專利名稱：雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲振動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及為組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)。
背景技術(shù)：
基于超聲驅(qū)動(dòng)原理利用柱狀定子(也稱超聲振子)彎曲振動(dòng)模態(tài)的螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)主要通過(guò)激發(fā)定子空間上至少兩個(gè)彎曲振動(dòng)模態(tài)，利用振動(dòng)的耦合在定子的內(nèi)表面螺紋副產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行波，實(shí)現(xiàn)螺紋桿輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動(dòng)輸出。該類螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)。目前，基于螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)有幾種典型結(jié)構(gòu):定子為多面體結(jié)構(gòu)的利用面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)耦合驅(qū)動(dòng)行波的螺紋驅(qū)動(dòng)多面體超聲電機(jī)，如專利號(hào)為CN1767347A、CN1964175A與CN10864775A。利用環(huán)狀超結(jié)構(gòu)定子面內(nèi)彎曲振動(dòng)模態(tài)駐波驅(qū)動(dòng)的螺紋驅(qū)動(dòng)型超聲電機(jī)，如專利號(hào)為CN101056073B。為了降低電機(jī)定子的共振工作頻率，提出了一種定子采用懸臂梁結(jié)構(gòu)的一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動(dòng)的螺紋直線電機(jī)，如專利號(hào)為CN200910080339.6，該類電機(jī)主要是利用柱狀懸臂梁結(jié)構(gòu)定子的空間正交彎曲振動(dòng)模態(tài)的耦合產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行波，實(shí)現(xiàn)輸出軸的運(yùn)動(dòng)輸出；另一種有代表意義的螺紋驅(qū)動(dòng)型柱狀旋轉(zhuǎn)-直線超聲電機(jī)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(dǎo)螺桿電動(dòng)機(jī)，如專利號(hào)為 US2006049720-A1、US2005258714-A1、US7170214-B2、US7309943-B2、CN101040395A及CN1879232A，該超聲波導(dǎo)螺桿電動(dòng)機(jī)主要是利用兩端自由約束的柱體定子空間上正交的兩個(gè)一階彎曲振動(dòng)相互耦合，在定子自由端的內(nèi)表面產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行波，定子與輸出軸通過(guò)螺紋副傳動(dòng)，在軸向負(fù)載力的作用下實(shí)現(xiàn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動(dòng)輸出；前面所提及的螺紋驅(qū)動(dòng)型超聲電機(jī)定子所用的壓電元件多采用J31振動(dòng)模式，在電機(jī)的微型化制造方面存在一定的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于超聲波導(dǎo)螺桿電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，該優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更為明顯，但是不可避免得存在輸出力較小的實(shí)際問(wèn)題。為了提高電機(jī)的輸出力，改善負(fù)載特性，出現(xiàn)了一類利用壓電元件J33振動(dòng)模式的壓電片夾心式旋轉(zhuǎn)直線超聲電機(jī)，如專利號(hào)為CN200710304683.X與CN201110304078.9。利用模態(tài)轉(zhuǎn)換型的壓電螺紋傳動(dòng)直線超聲電機(jī)，如專利號(hào)為CN201110120487.3。目前，對(duì)螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)來(lái)說(shuō)，需要不斷通過(guò)采用新方法、新設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)以及利用不同的振動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)等途徑來(lái)提高超聲電機(jī)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(yùn)行精度和定位精度，減小了電機(jī)的徑向跳動(dòng)和電機(jī)行程誤差，增強(qiáng)運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定性和使用可靠性，消除驅(qū)動(dòng)螺紋副的回程誤差，提高電機(jī)性能多樣性和柔性輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，本發(fā)明能進(jìn)一步改善螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)的輸出性能，提高電機(jī)的輸出力/力矩特性，并能消除螺紋副間傳動(dòng)誤差，從而提高了電機(jī)的回轉(zhuǎn)或直線定位精度。本發(fā)明提供的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述電機(jī)主要包括兩個(gè)組合式超聲振子以及線性致動(dòng)器、螺紋副驅(qū)動(dòng)元件和螺紋輸出軸等組件。該電機(jī)通過(guò)雙振子組合式超聲振子激勵(lì)螺紋副來(lái)驅(qū)動(dòng)螺紋輸出軸，利用超聲振子激勵(lì)振動(dòng)的疊加與耦合，在螺紋副內(nèi)螺紋表面產(chǎn)生行波，驅(qū)動(dòng)與之配合的螺紋輸出軸旋轉(zhuǎn)，并且同時(shí)直線輸出，即實(shí)現(xiàn)螺紋輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動(dòng)輸出。通過(guò)控制線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)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(dòng)螺紋副的回程誤差，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)定位的功能。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案是:
雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸、線性致動(dòng)器、多個(gè)激振元件及兩個(gè)超聲振子，超聲振子為柱狀彈性體，超聲振子包括被激振主體和結(jié)合鎖緊端，結(jié)合鎖緊端位于被激振主體的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端為突出盤狀結(jié)構(gòu)，被激振主體的另一端中心設(shè)有螺紋孔，結(jié)合鎖緊端中心設(shè)有圓柱形凹腔，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器，螺紋孔與圓柱形凹腔同軸且相通設(shè)置，被激振主體的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件，用于激振超聲振子，兩個(gè)超聲振子通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端緊密連接，線性制動(dòng)器設(shè)置在兩個(gè)超聲振子的圓柱形凹腔內(nèi)，線性制動(dòng)器設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔，螺紋輸出軸穿過(guò)線性制動(dòng)器的中空?qǐng)A柱形孔并與兩個(gè)超聲振子的螺紋孔配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊。所述的被激振主體的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件。所述的線性制動(dòng)器由壓電堆疊片組合封裝而成，線性制動(dòng)器的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子的兩個(gè)圓柱形凹腔內(nèi)。所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸、線性致動(dòng)器、多個(gè)激振元件、兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件及兩個(gè)超聲振子，超聲振子為柱狀彈性體，超聲振子包括被激振主體和結(jié)合鎖緊端，結(jié)合鎖緊端位于被激振主體的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端為突出盤狀結(jié)構(gòu)，激振主體另一端中心設(shè)有螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔，結(jié)合鎖緊端中心設(shè)有圓柱形凹腔，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔同軸設(shè)置，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔通過(guò)設(shè)置于二者之間的通孔相通，被激振主體的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件，用于激振超聲振子，兩個(gè)超聲振子通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端緊密連接，線性制動(dòng)器設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件設(shè)有螺紋中心孔，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件緊固連接配對(duì)安裝于超聲振子的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔內(nèi)，螺紋輸出軸穿過(guò)線性制動(dòng)器的中空?qǐng)A柱形孔并與兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件的螺紋中心孔配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)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(dòng)元件的材料熱膨脹系數(shù)。所述的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件的外形為圓柱形或圓臺(tái)形，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔為圓柱形結(jié)構(gòu)孔或圓錐形結(jié)構(gòu)孔。所述的被激振主體的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件。所述的線性制動(dòng)器由壓電堆疊片組合封裝而成，線性制動(dòng)器的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子的兩個(gè)圓柱形凹腔內(nèi)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是:
一、本發(fā)明提出的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，兩個(gè)超聲振子能夠組合驅(qū)動(dòng)，達(dá)到電機(jī)的出力/力矩輸出，性能柔性輸出，減小電機(jī)的徑向跳動(dòng)和電機(jī)行程誤差，提高了電機(jī)輸出性能的穩(wěn)定性與可靠性。二、本發(fā)明提出的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)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(dòng)螺紋副的回程誤差，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)定位的功能。三、本發(fā)明顯著提高了該類螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)輸出性能，應(yīng)用靈活，并實(shí)現(xiàn)柔性化輸出，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)大力/力矩輸出，降低運(yùn)行誤差，并實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)的精密驅(qū)動(dòng)，促進(jìn)螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)的實(shí)用化進(jìn)程。本發(fā)明在航空航天、汽車工業(yè)、自動(dòng)化、醫(yī)療器械、光學(xué)驅(qū)動(dòng)和精密定位系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1示出雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主視結(jié)構(gòu)示意 圖2示出激振元件4固定于被激振主體6的外周平側(cè)面上的雙振子組合式超聲振子主視結(jié)構(gòu)不意 圖3示出圖1中雙振子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4示出激振元件4固定于被激振主體6的外周凹槽內(nèi)的雙振子組合式超聲振子主視結(jié)構(gòu)示意 圖5示出圖4中內(nèi)嵌式(即激振元件固定在被激振主體6的外周凹槽內(nèi))激振元件分布圖，圖中P為壓電晶體材料的極化方向；
圖6示出利用雙振子組合式超聲振子及其圓柱形螺紋副精密驅(qū)動(dòng)定位超聲電機(jī)的主視結(jié)構(gòu)不意 圖7示出利用雙振子組合式超聲振子及其圓臺(tái)形螺紋副精密驅(qū)動(dòng)定位超聲電機(jī)的主視結(jié)構(gòu)不意 圖8示出圖6中所述的雙振子組合式超聲振子的主視結(jié)構(gòu)示意 圖9示出圖6中所述的雙振子組合式超聲振子激振元件分布圖，圖中P為壓電晶體材料的極化方向；
圖10示出圖7中所述的雙振子組合式超聲振子的主視結(jié)構(gòu)示意 圖11示出圖7中所述的雙振子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(dòng)元件2、螺紋輸出軸3、激振元件4、線性致動(dòng)器5、被激振主體6、結(jié)合鎖緊端7、圓柱形凹腔8、螺紋孔9、中空?qǐng)A柱形孔10、超聲振子11、連接鎖緊通孔12、通孔13、圓柱形結(jié)構(gòu)孔14、圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)孔15。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一:參見(jiàn)圖1至圖5，雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸3、線性致動(dòng)器5、多個(gè)激振元件4及兩個(gè)超聲振子11，超聲振子11為柱狀彈性體，超聲振子11包括被激振主體6和結(jié)合鎖緊端7，結(jié)合鎖緊端7位于被激振主體6的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端7為突出盤狀結(jié)構(gòu)，被激振主體6的另一端中心設(shè)有螺紋孔9，結(jié)合鎖緊端7中心設(shè)有圓柱形凹腔8，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器5，螺紋孔9與圓柱形凹腔8同軸且相通設(shè)置，被激振主體6的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件4，用于激振超聲振子11，兩個(gè)超聲振子11通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7緊密連接(每個(gè)結(jié)合鎖緊端7上均布設(shè)有四個(gè)連接鎖緊通孔12，兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7上的連接鎖緊通孔12 —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7通過(guò)穿入連接鎖緊通孔12內(nèi)的螺栓緊密連接)，線性制動(dòng)器5位于兩個(gè)超聲振子11的圓柱形凹腔8內(nèi)，線性制動(dòng)器5設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔10，螺紋輸出軸3穿過(guò)線性制動(dòng)器5的中空?qǐng)A柱形孔10并與兩個(gè)超聲振子11的螺紋孔9配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器5的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子11與螺紋輸出軸3間的鎖緊。該技術(shù)方案消除了驅(qū)動(dòng)螺紋副的回程誤差，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)定位的功能。本實(shí)施方式中所述的線性制動(dòng)器5由壓電堆疊片I組合封裝而成，線性制動(dòng)器5的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子11的兩個(gè)圓柱形凹腔8內(nèi)。本實(shí)施方式中所述的超聲振子11由合金鋼、銅合金、鋁合金或鈦合金材料制成；激振元件4由壓電晶體材料制成；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(shí)施方式
二:具體實(shí)施方式
一所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的被激振主體6的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱成正方形方位的平側(cè)面(如圖2和圖3)或凹槽(圖4和圖5)，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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件4(激振元件4通過(guò)冷焊或環(huán)氧樹(shù)脂膠固接于平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)，使得超聲振子11結(jié)構(gòu)更加緊湊)。
具體實(shí)施方式
三:如11所示，雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸3、線性致動(dòng)器5、多個(gè)激振元件4、兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2及兩個(gè)超聲振子11，超聲振子11為柱狀彈性體，超聲振子11包括被激振主體6和結(jié)合鎖緊端7，結(jié)合鎖緊端7位于被激振主體6的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端7為突出盤狀結(jié)構(gòu)，激振主體6另一端中心設(shè)有螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔，結(jié)合鎖緊端7中心設(shè)有圓柱形凹腔8，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器5，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔8同軸設(shè)置，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔8通過(guò)設(shè)置于二者之間的通孔13相通，被激振主體6的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件4，用于激振超聲振子，兩個(gè)超聲振子11通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7緊密連接(每個(gè)結(jié)合鎖緊端7上均布設(shè)有四個(gè)連接鎖緊通孔12，兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7上的連接鎖緊通孔12 —一對(duì)應(yīng)設(shè)置，兩個(gè)結(jié)合鎖緊端7通過(guò)穿入連接鎖緊通孔12內(nèi)的螺栓緊密連接)，線性制動(dòng)器5設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔10，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2設(shè)有螺紋中心孔，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2緊固連接配對(duì)安裝于超聲振子11的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔內(nèi)，螺紋輸出軸3穿過(guò)線性制動(dòng)器5的中空?qǐng)A柱形孔10并與兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2的螺紋中心孔配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器5的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子11與螺紋輸出軸3間的鎖緊。該技術(shù)方案消除了驅(qū)動(dòng)螺紋副的回程誤差，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)定位的功能。本實(shí)施方式中所述的超聲振子11的材料熱膨脹系數(shù)小于等于螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2的材料熱膨脹系數(shù)。
具體實(shí)施方式
四:如圖6、圖7、圖8及圖10所示，具體實(shí)施方式
三所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件2的外形為圓柱形或圓臺(tái)形，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔為圓柱形結(jié)構(gòu)孔14或圓錐形結(jié)構(gòu)孔15。
具體實(shí)施方式
五:具體實(shí)施方式
三所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的被激振主體6的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱成正方形方位的平側(cè)面(如圖6和圖7)或凹槽(圖8和圖10)，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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件4(激振元件4通過(guò)冷焊或環(huán)氧樹(shù)脂膠固接于平側(cè)面上或凹槽內(nèi)，使得超聲振子11結(jié)構(gòu)更加緊湊)。
具體實(shí)施方式
六:如圖6及圖7所示，本實(shí)施方式所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述線性制動(dòng)器5由壓電堆疊片I組合封裝而成，線性制動(dòng)器5的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子11的兩個(gè)圓柱形凹腔8內(nèi)。本實(shí)施方式中所述的超聲振子11由合金鋼、銅合金、鋁合金或鈦合金材料制成，激振元件4由壓電晶體材料制成，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(參見(jiàn)圖6、圖7、圖8及圖10)。實(shí)施例:對(duì)于本發(fā)明提出的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)的激振方式以具體實(shí)施方式
一所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。該雙振子組合式超聲振子可采用一階、二階或更高階彎曲振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)工作。本實(shí)施例僅對(duì)雙振子組合 式超聲振子采用一階彎曲振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行描述。雙振子組合式超聲振子所用激振元件采用d31振動(dòng)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(lì)時(shí)應(yīng)變即形變方向與極化方向相垂直。雙振子組合式超聲振子中的一個(gè)超聲振子所用激振元件為一個(gè)激振組，分別為4a、4b、4c與4d ;其中4a與4c通sin( cot),4b與4d通sin ( t+Φ);雙振子組合式超聲振子中的另外一個(gè)超聲振子所用激振元件為另一個(gè)激振組，對(duì)應(yīng)也分別為4a、4b、4c與4d ;其中4a與4c通-sin ( ω t), 4b與4d通-sin(cot+Φ );即可表述為組合式超聲振子中雙振子組合式超聲振子的對(duì)應(yīng)位置所在的激振元件的激勵(lì)交流電信號(hào)同頻反向；超聲振子金屬部分自身接地；其中該交流電信號(hào)的頻率ω一般應(yīng)與雙振子組合式超聲振子的一階彎曲振動(dòng)共振頻率相吻合或相近，相位差Φ —般為90或270度，可實(shí)現(xiàn)螺紋輸出軸的正反方向的旋轉(zhuǎn)-直線運(yùn)動(dòng)輸出。對(duì)于本實(shí)施例所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)實(shí)現(xiàn)鎖緊功能與消除驅(qū)動(dòng)螺紋副的回程誤差的通電方式可描述為:線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)或縮短則通過(guò)采用壓電元件d33振動(dòng)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(lì)時(shí)應(yīng)變即形變方向與極化方向相平行來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)對(duì)線性致動(dòng)器通以一定數(shù)值的直流電壓時(shí)，線性致動(dòng)器則可產(chǎn)生相應(yīng)的伸長(zhǎng)或縮短靜變形；同時(shí)可對(duì)雙振子組合式超聲振子也通以一定數(shù)值的直流電壓，使得雙振子組合式超聲振子產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的縮短或伸長(zhǎng)靜變形，由此達(dá)到完成雙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(dòng)螺紋副的回程誤差，實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)精密驅(qū)動(dòng)定位的功能。本發(fā)明中只是給出了諸多可選實(shí)施方案中的一種，至于其它可采用的激振元件以及線性制動(dòng)器的通電激勵(lì)的實(shí)施方式，對(duì)于具有相關(guān)專業(yè)知識(shí)的本領(lǐng)域工作者應(yīng)該并能夠類推獲知。
權(quán)利要求
1.一種雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸(3)、線性致動(dòng)器(5)、多個(gè)激振元件(4)及兩個(gè)超聲振子(11)，其特征是:超聲振子(11)為柱狀彈性體，超聲振子(11)包括被激振主體(6)和結(jié)合鎖緊端(7)，結(jié)合鎖緊端(7)位于被激振主體(6)的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端(7)為突出盤狀結(jié)構(gòu)，被激振主體(6)的另一端中心設(shè)有螺紋孔(9)，結(jié)合鎖緊端(7)中心設(shè)有圓柱形凹腔(8)，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器(5)，螺紋孔(9)與圓柱形凹腔(8)同軸且相通設(shè)置，被激振主體(6)的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件(4)，用于激振超聲振子，兩個(gè)超聲振子(11)通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端(7 )緊密連接，線性制動(dòng)器(5 )設(shè)置在兩個(gè)超聲振子(11)的圓柱形凹腔(8 )內(nèi)，線性制動(dòng)器(5 )設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔(10 )，螺紋輸出軸(3 )穿過(guò)線性制動(dòng)器(5)的中空?qǐng)A柱形孔(10)并與兩個(gè)超聲振子(11)的螺紋孔(9)配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器(5)的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子(11)與螺紋輸出軸(3)間的鎖緊。
2.如權(quán)利要求1所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的被激振主體(6)的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件(4)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的線性制動(dòng)器(5)由壓電堆疊片(I)組合封裝而成，線性制動(dòng)器(5)的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子(11)的兩個(gè)圓柱形凹腔(8)內(nèi)。
4.一種雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸(3)、線性致動(dòng)器(5)、多個(gè)激振元件(4)、兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)及兩個(gè)超聲振子(11)，超聲振子(11)為柱狀彈性體，超聲振子(11)包括被激振主體(6 )和結(jié)合鎖緊端(7 )，結(jié)合鎖緊端(7 )位于被激振主體(6 )的一端且二者制為一體，結(jié)合鎖緊端(7)為突出盤狀結(jié)構(gòu)，激振主體(6)另一端中心設(shè)有螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔，結(jié)合鎖緊端(7)中心設(shè)有圓柱形凹腔(8)，用于內(nèi)置安裝線性致動(dòng)器(5)，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔(8)同軸設(shè)置，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔與圓柱形凹腔(8)通過(guò)設(shè)置于二者之間的通孔(13)相通，被激振主體(6)的外周側(cè)面上均布設(shè)有激振元件(4 )，用于激振超聲振子，兩個(gè)超聲振子(11)通過(guò)兩個(gè)結(jié)合鎖緊端(7 )緊密連接，線性制動(dòng)器(5)設(shè)有中空?qǐng)A柱形孔(10)，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)設(shè)有螺紋中心孔，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)緊固連接配對(duì)安裝于超聲振子(11)的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔內(nèi)，螺紋輸出軸(3)穿過(guò)線性制動(dòng)器(5)的中空?qǐng)A柱形孔(10)并與兩個(gè)螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)的螺紋中心孔配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)控制線性致動(dòng)器(5)的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子(11)與螺紋輸出軸(3)間的鎖緊。
5.如權(quán)利要求4所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的超聲振子(11)的材料熱膨脹系數(shù)小于等于螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)的材料熱膨脹系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的螺紋副驅(qū)動(dòng)元件(2)的外形為圓柱形或圓臺(tái)形，螺紋副驅(qū)動(dòng)元件安裝孔為圓柱形結(jié)構(gòu)孔(14)或圓錐形結(jié)構(gòu)孔(15)。
7.如權(quán)利要求5所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的被激振主體(6)的外周側(cè)面上均布加工有至少四個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)平側(cè)面上或者凹槽內(nèi)固接一個(gè)激振元件(4)。
8.如權(quán)利要求5所述的雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)，其特征是:所述的線性制動(dòng)器(5 )由壓電堆疊片(I)組合封裝而成，線性制動(dòng)器(5 )的兩端面壓緊配對(duì)安裝在兩個(gè)超聲振子(11)的兩 個(gè)圓柱形凹腔(8)內(nèi)。
全文摘要
雙振子組合式超聲振子激勵(lì)的精密定位超聲電機(jī)。屬于超聲振動(dòng)應(yīng)用領(lǐng)域。為了進(jìn)一步改善螺紋副驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)的輸出性能，提高電機(jī)直線定位精度。該超聲電機(jī)主要包括螺紋輸出軸、線性致動(dòng)器、兩個(gè)超聲振子，超聲振子主體的平側(cè)面或凹槽內(nèi)均布固接激振元件，超聲振子的兩個(gè)結(jié)合鎖緊端面相配合鎖緊；線性制動(dòng)器位于兩個(gè)超聲振子間的鎖緊端面形成的圓柱形凹腔內(nèi)；螺紋輸出軸與超聲振子的中心螺紋孔配對(duì)輸出旋轉(zhuǎn)和直線運(yùn)動(dòng)，中心螺紋副可為可換螺紋幅驅(qū)動(dòng)元件；通過(guò)控制線性致動(dòng)器的伸長(zhǎng)或縮短實(shí)現(xiàn)超聲振子與螺紋輸出軸間的鎖緊。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)柔性化輸出，用于航空航天、汽車工業(yè)、自動(dòng)化、醫(yī)療器械、光學(xué)驅(qū)動(dòng)和精密定位系統(tǒng)等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/12GK103117674SQ201310083420
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月16日
發(fā)明者肖才偉, 程廷海, 程小軍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)