一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种一端铰支的直线超声电机夹持定位装置，属于超声电机【技术领域】。该夹持定位装置有定子支持件（4）和定位装置组成，上述定子支持件（4）包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂端部为支持件首端（41），第二支撑臂端部为支持件加力端（42）。这种新型的夹持定位装置通过预压力施加装置（6）对支持件加力端（42）进行加力，使电机绕支持件首端（41）进行旋转，来实现电机的定子（3）对动子（5）施加预压力的目的。这种夹持定位装置的使用能进一步的改善超声电机的振动特性和结构的稳定性、提高超声电机的输出力和输出效率。
【专利说明】一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置
【技术领域】
[0001]本发明为一种新型直线超声电机的装配和夹持技术，属超声电机【技术领域】。
[0002]【背景技术】:
直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，并通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线(旋转)运动，直接推动负载。它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。
[0003]目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。在中国专利网上，从2004年开始陆续刊登了环形驻波直线超声电机【200510046044.9】、棱柱型纵弯复合振子直线超声电机[200610132316.1】、三角形弯板式压电直线超声电机【200710045921.X】、H形驻波直线超声电机振子【200820014739.8】等。近年来，南京航空航天大学研制成功了圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法【200710020963.8】、基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机【200810124426.2】等。但是现有的超声电机尚有输出功率小、效率低、结构不稳定等不足。经查阅，有些直线超声电机需要考虑弹簧与刚体组成复杂的结构进行夹持，而且如果设置不恰当，则会产生多余的移动和转动，不能保证电机的正常运行。
[0004]直线超声电机定子的夹持定位装置是影响其稳定性和输出效率的重要因素。目前直线超声电机主要通过两端布置弹簧(或者两端柔性铰链)的方式来支撑定子。这几种夹持方法的特征是支持件的切向刚度和法向刚度在一个数量级上，它不利于电机输出力的提高，也不利于电机工作状态的稳定。
[0005]超声电机的夹持定位装置的研究报道很少，这方面的专利也很少。早期的夹持方式是通过弹簧施加力在定子结构的对称轴上，由于定子的夹持点只有两点其结构不稳定。专利“基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机的夹持定位装置”(ZL 2010 I 0018343.2)首先提出了关于直线超声电机的夹持方法，该方法仍然是基于弹簧和导轨的夹持方式。该方法利用弹簧和导轨，在定子的两侧施加预压力，由于有三个夹持点，所以电机的结构相对稳定。专利“基于柔性铰链的直线超声电机夹持定位装置”(ZL 2010 10556088.7)和“直线超声电机夹持定位装置”(ZL 2010 I 0556066.0)利用柔性铰链代替弹簧施加预压力。该发明将电机结构简化为定子、动子、夹持部件和装载部件四部分，夹持部件包括夹持件和连接螺钉，定子通过夹持件、柔性铰链固定在夹框上。它的发明提高了电机结构的稳定性，优化了以前的夹持装置。另外，通过柔性铰链代替弹簧的作用，消除了间隙和定子与外框的非线性接触。但是，上述发明的夹持其切向刚度小，不易施加较大的预压力，导致电机的输出力小。
[0006]本发明提出了一种新的直线超声电机的夹持定位方式，该支持件的首端与底座连接，另一端通过弹簧或其它弹性元件施加预压力。这种夹持定位的直线超声电机定子只有一个自由度，所以当首端的支持点靠近动子时，驱动足只能在与动子运动垂直的方向(又称为法向方向)上移动，因此其定位方式的切向刚度是无穷大，它最大限度地提高了电机的推力。
【发明内容】
[0007]本发明针对现有技术的不足，提出了一种结构设计简单，便于安装调节的一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置，其不仅便于定子对动子施加较大的预压力，同时还能保证电机输出性能的稳定。
[0008]一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置，用于直线超声电机的夹持定位。该直线超声电机包括底座、动子、V形定子，该V形定子带有两个振子，每个振子均由前端盖、压电陶瓷片组、后端盖组成。这种夹持定位装置的特征在于:该夹持定位装置包括支持件。上述支持件包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂分别与V形定子的一个振子垂直，每个支撑臂安装于对应振子的两相邻压电陶瓷片组之间，并通过预紧螺栓与对应振子固定在一起。将第一支撑臂端部称为支持件首端，第二支撑臂端部称为支持件加力端(尾端)。
[0009]上述支持件的支持件加力端位于预压力施加装置内，预压力施加装置安装在底座上。通过预压力施加装置对支持件加力端施加压力，来实现定子对动子的预压力加载。
[0010]上述支持件首端还具有以下结构:
第一种结构:支持件首端通过旋转装置安装于底座上；所述旋转装置具有凹槽，所述支持件首端位于该凹槽内，构成旋转结构，且使得支持件仅能绕支持件首端中心旋转，而不能平动；
第二种结构:支持件首端固定于底座上，且支持件首端带有柔性圆弧片段，该柔性圆弧片段的厚度小于结构的其它部分，形成柔性铰链，使得支持件仅能绕柔性铰链结构中心旋转，而不能平动。
[0011]本发明的内容在于设计出了一种新的直线超声电机的夹持定位装置。一端铰支的直线超声电机夹持定位技术，属超声电机【技术领域】。该技术将定子固定在夹持部件上，其中的支持件为曲形梁结构，通过定子纵向振动的节点(弯曲振动的峰谷)。以定子支持件首端为中心，通过预压力施加装置对支持件加力端加载预压力，有力矩平衡原理可实现定子对动子预压力的加载。相对于传统夹持技术，该夹持方式结构简单、紧凑和稳定。由于不再需要移动外框，直接通过控制弹簧的伸缩量来控制预压力的大小，节省了空间，并有利于加工。
[0012]上述夹持定位装置的夹持点有三点(铰支点、弹簧加力点和定、动子的接触点)，在定子结构的外侧，构成了一个较大的三角形区域，这种布置使得定子的结构更加稳定。由于有一个夹持点采用了铰支形式，使得定子只能围绕铰支点转动，理论上可以通过受力端对电机施加无穷的预压力，这可方便实现电机有最大输出力。假设铰支点落在定、动子接触的移动面上时(实际安装在它附近)，此时，其夹持元件在切向(动子运动方向)具有无穷大的刚度，有利于电机有最大的输出力。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明所述的一端铰支的夹持定位装置的结构示意图； 图2是本发明所述的一端柔性铰链的夹持定位装置的结构示意图；
图3是图1中支持件的结构示意图；
图4是图2中支持件的结构示意图；
图5是图1中支持件旋转装置的结构示意图；
图6是图1和图2中预压力施加装置的结构示意图；
图中的标号名称分别为:1，底座；2，旋转装置，21，紧定端；22，有凹形槽的一端；3，V形定子；4，支持件，41，支持件首端；42，支持件加力端，43，柔性铰链，5，动子；6，预压力施加装置，61，固定件；62，弹簧；63，螺杆。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
一种一端铰支的直线超声电机夹持定位装置，属与超声电机【技术领域】。如图1所示，该装置由底座1、V形定子3、动子5、夹持部件组成，其中夹持部件包括:旋转装置2、支持件4和预压力施加装置6。
[0015]这种新型的夹持定位装置，如图1所示，以支持件的支持件首端41为中心进行旋转只有一个自由度，通过预压力施加装置6对支持件加力端42施加压力，来实现定子3对动子5的预压力加载。
[0016]这种一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置，用于V形定子的夹持定位，该V形定子带有两个振子，每个振子由前端盖、压电陶瓷片组、后端盖组成。如图1、3所示，上述支持件4带有两条分别与V形定子3两振子垂直的支持臂，每个支持臂安装于对应振子的两相邻压电陶瓷片组之间，并通过预紧螺栓固定在一起。V形定子3整体通过支持件4、预压力施加装置6和转动装置2固定在底座I上。
[0017]一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置的支持件转动装置2，如图5所示，支持件转动装置2固定在底座I上，定子支持件首端41位于支持件转动装置的凹槽内22。该结构使得定子只能围绕支持件首端41转动，而不能平动只有一个自由度。
[0018]一端铰支直线超声电机的夹持定位装置的预压力施加装置6，如图6所示，在预压力施加装直6中，定子支持件加力端42与弹黃62接触，支持件加力端42和弹黃62 —起套在螺杆63上，螺杆63固定在固定件61上，固定件61固定在底座I上。
[0019]一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置的定子支持件4，如图1、3所示，定子支持件的首端41位于支持件转动装置的凹槽22内，支持件的加力端42位于预压力施加装置6内。以定子支持件首端41为中心，通过预压力施加装置6对支持件加力端42加载预压力，有力矩平衡原理可实现定子3对动子5预压力的加载。
[0020]如图1、3、5、6所示，一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置的夹持点有三点铰支点、弹簧加力点和定、动子的接触点，在定子结构的外侧，构成了一个较大的三角形区域，这种布置使得定子的结构更加稳定。由于一个夹持点采用铰支形式，使得定子只能围绕铰支点转动，理论上可以通过加力端对电机施加无穷的预压力，这可方便电机实现最大输出力。
[0021]实施例2:
一种一端有柔性铰链的直线超声电机的夹持定位装置，属与超声电机【技术领域】。如图2所示，该装置由底座1、定子3、动子5、夹持部件4、6组成，其中夹持部件包括:支持件4和预压力施加装置6。
[0022]这种新型的夹持定位装置，如图2所示，以支持件首端41为中心位置固定不变，通过预压力施加装置6对支持件加力端42施加压力，推动支持件的柔性铰链43在定子所在平面进行变形来实现定子3对动子5的预压力加载。
[0023]这种一端柔性铰链的直线超声电机的夹持定位装置，用于V形定子的夹持定位，该V形定子带有两个振子，每个振子由前端盖、压电陶瓷片组、后端盖组成。如图2、4所示，支持件4带有两条分别与V形定子3两振子垂直的支持臂，每个支持臂安装于对应振子的两相邻压电陶瓷片组之间，并通过预紧螺栓固定在一起。V形定子3整体通过支持件4和预压力施加装置6固定在底座I上。
[0024]一端柔性铰链的直线超声电机的夹持定位装置的预压力施加装置6，如图6所示，在预压力施加装置6中，定子支持件加力端42与弹簧62接触，支持件加力端42和弹簧62一起套在螺杆63上，螺杆63固定在固定件61上，固定件61固定在底座I上。
[0025]一端柔性铰链的直线超声电机的夹持定位装置的定子支持件4，如图2、4所示，支持件首端41固定在底座I上；支持件中带有柔性圆弧片段43，其柔性圆弧片段的厚度远远地小于结构的其它部分，形成柔性铰链；支持件的加力端42位于预压力施加装置6内。以支持件首端41为中心，通过预压力施加装置6对支持件加力端42加载预压力，推动支持件的柔性铰链43在定子所在平面进行变形来实现定子3对动子5的预压力加载。此装置限制了定子的位移和转动，保证了定子运动的稳定性，从而可减少定子的无用功，提高效率。支持件中的柔性铰链43的柔性弧段结构的充分小，其作用是给定、动子施加预压力时起到了旋转装置的作用，同时并不产生平动位移。
[0026]如图2、4、6所示，一端柔性铰链的直线超声电机的夹持定位装置的夹持点有三点柔性铰链点、弹簧加力点和定、动子的接触点。在定子结构的外侧，构成了一个较大的三角形区域，这种布置使得定子的结构更加稳定。由于一个夹持点采用柔性铰链的形式，使得定子只能围绕柔铰的区域转动，理论上可以通过支持件加力端42对电机施加无穷的预压力，这可方便电机实现最大输出力。
[0027]具体实施方案2是在方案I的基础上进行的改变，两个夹持定位装置的原理是基本相同的。方案I和方案2都是以支持件首端为中心，通过预压力施加装置对支持件的加力端进行加力改变定子与动子之间的预压力。主要不同之处在于:方案I中支持件首端是通过支持件旋转装置铰支在底座上，支持件自身结构上没有柔性结构；方案2中支持件首端是直接固定在底座上，通过柔性结构的变形来实现旋转，进而实现电机的预压力加载。
【权利要求】
1.一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置，用于直线超声电机的夹持定位；该直线超声电机包括底座(I)、动子(5)、V形定子(3)，该V形定子(3)带有两个振子，每个振子均由前端盖、压电陶瓷片组、后端盖组成；特征在于: 该夹持定位装置包括支持件(4)； 上述支持件(4)包括第一支撑臂和第二支撑臂，第一支撑臂和第二支撑臂分别与V形定子(3)的一个振子垂直，每个支撑臂安装于对应振子的两相邻压电陶瓷片组之间，并通过预紧螺栓与对应振子固定在一起； 将第一支撑臂端部称为支持件首端(41)，第二支撑臂端部称为支持件加力端(42)也称为加力端； 上述支持件(4)的支持件加力端(42)位于预压力施加装置(6)内，预压力施加装置(6)安装在底座(I)上；通过预压力施加装置(6)对支持件加力端(42)施加压力，来实现定子(3)对动子(5)的预压力加载； 上述支持件首端(41)还具有以下两种结构: 第一种结构:支持件首端通过旋转装置(2)安装于底座(I)上；所述旋转装置(2)具有凹槽(22)，所述支持件首端位于该凹槽(22)内，构成旋转结构，且使得支持件(4)仅能绕支持件首端中心旋转，而不能平动； 第二种结构:支持件首端固定于底座(I)上，且支持件首端带有柔性圆弧片段(43)，该柔性圆弧片段的厚度小于支持件结构的其它部分，形成柔性铰链(43)，使得支持件(4)仅能绕柔性铰链结构中心旋转，而不能平动。
2.根据权利要求1所述的一端铰支的直线超声电机的夹持定位装置，其特征在于:上述预压力施加装置(6)由固定件(61)、弹簧(62)、螺杆(63)组成；支持件加力端与弹簧(62)接触，支持件加力端和弹簧(62)—起套在螺杆(63)上，螺杆(63)固定在固定件(61)上，固定件(61)固定在底座(I)上。
【文档编号】H02N2/04GK103944445SQ201410166165
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月24日 优先权日:2014年4月24日
【发明者】姚志远, 刘振, 简月 申请人:南京航空航天大学