一種盤狀二自由度超聲電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及本實(shí)用新型涉及一種盤狀二自由度超聲電機(jī)，屬于壓電精密致動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(jī)利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。通常超聲電機(jī)的定子是由壓電陶瓷和金屬?gòu)椥泽w組成的特定形狀的彈性復(fù)合體。壓電陶瓷采用超聲頻率的交流信號(hào)進(jìn)行激勵(lì)，進(jìn)而在定子彈性體中激勵(lì)出同頻率的機(jī)械振動(dòng)，定子輸出端面質(zhì)點(diǎn)振幅可以達(dá)到幾微米到十幾微米甚至幾十微米。通過振動(dòng)模式疊加在定子輸出端面上的質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，一般為橢圓軌跡。轉(zhuǎn)子(或動(dòng)子)通過預(yù)壓力施加莊子壓在定子上，通過摩擦耦合，定子上的微觀橢圓運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子(或動(dòng)子)的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出。
[0003]超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)靈活多樣，發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了百種不同類型的原型機(jī)和產(chǎn)品，根據(jù)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)形式來分，可以分為單自由度旋轉(zhuǎn)電機(jī)、單自由度直線電機(jī)、多自由旋轉(zhuǎn)電機(jī)和多自由直線電機(jī)。目前多自由度直線電機(jī)目前研宄較少，通過檢索申請(qǐng)?zhí)枮?00710134000.0所提到的《一種二自由度超聲電機(jī)》，主要是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的正、反向運(yùn)動(dòng)，與該電機(jī)相比，本實(shí)用新型所提到的一種盤狀二自由度超聲電機(jī)的電機(jī)振子部分更薄，更易于小型化，并只使用單片壓電陶瓷片激發(fā)二階彎曲振型，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的正、反向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使用標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭實(shí)現(xiàn)位置反饋，通過閉環(huán)控制，提高電機(jī)的控制精度，更易于在精密控制領(lǐng)域中應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]所要解決的技術(shù)問題:
[0005]本實(shí)用新型旨在研制一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快、能夠應(yīng)用在精密控制領(lǐng)域中的單定子結(jié)構(gòu)二自由度超聲電機(jī)。
[0006]技術(shù)方案:
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上功能，本實(shí)用新型提供了一種盤狀二自由度超聲電機(jī)，包括上平臺(tái)3、摩擦板5、導(dǎo)軌固定板6、下底板7和電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8 ;
[0008]所述上平臺(tái)3和下底板7之間設(shè)有導(dǎo)軌固定板6，導(dǎo)軌固定板6的中間位置為一腔室，所述超聲電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8為一整體，安裝在該腔室內(nèi)，并且安裝在下底板7上；
[0009]其特征在于:該超聲電機(jī)還包括Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌4以及X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌9 ;所述導(dǎo)軌固定板6和上平臺(tái)3通過Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌4連接，實(shí)現(xiàn)Y方向?qū)蜃饔?；所述?dǎo)軌固定板6和下底板7通過X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌9連接，實(shí)現(xiàn)X方向?qū)蜃饔?；所述電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8的上端設(shè)有摩擦板5，通過預(yù)壓力頂在摩擦板5上；所述摩擦板5粘接在上平臺(tái)3上。
[0010]進(jìn)一步的，所述電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8包括電機(jī)振子基體10、壓電陶瓷片11、固定螺母12、預(yù)壓力板13、導(dǎo)柱14、底座15、預(yù)壓力螺母16、預(yù)壓力柱17、預(yù)壓力彈簧18和陶瓷球19 ;所述電機(jī)振子基體10上表面的中心處設(shè)有一圓柱形凸臺(tái)，凸臺(tái)上有凹槽，凹槽內(nèi)放置一陶瓷球9 ;所述壓電陶瓷片11粘接在電機(jī)振子基體10上，并且兩者的軸線重合；
[0011]所述導(dǎo)柱14上部比下部外徑小，其上部穿過電機(jī)振子基體10的邊緣與電機(jī)振子基體10通過螺紋方式連接；導(dǎo)柱14與預(yù)壓力板13之間間隙配合，其上部通過固定螺母12與預(yù)壓力板13固定在一起，并且導(dǎo)柱14的下部與底座15之間為過渡配合；
[0012]所述預(yù)壓力柱17與底座15之間通過螺紋方式連接，在底端上安裝有預(yù)壓力螺母16，并與預(yù)壓力板13之間通過預(yù)壓力彈簧18連接在一起。
[0013]進(jìn)一步的，所述的壓電陶瓷片11為一整體，并粘接在電機(jī)振子基體10上，其裸露表面被均勻分成四個(gè)獨(dú)立電極區(qū)域，每個(gè)電極區(qū)域內(nèi)極化方向相同，極化方向?yàn)閴弘娞沾善?1軸線方向。
[0014]所述的陶瓷球19粘接在電機(jī)振子基體10上，當(dāng)壓電陶瓷片11相對(duì)的兩個(gè)電極區(qū)域施加相位差為90°的正弦激勵(lì)信號(hào)時(shí)，陶瓷球19產(chǎn)生相應(yīng)方向的橢圓運(yùn)動(dòng)；當(dāng)陶瓷球19產(chǎn)生沿X方向的橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌9的導(dǎo)向作用，推動(dòng)上平臺(tái)3沿X方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)陶瓷球19產(chǎn)生沿Y方向的橢圓運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過Y方向十字交叉導(dǎo)軌4的導(dǎo)向作用，推動(dòng)上平臺(tái)3產(chǎn)生沿Y方向運(yùn)動(dòng)。
[0015]作為一種優(yōu)選，在所述上平臺(tái)3和導(dǎo)軌固定板6之間設(shè)有標(biāo)尺光柵I和光柵讀數(shù)頭2，用于位置反饋；所述標(biāo)尺光柵I粘接在上平臺(tái)3上；所述光柵讀數(shù)頭2固定在導(dǎo)軌固定板6上；光柵讀數(shù)頭2可以沿著標(biāo)尺光柵I長(zhǎng)度方向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，提供位置反饋。
[0016]進(jìn)一步的，所述預(yù)壓力柱17與電機(jī)振子基體10之間通過預(yù)壓力彈簧18傳遞預(yù)壓力；由于導(dǎo)柱14與底座15之間為過渡配合，底座15與預(yù)壓力柱17之間為螺紋連接，通過旋轉(zhuǎn)預(yù)壓力柱17上的預(yù)壓力螺母16，改變預(yù)壓力柱17與電機(jī)振子基體10之間的距離，并改變壓縮預(yù)壓力彈簧18的壓縮量，進(jìn)而改變預(yù)壓力的大小。
[0017]有益效果:
[0018]本實(shí)用新型通過使用一種盤狀二自由度超聲電機(jī)實(shí)現(xiàn)了:
[0019]1.通過使用單定子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的兩個(gè)方向的正、反向運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，更加易于小型化，使得電機(jī)具有更廣闊的應(yīng)用空間；
[0020]2.通過將極化方向相同的單片壓電陶瓷片分割為四個(gè)均勻電極區(qū)域，利用二階彎曲振型，獲取驅(qū)動(dòng)頭的橢圓運(yùn)動(dòng)，避免了單個(gè)陶瓷片內(nèi)要求極化方向不同的問題，使得電機(jī)對(duì)于壓電陶瓷片的要求大大降低；
[0021]3.通過電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置，利用預(yù)壓力彈簧實(shí)現(xiàn)預(yù)壓力的調(diào)整，保證電機(jī)定子與動(dòng)子之間具有一定的預(yù)壓力；
[0022]4.利用標(biāo)尺光柵和光柵讀數(shù)頭，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的位置反饋，通過電機(jī)的閉環(huán)控制，更加利于電機(jī)的精確定位，使得電機(jī)在精密定位領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。
【附圖說明】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明:
[0024]圖1是一種盤狀二自由度超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是壓電陶瓷片電極區(qū)域分割示意圖；
[0027]圖4是一種盤狀二自由度超聲電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5是一種盤狀二自由度超聲電機(jī)側(cè)視圖；
[0029]圖6是一種盤狀二自由度超聲電機(jī)仰視圖。
[0030]圖中:1-標(biāo)尺光柵，2-光柵讀數(shù)頭，3-上平臺(tái)，4-Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌，5-摩擦板，6-導(dǎo)軌固定板，7-下底板，8-電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置，9-X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌，10-電機(jī)振子基體，11-壓電陶瓷片，12-固定螺母，13-預(yù)壓力板，14-導(dǎo)柱，15-底座，16-預(yù)壓力螺母，17-預(yù)壓力柱，18-預(yù)壓力彈簧，19-陶瓷球。
【具體實(shí)施方式】
[0031]本實(shí)用新型提供的盤狀二自由度超聲電機(jī)，為使本實(shí)用新型的目的，技術(shù)方案及效果更加清楚，明確，以及參照附圖并舉實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0032]實(shí)施例1
[0033]如圖1所示，本實(shí)用新型的二自由度超聲電機(jī)由上平臺(tái)3、Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌4、摩擦板5、導(dǎo)軌固定板6、下底板7和電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8組成；所述電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8通過螺釘固定在下底板7上，通過預(yù)壓力頂在摩擦板5上，并且摩擦板5粘接在上平臺(tái)3上；上平臺(tái)3與導(dǎo)軌固定板6之間連接有Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌4，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生Y方向驅(qū)動(dòng)力時(shí)，通過Y方向十字交叉滾子導(dǎo)軌4實(shí)現(xiàn)電機(jī)的Y方向?qū)蜻\(yùn)動(dòng)；下底板7與導(dǎo)軌固定板6之間連接有X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌9，當(dāng)電機(jī)產(chǎn)生X方向驅(qū)動(dòng)力時(shí)，通過X方向十字交叉滾子導(dǎo)軌9實(shí)現(xiàn)電機(jī)的X方向?qū)蜻\(yùn)動(dòng)。
[0034]如圖2所示，電機(jī)振子及其預(yù)壓力施加裝置8由，電機(jī)振子基體10、壓電陶瓷