振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。6.一种根据权利要求1或5所述的大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，其特征在于:为一种夹心式复合激振大功率精密压电超声驱动平台；所述夹心式复合激振大功率精密压电超声驱动平台的第一弹性体(2)由前匹配端(2-1)、通电电极片(2-2)、环形压电陶瓷片(2-3)、后匹配端(2-4)和绝缘套筒(2-5)组成，所述前匹配端(2-1)为阶梯轴结构，所述前匹配端(2-1) —侧端部设置有螺纹孔(2-1-1)结构，所述前匹配端(2-1)另一侧端部设置有外螺纹(2-1-3)结构，所述前匹配端(2-1)阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)套接安装绝缘套筒(2-5);所述环形压电陶瓷片(2-3)为4i片43激振模式与4激振模式的圆环形压电陶瓷片，所述4i片环形压电陶瓷片(2-3)中一侧布置的2i片环形压电陶瓷片(2-3)采用43激振模式，所述4i片环形压电陶瓷片(2-3)中另一侧布置的2i片环形压电陶瓷片(2-3)采用义激振模式，所述通电电极片(2-2)为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片(2-3)与4i+l片通电电极片(2-2)通过绝缘套筒2-5相互间隔套接于前匹配端(2-1)阶梯圆环面处的外圆周表面(2-1-2)上，其中i为大于等于I的整数；所述绝缘套筒(2-5)为薄壁圆环状结构；所述后匹配端(2-4)为圆柱体结构，所述后匹配端(2-4) —侧端部设置有外螺纹(2-4-1)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-4-2)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部位置设有螺纹孔(2-4-3)结构；所述布置于第一弹性体(2)上的43激振模式的环形压电陶瓷片(2-3)构成激振组A，所述布置于第一弹性体(2)上的J15激振模式的的矩形压电陶瓷片(2-3)构成激振组B; 一种夹心式复合激振大功率精密压电超声驱动平台的驱动方法具体为:激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组B通以同一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组A与激振组B通以交流激励电信号的幅值相同、驱动相位差为90度或270度，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。7.一种根据权利要求1或5所述的大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，其特征在于:为一种纵扭复合激振大功率精密压电超声驱动平台；所述纵扭复合激振大功率精密压电超声驱动平台的第一弹性体(2)由前匹配端(2-1)、通电电极片(2-2)、环形压电陶瓷片(2-3 )、后匹配端(2-4 )、绝缘套筒(2-5 )和矩形压电陶瓷片(2-6 )组成，所述前匹配端(2-1)为阶梯轴结构，所述前匹配端(2-1) —侧端部设置有螺纹孔(2-1-1)结构，所述前匹配端(2-1)另一侧端部设置有外螺纹(2-1-3)结构，所述前匹配端(2-1)阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)套接安装绝缘套筒(2-5);所述环形压电陶瓷片(2-3)采用1激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片(2-2)为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片(2-3)与4i+l片通电电极片(2-2)通过绝缘套筒(2-5)相互间隔套接于前匹配端(2-1)阶梯圆环面与外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)上，其中i为大于等于I的整数；所述绝缘套筒(2-5)为薄壁圆环状结构；所述后匹配端(2-4)为圆柱体结构，所述后匹配端(2-4) —侧端部设置有外螺纹(2-4-1)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-4-2)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部位置设有螺纹孔(2-4-3)结构；所述后匹配端(2-4)外圆周表面沿圆周方向均匀设置有h个外平面(2-4-4)结构，其中h为大于等于I的整数；所述矩形压电陶瓷片(2-6)采用名激振模式，且其均沿厚度方向极化，h片矩形压电陶瓷片(2-6)沿圆周方向均匀布置于第一弹性体(2)后匹配端(2-4)的外平面(2-4-4)结构上，所述布置于第一弹性体(2)后匹配端(2-4)的外平面(2-4-4)结构上的矩形压电陶瓷片(2-6)的形变方向与第一弹性体(2)中心轴线均成平行布置关系；所述布置于第一弹性体(2)上的J15激振模式的环形压电陶瓷片(2-3)构成激振组A，所述布置于第一弹性体(2)上的名激振模式的的矩形压电陶瓷片(2-6)构成激振组B; 一种纵扭复合激振大功率精密压电超声驱动平台的驱动方法具体为:激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组B通以同一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组A与激振组B通以交流激励电信号的幅值相同、驱动相位差为90度或270度，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。8.一种根据权利要求1或5所述的大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，其特征在于:为一种贴片式模态转换大功率精密压电超声驱动平台；所述贴片式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的第一弹性体(2)为两侧端部均设置有螺纹孔(2-1)结构的圆柱体结构，所述第一弹性体(2) —侧端部设置有外螺纹(2-5)结构，所述第一弹性体(2)外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有m个外平面(2-4)结构，，其中m为大于等于I的整数；所述布置于第一弹性体(2)外平面(2-4)上的矩形压电陶瓷片(2-2)采用名激振模式，且均沿厚度方向极化；所述布置于第一弹性体(2)外平面(2-4)上的矩形压电陶瓷片(2-2)的形变方向与第一弹性体(2)的中心轴线均成平行布置关系；所述第一弹性体(2)外平面(2-4)结构与一侧端部外螺纹(2-5)结构之间的外圆周表面上设置有h个模态转换器(2-3)结构；所述布置于第一弹性体(2)上的矩形压电陶瓷片(2-2)构成激振组A ; 一种贴片式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的驱动方法具体为:激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。9.一种根据权利要求1或5所述的大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，其特征在于:为一种夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台；所述夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的第一弹性体(2)由前匹配端(2-1)、通电电极片(2-2)、环形压电陶瓷片(2-3)、后匹配端(2-4)和绝缘套筒(2-5)组成，所述前匹配端(2-1)为阶梯轴结构，所述前匹配端(2-1) —侧端部设置有螺纹孔(2-1-1)结构，所述前匹配端(2-1)另一侧端部设置有外螺纹(2-1-3)结构，所述前匹配端(2-1)阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)套接安装绝缘套筒(2-5);所述环形压电陶瓷片(2-3)采用43激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片(2-2)为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片(2-3)与4i+l片通电电极片(2-2)通过绝缘套筒(2-5)相互间隔套接于前匹配端(2-1)阶梯圆环面与外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)上，其中i为大于等于I的整数；所述绝缘套筒(2-5)为薄壁圆环状结构；所述后匹配端(2-4)为圆柱体结构，所述后匹配端(2-4) —侧端部设置有外螺纹(2-4-1)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-4-2)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部位置设有螺纹孔(2-4-3)结构，所述后匹配端(2-4)外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器(2-4-4)结构，其中h为大于等于I的整数；所述布置于第一弹性体(2)上的环形压电陶瓷片(2-3)构成激振组A ; 一种夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的驱动方法具体为:激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。10.一种根据权利要求1或5所述的大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，其特征在于:为一种强力输出夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台；所述强力输出夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的第一弹性体(2)由前匹配端(2-1)、压电叠堆(2-2)和后匹配端(2-3)组成，所述前匹配端(2-1)为阶梯轴结构，所述前匹配端(2-1) —侧端部设置有螺纹孔(2-1-1)结构，所述前匹配端(2-1)另一侧端部设置有外螺纹(2-1-3)结构，所述前匹配端(2-1)阶梯圆环面沿圆周方向均匀设置有h个盲孔(2-1-2)结构，所述后匹配端(2-3)为圆柱体结构，所述后匹配端(2-3) —侧端部设置有外螺纹(2-3-1)结构，所述后匹配端(2-3 )另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-3-2 )结构，所述后匹配端(2-3 )同侧端部表面中心位置设有螺纹孔(2-3-3)结构，所述后匹配端(2-3)外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器(2-3-4)结构，其中h为大于等于I的整数；所述布置于第一弹性体(2 )上的压电叠堆(2-2 )构成激振组A ； 一种强力输出夹心式模态转换大功率精密压电超声驱动平台的驱动方法具体为:激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号,交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。
【专利摘要】本发明公开了一种大功率精密压电超声驱动平台及其驱动方法，以解决单独采用梁结构弹性体或板结构弹性体超声电机作为驱动器的定位平台所导致整体输出性能不理想等技术问题。本发明包括固定外架、第一弹性体、第二弹性体、转动平台、滚动体、推力球轴承、蝶形弹簧、紧固连接件和内六角螺栓，第一弹性体为梁结构，第二弹性体为板结构。施加超声频率内激励电信号于压电元件，激发第一弹性体和第二弹性体产生微幅高频振动模态，利用振动模态的叠加耦合，在第二弹性体与转动平台的接触表面产生驱动摩擦力，实现本发明的旋转位移运动输出。本发明具有输出功率大、运行平稳性好以及应用范围广等技术优势，在精密驱动与微定位技术领域具有广泛应用前景。
【IPC分类】H02N2/14, H02N2/12
【公开号】CN105207519
【申请号】CN201510003789
【发明人】程廷海, 王良, 刘小勇, 王英廷, 李绍松, 何丽鹏
【申请人】程廷海
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年1月6日