CN101267169B - 单驱动足圆弧形曲线超声电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械电子技术领域的单驱动足圆弧形曲线超声电机，由定子组件和动子组件构成，定子组件包括定子固定架、圆弧形金属弹性体、弧形压电陶瓷片、一个驱动足和预紧力调节螺钉，弧形压电陶瓷片上下表面镀有沿圆周方向均匀分布的电极；动子组件包括圆弧形滑带、支撑轮、导向轮。圆弧形滑带被夹持在支撑轮和驱动足中间。调整预紧力调节螺杆从而调节圆弧形滑带和单驱动足之间所需要的预压力。通过控制单驱动足圆弧形曲线超声电机的压电陶瓷片的激励方式。本发明可实现圆弧形动子滑带的双向曲线运动而无需机械转向机构、结构简单、输出力大、速度较高、效率较高。

Description

单驱动足圆弧形曲线超声电机

技术领域

本发明涉及的是一种电机技术领域的超声电机，具体涉及一种单驱动足圆弧形曲线超声电机。

背景技术

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将材料的微观变形转换为转子(动子)宏观运动的新型驱动器，它的基本工作原理是利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体产生超声振动来实现电能向机械能的转换，并通过定、转子(动子)之间的摩擦作用将振动转换成转子(动子)的旋转(直线)运动，从而驱动负载。与传统电磁式电机相比，超声电机能直接输出低转速大力矩，且瞬态响应快、定位精度高，功率密度大，控制特性好，不受磁场影响，运动准确等优点，在航空航天，机器人，医疗器械，精密仪器，汽车工业等领域有着广泛的应用前景。

经对现有技术的文献检索发现，刘剑等在《声学学报》(2003年28卷第1期第86-90页)发表的《基于矩形薄板面内振动的直线型超声电机的研究》，该文中提出了一种基于矩形薄板面内振动的单驱动足直线型超声电机，通过利用矩形压电陶瓷板的一阶纵向和二阶弯曲振动模态，实现直线运动。其不足在于：它只能驱动动子作直线运动，不能做圆弧曲线运动。纯压电陶瓷结构常常需要表面分区激励，而且材质较脆，在变形较大场合不便应用，其输出力矩受到了制约。同时，也不易制作成形状复杂的结构。检索中还发现，莫岳平等在《中国电机工程学报》(2002年22卷第11期第92-96页)发表的《超声波电机振动模态有限元分析》，该文中提出了一种直径为100mm的环形行波型圆形超声电机。通过电机振动模态的有限元分析，确定了电机结构尺寸，并通过了实验验证。其不足在于：这种电机圆盘式结构只能做整圈的圆周曲线运动，无法驱动动子滑带作短距离往复的圆弧曲线运动。

发明内容

本发明针对现有技术的不足以及圆弧形动作器件的需要，提出一种单驱动足圆弧形曲线超声电机。本发明通过对圆弧形定子的结构设计，使其满足超声电机工作要求，在激励频率驱动下由定子驱动动子滑带作圆弧曲线运动。满足适合于工作台或其他机构直接作短距离双向圆弧运动的环境。

本发明是通过以下技术方案来实现的。本发明由定子组件和动子组件构成。

定子组件包括定子固定架、圆弧形金属弹性体、第一弧形压电陶瓷片、第二弧形压电陶瓷片、一个驱动足和预紧力调节螺钉组成，其中两个压电陶瓷片上下表面镀有沿圆周方向均匀分布的电极；

动子组件包括圆弧形滑带、一个支撑轮、第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮和第四导向轮，一个驱动足粘结于圆弧形金属弹性体内弧面的中间部位，第一弧形压电陶瓷片和第二弧形压电陶瓷片分别粘贴在圆弧形金属弹性体外圆弧面，这三部分组成的复合体内置于定子固定架内。预紧力调节螺钉与定子固定架螺纹连接，并与金属弹性体中部正上方相接触。圆弧形滑带被夹持在支撑轮和定子组件中间，且圆弧形滑带和定子的单驱动足相接触；支撑轮位于定子驱动足的正下方。第一导向轮和第二导向轮相对放置于定子组件的右侧，第三导向轮和第四导向轮相对放置于定子组件的左侧，圆弧形滑带置于第一导向轮和第二导向轮间，第三导向轮和第四导向轮间，并可左右滑动。

所述第一弧形压电陶瓷片和第二弧形压电陶瓷片分别粘贴在圆弧形金属弹性体的外圆弧面靠两侧处。

当第一弧形压电陶瓷片被施加激励频率时，激发出金属弹性体的相应的谐振模态和振型，位于圆弧形金属弹性体内弧面的中间部位的驱动足端部产生椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足和支撑轮间的圆弧形滑带滑动，并沿由第一导向轮和第二导向轮，第三导向轮和第四导向轮确定的运动方向，向一个方向运动。当第二弧形压电陶瓷片被施加激励频率时，驱动足端部产生相向的椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足和支撑轮间的弧形滑带滑动，并沿由第一导向轮和第二导向轮，第三导向轮和第四导向轮确定的运动方向另一个方向运动。调整预紧力调节螺杆从而调节圆弧形滑带和驱动足之间的预压力，使超声电机工作在最佳状态。

与现有技术相比，本发明通过控制圆弧型曲线超声电机的压电陶瓷片的激励方式，在逆压电效应下压电陶瓷振动激发定子金属弹性体的相应的固有振动，由单驱动足通过摩擦力驱动圆弧形动子滑带，沿圆周往复曲线运动；该超声电机可实现圆弧形动子带的双向曲线运动而无需机械转向机构、结构简单、输出力大、速度较高、效率较高。适合于工作台或其他机构直接作短距离双向圆弧运动的场合。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：1定子固定架、2第一弧形压电陶瓷片、3预紧力调节螺钉、4第二弧形压电陶瓷片、5第一导向轮、6第二导向轮、7圆弧形滑带、8支撑轮、9驱动足、10金属弹性体、11第三导向轮、12第四导向轮。

其中所述定子固定架1、圆弧形金属弹性体10、第一弧形压电陶瓷片2、第二弧形压电陶瓷片4、驱动足9和预紧力调节螺钉3组成定子组件，其中第一弧形压电陶瓷片2、第二弧形压电陶瓷片4的上下表面镀有沿圆周方向均匀分布的电极；

所述圆弧形滑带7、支撑轮8、第一导向轮5、第二导向轮6、第三导向轮11和第四导向轮12构成动子组件。

上述组成部件的连接关系为：驱动足9粘结于金属弹性体10内弧面的中间部位，第一弧形压电陶瓷片2和第二弧形压电陶瓷片4分别粘贴在圆弧形金属弹性体10的外圆弧面靠两侧处，三部分组成的复合体内置于定子固定架1内。预紧力调节螺钉3与定子固定架1螺纹连接，并与金属弹性体10中部正上方相接触。圆弧形滑带7被夹持在支撑轮8和驱动足9中间，且圆弧形滑带7和定子的驱动足9相接触；支撑轮8位于定子驱动足9的正下方。第一导向轮5和第二导向轮6相对放置于定子固定架1的右侧，第三导向轮11和第四导向轮12相对放置于定子固定架1的左侧，圆弧形滑带7置于第一导向轮5和第二导向轮6间，第三导向轮11和第四导向轮12间，并可左右滑动。

所述圆弧形滑带7，是圆弧形的金属带或其它类似非金属材料制成的弧形带。

本实施例具体工作的实现包括以下过程：

当第一弧形压电陶瓷片2被施加激励频率时，激发出金属弹性体10的相应的谐振模态和振型，位于金属弹性体10内弧面的中间部位的驱动足9端部产生椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足9和支撑轮8间的圆弧形滑带7滑动，并沿由第一导向轮5和第二导向轮6，第三导向轮11和第四导向轮12确定的运动方向向一个方向运动。当第二弧形压电陶瓷片4被施加激励频率时，驱动足9端部产生相向的椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足9和支撑轮8间的圆弧形滑带7滑动，并沿由第一导向轮5和第二导向轮6，第三导向轮11和第四导向轮12确定的运动方向向另一个方向运动。调整预紧力调节螺杆3从而调节圆弧形滑带7和驱动足9之间的预压力，使超声电机工作在最佳状态。

由上述实施例可以看出，通过控制圆弧型曲线超声电机的压电陶瓷片的激励方式，在逆压电效应下压电陶瓷振动激发定子金属弹性体的相应的固有振动，由驱动足通过摩擦力驱动圆弧形动子滑块的沿圆周往复曲线运动；该超声电机可实现圆弧形动子滑块的双向曲线运动而无需机械转向机构、结构简单、输出力大、速度可达到200毫米/秒。适合于工作台或其他机构直接作短距离双向圆弧运动的场合。

Claims (3)

1.一种单驱动足圆弧形曲线超声电机，由定子组件和动子组件构成，其特征在于，所述定子组件包括定子固定架、圆弧形金属弹性体、第一弧形压电陶瓷片、第二弧形压电陶瓷片、单驱动足和预紧力调节螺钉，其中两个压电陶瓷片上下表面镀有沿圆周方向均匀分布的电极；所述动子组件包括圆弧形滑带、一个支撑轮、第一导向轮、第二导向轮、第三导向轮和第四导向轮；

上述部件的连接关系为：单驱动足粘结于圆弧形金属弹性体内弧面的中间部位，第一弧形压电陶瓷片和第二弧形压电陶瓷片分别粘贴在圆弧形金属弹性体外圆弧面，单驱动足、圆弧形金属弹性体、第一弧形压电陶瓷片和第二弧形压电陶瓷片组成的复合体内置于定子固定架内，预紧力调节螺钉与定子固定架螺纹连接，并与金属弹性体中部正上方相接触，圆弧形滑带被夹持在支撑轮和定子组件中间，且圆弧形滑带和定子的单驱动足相接触，支撑轮位于驱动足的正下方，第一导向轮和第二导向轮相对放置于定子组件的右侧，第三导向轮和第四导向轮相对放置于定子组件的左侧，圆弧形滑带置于第一导向轮和第二导向轮间、第三导向轮和第四导向轮间，并能左右滑动。

2.根据权利要求1所述的单驱动足圆弧形曲线超声电机，其特征是，所述第一弧形压电陶瓷片和第二弧形压电陶瓷片分别粘贴在圆弧形金属弹性体的外圆弧面靠两侧处。

3.根据权利要求1所述的单驱动足圆弧形曲线超声电机，其特征是，所述第一弧形压电陶瓷片被施加激励频率时，激发出金属弹性体的相应的谐振模态和振型，位于圆弧形金属弹性体内弧面的中间部位的驱动足端部产生椭圆运动，第二弧形压电陶瓷片被施加激励频率时，驱动足端部产生相向的椭圆运动。