TWI513172B - 超音波驅動系統 - Google Patents

Description

超音波驅動系統

本發明係關於一種驅動系統，尤指一種結構簡單、組裝便捷、振動位移大、散熱效果佳與用途廣之超音波驅動系統。

習用驅動系統，如I289468(2007/11/11中華民國發明專利公告案)所述之小型運輸工具或稱為壓電車；該壓電車，係包括座體、壓電馬達、被動元件及驅動電路，其中，該壓電馬達與被動元件係結合於該座體以分別傳遞與提供行駛動力，該壓電馬達具有用以提供動力之壓電定子、抵住該壓電定子以傳遞動力之轉子、用來保持該壓電定子與轉子之軸桿、用來提供預應力予該壓電定子及轉子之彈性元件、以及用來定位限制該轉子之限制元件，且該壓電馬達可透過驅動電路輸出動力，讓壓電車在軌道或地面上行駛。惟構成該種壓電車之主要結構與元件卻過於繁複與眾多，如I289468第7圖所揭露之主要元件與細部元件，包括金屬管、壓電陶瓷片、轉子、軸桿、彈性元件、限制元件、墊片、螺絲帽、傳動元件、軸承、鋼圈、齒輪、軸承、軸桿、鋼圈、前固定座、導電片與後固定座等不下十幾種之多。由於構件過於繁複與眾多，使得該壓電車在組裝時顯得非常困難；除了增加製造成本之外，品質的不穩定性也相對的增加。另外，從壓電定子所傳送出來的機械能，再透過齒輪組將能量傳輸到鋼圈與軌道；讓輸出的機械能再次的損耗，使得該壓電車之整體輸出效能大為降低。再者，構成該座體之前固定座、導電片與後固定座係為塑膠材質或絕緣材質，使得壓電定子在驅動中所產生之高溫或高熱，無法透過座體來散熱。此種高溫或高熱的現象，除了可能會改變壓電定子之驅動條件之外，也可能會改變固定壓電定子之邊界條件；亦即會降低壓電定子之振動幅度以及降低轉子之轉速。

綜上所述，習用驅動系統或稱為壓電車，仍然有其相對缺點，如下：

(1)主要元件與細部元件過於繁複，致使組裝不易，徒增製造成本；

(2)能量轉換元件過多，致使摩擦力大增，進而導致壓電車之整體輸出效率降低；

(3)座體設計不良，致使壓電定子無法即時散熱，可能導致壓電車之行駛速度降低或無法行駛。

本發明係鑒於上述習用裝置仍然有其相對缺點存在，而集思改良之。

本發明主要目的係希望提供一種結構簡單之超音波驅動系統，讓超音波驅動系統之組裝較為便捷與有效率。

本發明另一目的係希望提供一種振動與散熱效果佳之超音波驅動系統，讓操作中的超音波驅動系統可以產生較高的振動位移以及不會產生高溫。

本發明最後目的係希望提供一種用途廣之超音波驅動系統，該驅動系統可以運用於小型運輸工具上或運用於小型光機電系統上。

本發明係指一種超音波驅動系統，其係由基座、壓電陶瓷片、轉子、彈性元件、緊置元件與軸桿所組成；其特徵在於：該壓電陶瓷片可以貼附在基座之兩端的上面與側面上，而該轉子、彈性元件與緊置元件可以透過軸桿分別裝設在基座之兩端；操作時，只要對壓電陶瓷片施以適當的驅動頻率與電壓，即可驅動轉子旋轉。

本發明所述之超音波驅動系統，其主要改良之處在於：該基座係為一I字型可導電之金屬體者，其設有前桿、前槽孔、穿孔、後槽孔與後桿；其中，該前桿與後桿分別設有圓錐形穿孔；再者該前槽孔、穿孔與後槽孔之尺寸可依需要做適當的擴大或縮小。其中，前槽孔與後槽孔之尺寸係根據前桿與後桿於最佳振動模態之前1/4與後1/4為節點發生處而設計的，其目的係希望讓超音波驅動系統有較佳之驅動效率。另外是，該基座的一體成型且為金屬體之設計，除了方便連接接地線之外；最大的目的，就是方便壓電陶瓷片於操作時所產生的高溫可以即時的散熱，以避免減損該超音波驅動系統之驅動效率。再者是，該超音波驅動系統於基座的前桿與後桿之兩側上，均可貼附壓電陶瓷片且可以依不同的驅動頻率與相角，來達成其最佳驅動效果。最後是，該基座之前桿或後桿貼附壓電陶瓷片後，於驅動時，可以直接將前桿或後桿所產生的機械能傳輸給轉子轉動，而不必再經過其他細部元件傳遞，以避免不必要的能量損耗。

綜上所述，本發明之超音波驅動系統業已改良習用裝置之相對缺點；且其功能讓超音波驅動系統更具有產業上之利用性、新穎性與進步性。

以下透過配合第一圖至第四圖，來說明本發明之組成與實施方式，期使該技術領域者可輕易地瞭解本發明之主要特徵及欲達成之功效或目的。

本發明係為一種超音波驅動系統，其係由基座1、壓電陶瓷片2、轉子3、彈性元件4、緊置元件5與軸桿6所組成；其特徵在於：該壓電陶瓷片2可以貼附在基座1之兩端的上面與側面上，而該轉子3、彈性元件4與緊置元件5可以透過軸桿6分別裝設在基座1之兩端；操作時，只要對壓電陶瓷片2施以適當的驅動頻率( ω _i or f _i ,i=1,2,3 or 4 )、相角(ψ _i , i=1,2,3 or 4 )與電壓( V _p-p )，即可驅動轉子3旋轉(如第三圖所示之實施樣態)。

如前所述之超音波驅動系統，其中，該基座1係為一I字型可導電之金屬體者，其設有前桿11、前槽孔12、穿孔13、後槽孔14與後桿15；其中，該前桿11與後桿15分別設有圓錐形穿孔(111,151)；再者該前槽孔12、穿孔13與後槽孔14之尺寸可依需要做適當的擴大或縮小。

如前所述之超音波驅動系統，其中，該轉子3設有O形摩擦環31、環形凹槽32、圓錐體33與穿孔34；其該O形摩擦環31可套置在環形凹槽32上。

如前所述之超音波驅動系統，其中，該緊置元件5設有螺絲孔51、穿孔52與螺絲53；其中該螺絲53上設有六角形盲孔531。

本發明另一實施例，如第四圖所示，其係由基座1、壓電陶瓷片2、轉子3、彈性元件4、緊置元件5與軸桿6所組成；其特徵在於：該壓電陶瓷片2可以貼附在基座1之兩端的上面與側面上，而該轉子3、彈性元件4與緊置元件5可以透過軸桿6分別裝設在基座1之兩端；操作時，只要對壓電陶瓷片2施以適當的驅動頻率、相角與電壓，即可驅動轉子3旋轉；其中，該轉子3可為具齒輪狀者，藉此來驅動其他齒輪或齒輪組轉動(圖未示)。

綜上所述，本發明所述之超音波驅動系統業已符合產業上之利用性；而經查無相關裝置或前案，已符合專利申請要件中之新穎性；而本發明所構成之主要技術與特徵也較習用裝置有明顯之增益性，亦符合專利申請要件中之進步性，爰此耑請　委員賜予以發明專利為荷！

1．．．基座

11．．．前桿

111．．．圓錐形穿孔

12．．．前槽孔

13．．．穿孔

14．．．後槽孔

15．．．後桿

151．．．圓錐形穿孔

2．．．壓電陶瓷片

3．．．轉子

31．．．O形摩擦環

32．．．環形凹槽

33．．．圓錐體

34．．．穿孔

4．．．彈性元件

5．．．緊置元件

51．．．螺絲孔

52．．．穿孔

53．．．緊置螺絲

531．．．六角形盲孔

6．．．軸桿

第一圖：係本發明之組立圖；

第二圖：係本發明之***圖；

第三圖：係本發明之實施樣態；

第四圖：係本發明之另一實施例。

1．．．基座

2．．．壓電陶瓷片

3．．．轉子

4．．．彈性元件

5．．．緊置元件

6．．．軸桿

Claims (5)

1. 一種超音波驅動系統，其係由基座、壓電陶瓷片、轉子、彈性元件、緊置元件與軸桿所組成；其特徵在於：該基座係為一可導電之金屬體一體成型者，其設有一前桿、一前槽孔、一穿孔、一後槽孔與一後桿，該前槽孔、穿孔與後槽孔之尺寸可依需要做適當的擴大或縮小，且該前槽孔與後槽孔之尺寸係根據該前桿與該後桿於最佳振動模態之前1/4與後1/4為節點發生處而設計者，該壓電陶瓷片可以貼附在該基座之兩端的該前桿及該後桿之上面與側面上，而該轉子、彈性元件與緊置元件可以透過該軸桿分別裝設在該基座之兩端；操作時，只要對該壓電陶瓷片施以適當的驅動頻率、相角與電壓，即可驅動該轉子旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超音波驅動系統，其中，該基座係為一I字型，該前桿與後桿分別設有圓錐形穿孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述之超音波驅動系統，其中，該轉子設有O形摩擦環、環形凹槽、圓錐體與穿孔；其該O形摩擦環可套置在該環形凹槽上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之超音波驅動系統，其中，該緊置元件設有螺絲孔、穿孔與螺絲； 其中該螺絲上設有六角形盲孔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超音波驅動系統，其中，該轉子可為具齒輪狀者，藉此來驅動其他齒輪或齒輪組轉動。