2)、底座板(3)。圓柱定子(1)包括五個匹配塊(13)、第一彎振陶瓷片對(14)、第一縱振陶瓷片對(15)、第二縱振陶瓷片對(16)、第二彎振陶瓷片對(17)。通過預緊機構(2)對圓柱定子(1)施加法向預壓力。通過調節(jié)螺栓(25)，調整對圓柱定子(1)的預壓力。該電機具有直線超聲波電機的一系列優(yōu)點，此外，該電機還具有輸出力大、調速范圍寬的特點。
文檔編號H02N2/02GK101162876SQ20071013148
公開日2008年4月16日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權日2007年8月31日
發(fā)明者徐志科, 秦申蓓, 胡敏強, 龍 金, 強 陳 申請人:東南大學