专利名称：双驱动足圆弧形曲线超声电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电机技术领域的超声电机，具体涉及一种双驱动足圆 弧形曲线超声电机。
技术背景超声波电机是一种借助摩擦传递超声波振动以获得动力的驱动机构，通常由 定子形成超声振动，转子(动子)依靠定转子间的摩擦耦合传递定子的振动，并 将这种振动转换成连续的旋转或直线位移，从而驱动负载。与传统电磁式电机相 比，超声电机除了具有结构简单、重量轻的优点，还具有低转速大力矩，且瞬态 响应快、控制特性好，不受磁场影响，运动准确等特点，在机器人，汽车工 业，航空航天，照相器材，精密仪器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，许海在《机械设计与制造》(2007年第5期 第48-50页)发表的《双足型直线超声电机的原理分析与结构设计》，该文中提 出了一种基于矩形面内振动的双足型直线超声电机，通过利用矩形定子产生同 频的一阶纵振和二阶弯振，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。检索中还发现，中国专利《旋转式超声电机及其实 现方法》(专利号CN101123405)涉及一种旋转式超声电机，包括振子和转子， 所述振子由压电陶瓷以及金属弹性体粘接组成，通过振子的圆台面与转子内环的 圆台面接触，将薄圆台式金属弹性体沿圆周方向的行波振动转化为转子的转动。 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，提出一种双驱动 足圆弧形曲线超声电机。本发明通过对双驱动足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、第一驱动足、第二驱动足和预紧力调节螺钉组成，其中压电陶 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、第一支撑轮、第二支撑轮、第一导向轮、第二导 向轮、第三导向轮和第四导向轮，第一驱动足、第二驱动足粘结于金属弹性体内 弧面的两个端部，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，这四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 被夹持在第一支撑轮、第二支撑轮和定子组件中间，且圆弧形滑带和定子的两个 驱动足相接触，第一支撑轮位于定子第一驱动足的正下方，第二支撑轮位于定子 第二驱动足的正下方。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。所述第一驱动足粘结于金属弹性体内弧面的右端。所述第二驱动足粘结于金属弹性体内弧面的左端。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，由一阶圆周向运动和二阶弯曲振动组成的复合振动，位于金属弹性 体内弧面的的第一驱动足和第二驱动足端部产生椭圆运动。由两个驱动足产生的 摩擦力依次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，本发明通过控制双驱动足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，由双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。
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l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第一支撑轮、9第一驱动足、10圆弧形金属弹性体、11第二支撑轮、12 第二驱动足、13第三导向轮、14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、第一驱动足9、第二驱动足12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、第一支撑轮8、第二支撑轮ll、第一导向轮5、第二导向 轮6、第三导向轮13和第四导向轮14构成动子组件。上述组成部件的连接关系为第一驱动足9粘结于金属弹性体10内弧面的右 端，第二驱动足12粘结于金属弹性体10内弧面的左端，第一弧形压电陶瓷片2、 第二弧形压电陶瓷片4分别粘贴在圆弧形金属弹性10体的外圆弧面靠两侧处， 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被夹持在第一支撑轮 8和第一驱动足9 、第二支撑轮11和驱动足12中间，第一支撑轮8位于定子第 一驱动足9的正下方，第二支撑轮11位于定子第二驱动足12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13和第四 导向轮14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13和第四导向轮14间，并可左右滑动。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，由一阶圆周向运动和二阶弯曲振动组成的复合振动，位于金属弹性体10内弧面的的第一驱动足9和第二驱动足12端部产生椭圆运动。由第一 驱动足9和第二驱动足12产生的摩擦力依次驱动夹持于第一支撑轮8和第一驱 动足9，第二支撑轮11和驱动足12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13和第四导向轮14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，金属弹性体10内弧面的的 第一驱动足9和第二驱动足12端部产生相向的椭圆运动。由两个第一驱动足9 和第二驱动足12产生的摩擦力依次驱动夹持于第一支撑轮8和第一驱动足9， 第二支撑轮11和驱动足12间的弧形滑带7滑动，并沿由第一导向轮5和第二导 向轮6，第三导向轮13和第四导向轮14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和两个第一驱动足9和第二驱动足 12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，通过控制双驱动足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，由双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250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。
权利要求
1. 一种双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、第一驱动足、第二驱动足和预紧力调节螺钉组成，其中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、第一支撑轮、第二支撑轮、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第一驱动足、第二驱动足粘结于金属弹性体内弧面的两个端部，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，这四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第一支撑轮、第二支撑轮和定子组件中间，且圆弧形滑带和定子的两个驱动足相接触，第一支撑轮位于定子第一驱动足的正下方，第二支撑轮位于定子第二驱动足的正下方，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l所述的双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l所述的双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，由一阶圆周向运动和二阶弯曲振动组成的复合振动，位于金属弹性体内弧 面的的第一驱动足和第二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。
全文摘要
本发明涉及一种机械电子技术领域的双驱动足圆弧型曲线超声电机，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、两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两个驱动足中间。调整预紧力调节螺杆从而调节圆弧形滑带和两个驱动足之间所需要的预压力。通过控制双驱动足圆弧型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。
文档编号H02N2/00GK101267170SQ20081003709
公开日2008年9月17日 申请日期2008年5月8日 优先权日2008年5月8日
发明者巍 何, 李世阳, 明 杨 申请人:上海交通大学