專利名稱：彎縱振動型直線超聲波電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，屬于超聲波電機(jī)制造的技術(shù) 領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲波電機(jī)利用逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為電機(jī)定子的振動，然后通過電機(jī)定 子和動子間摩擦耦合驅(qū)動電機(jī)動子運(yùn)動。因而超聲波電機(jī)具有一系列優(yōu)點(diǎn)，與傳 統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，它具有慣性小、響應(yīng)快、控制特性好、不受磁場影響、同時 本身也不產(chǎn)生磁場、定位精度高等特點(diǎn)。特別是它具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、效率 高、噪聲小、低速大扭矩、可直接驅(qū)動負(fù)載等特性。直線超聲電機(jī)不僅具備了超 聲電機(jī)一系列的優(yōu)點(diǎn)，它還具有不需要絲桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動轉(zhuǎn)換，在閉環(huán)系統(tǒng)中能 實現(xiàn)高精度定位等優(yōu)點(diǎn)。在國外，直線超聲波電機(jī)被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、電 動醫(yī)療器械、工業(yè)自動化機(jī)器和計算機(jī)輔助制造等領(lǐng)域。上世紀(jì)90年代中期， 國內(nèi)開始了直線超聲波電機(jī)的研究，并取得一定的成果。
近年來，由于直線超聲波電機(jī)位置分辨率高的特點(diǎn)，在半導(dǎo)體工業(yè)和其他精 密儀器裝置領(lǐng)域，運(yùn)用直線超聲波電機(jī)產(chǎn)生大推力實現(xiàn)大范圍運(yùn)動的需求越來越 大。
技術(shù)內(nèi)容
技術(shù)問題本實用新型的目的在于提供一種彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，采 用圓柱定子，圓柱定子柱體的彎曲振動控制驅(qū)動足和滑塊接觸面的摩擦力，利用 圓柱定子柱體的縱向振動產(chǎn)生定子推力。該電機(jī)具有直線超聲波電機(jī)的全部優(yōu) 點(diǎn)。此外，該電機(jī)還具有大推力和動態(tài)性能優(yōu)良的特點(diǎn)。
技術(shù)方案 一種彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，該電機(jī)包括圓柱定子、預(yù)緊機(jī) 構(gòu)、底座板，底座板水平設(shè)置，導(dǎo)軌安裝板縱向垂直固定于底座板的左端，導(dǎo)軌 槽的底部固定于導(dǎo)軌安裝板內(nèi)側(cè)中部，滑塊滑動接觸導(dǎo)軌槽的槽壁，滑塊外側(cè)與 驅(qū)動足的左端接觸，預(yù)緊機(jī)構(gòu)橫向固定在底座板的右端，圓柱定子縱向設(shè)置在驅(qū) 動足與預(yù)緊機(jī)構(gòu)之間，驅(qū)動足右端固定于圓柱定子左側(cè)，圓柱定子右側(cè)與預(yù)緊機(jī) 構(gòu)的直線運(yùn)動球支座左端弧線凹槽接觸。
上述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)的圓柱定子包括五個匹配塊，從圓柱定子 左端到右端相鄰兩個匹配塊之間設(shè)有一個陶瓷片對且依次設(shè)置第一彎振陶瓷片 對、第一縱振陶瓷片對、第二縱振陶瓷片對、第二彎振陶瓷片對，各陶瓷片對由 兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極片構(gòu)成，上述各陶瓷片對、電極片、匹配塊帶 有通孔，通孔的內(nèi)壁與螺桿螺紋配合。預(yù)緊機(jī)構(gòu)包含直線運(yùn)動球支座、彈簧、安 放座、預(yù)壓滑塊、調(diào)節(jié)螺栓、軸承、導(dǎo)軌軸，直線運(yùn)動球支座底部與底座板接觸， 安放座垂直固定于底座板的右端，調(diào)節(jié)螺栓與安放座中孔的內(nèi)壁螺紋配合，調(diào)節(jié) 螺栓左端設(shè)有預(yù)壓滑塊，在直線運(yùn)動球支座右側(cè)與預(yù)壓滑塊左端之間橫向設(shè)置彈 簧，彈簧兩側(cè)水平設(shè)置導(dǎo)軌軸，導(dǎo)軌軸左端設(shè)有軸承與直線運(yùn)動球支座中部連接， 導(dǎo)軌軸右端貫穿固定于安放座外側(cè)。
本實用新型彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，距圓柱定子兩端三分之一圓柱定子 長度處分別設(shè)置驅(qū)動足。第一彎振陶瓷片對與第二彎振陶瓷片對反向極化且繞軸 位置上互差180度，第一縱振陶瓷片對、第二縱振陶瓷片對同向極化，上述各陶 瓷片對設(shè)置在兩個驅(qū)動足之間。圓柱定子中點(diǎn)處和距圓柱定子兩端六分之一圓柱 定子長度處分別設(shè)有夾持槽，三個預(yù)緊機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動球支座左端弧線凹槽分別 與夾持槽接觸。
通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動球支座固定圓柱定子，圓柱定子在直線運(yùn)動球支座 的夾持位置有凹槽以便于固定，通過調(diào)節(jié)預(yù)緊機(jī)構(gòu)上的調(diào)節(jié)螺栓，調(diào)整對圓柱定 子的預(yù)壓力。圓柱定子安有兩個驅(qū)動足驅(qū)動導(dǎo)軌上滑塊運(yùn)動。該電機(jī)的圓柱定子 由匹配塊和壓電陶瓷片組成，在每兩片壓電陶瓷片之間設(shè)有電極片，從圓柱定子 左端到右端依次設(shè)置左匹配塊、第一彎振陶瓷片對、第一中間匹配塊、第一縱振 陶瓷片對、第二中間匹配塊、第二縱振陶瓷片對、第三中間匹配塊、第二彎振陶 瓷片對、右匹配塊。上述各陶瓷片對、電極片、匹配塊帶有通孔，通孔的內(nèi)壁與
螺桿螺紋配合。左匹配塊和右匹配塊通過螺桿連接并緊配合中間匹配塊和壓電陶 瓷片。壓電陶瓷對兩相激勵彎曲振動的壓電陶瓷的電極分割為兩個區(qū)，并且相互 反向極化，兩相激勵縱向振動的壓電陶瓷為一個分區(qū)，從每組陶瓷片中間引出電 極接入激勵電源，陶瓷片與定子匹配塊相接觸的面接地。對縱向振動和彎曲振動 陶瓷片施加頻率相同相位相差900的激勵電源，產(chǎn)生相位差為9(f的兩種振動模 態(tài)，使定子驅(qū)動足接觸面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，從而推動滑塊滑行，通過交換兩激 勵電源相序就可以改變滑塊的運(yùn)動方向。
有益效果本實用新型在于提供一種彎縱振動型直線超聲波電機(jī)。采用圓柱 定子，利用柱體的彎曲振動控制定子和滑塊接觸面的摩擦力，利用柱體的縱向振 動產(chǎn)生定子推力。制作的定子直徑為20mm的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其最 大輸出推力達(dá)20N，最高速度達(dá)100mm/s。由上可見，本實用新型的彎縱振動型 直線超聲波電機(jī)是以壓電振動體、移動體和固定預(yù)緊機(jī)構(gòu)組成的超聲波電機(jī)，它 與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，具有推力大、快速動態(tài)響應(yīng)和運(yùn)行無噪聲等突出特點(diǎn)。


圖1是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。其中有圓柱定子1、預(yù)緊機(jī)構(gòu)2、底 座板3、導(dǎo)軌安裝板4、導(dǎo)軌槽5、滑塊6、驅(qū)動足7、直線運(yùn)動球支座21、弧線 凹槽211、彈簧22、安放座23、安放座中孔231、預(yù)壓滑塊24、調(diào)節(jié)螺栓25。
圖2是本實用新型的定子結(jié)構(gòu)示意圖。其中有夾持槽ll、螺桿12、匹配塊 13、第一彎振陶瓷片對14、第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16、第二 彎振陶瓷片對17、電極片18、驅(qū)動足7。
圖3是本實用新型的總體結(jié)構(gòu)俯視圖。其中有圓柱定子l、預(yù)緊機(jī)構(gòu)2、軸 承26、導(dǎo)軌軸27。
圖4是壓電陶瓷安放位置示意圖。其中有第一彎振陶瓷片對14、第一縱振 陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16、第二彎振陶瓷片對17、電極片18，其中的 "+"為正向極化，"-"為反向極化。
具體實施方式
電機(jī)包括圓柱定子l、預(yù)緊機(jī)構(gòu)2、底座板3，底座板3水平設(shè)置，導(dǎo)軌安 裝板4縱向垂直固定于底座板3的左端，導(dǎo)軌槽5的底部固定于導(dǎo)軌安裝板(4) 內(nèi)側(cè)中部，滑塊6滑動接觸導(dǎo)軌槽5的槽壁51,滑塊6外側(cè)與驅(qū)動足7的左端 接觸，預(yù)緊機(jī)構(gòu)2橫向固定在底座板3的右端，圓柱定子1縱向設(shè)置在預(yù)緊機(jī)構(gòu) 2左端的弧線凹槽211中，驅(qū)動足7右端固定于圓柱定子1左側(cè)。
預(yù)緊機(jī)構(gòu)2包含直線運(yùn)動球支座21、彈簧22、安放座23、預(yù)壓滑塊24、調(diào) 節(jié)螺栓25、軸承26、導(dǎo)軌軸27,直線運(yùn)動球支座21底部與底座板3接觸，安 放座23垂直固定于底座板3的右端，調(diào)節(jié)螺栓25與安放座中孔231的內(nèi)壁螺紋 配合，調(diào)節(jié)螺栓25左端設(shè)有預(yù)壓滑塊24，在直線運(yùn)動球支座21右側(cè)與預(yù)壓滑 塊24左端之間橫向設(shè)置彈簧22，彈簧22兩側(cè)水平設(shè)置導(dǎo)軌軸27，導(dǎo)軌軸27 左端設(shè)有軸承26與直線運(yùn)動球支座21中部連接，導(dǎo)軌軸27右端貫穿固定于安 放座23外側(cè)。
彎縱振動型直線超聲波電機(jī)的圓柱定子l總長度為282 mm，直徑為20 mm，包 括五個匹配塊13,從圓柱定子1左端到右端相鄰兩個匹配塊之間設(shè)有一個陶瓷片 對且依次設(shè)置第一彎振陶瓷片對14、第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對 16、第二彎振陶瓷片對17，各陶瓷片對由兩個壓電陶瓷片之間夾有一個電極片18 構(gòu)成，上述各陶瓷片對、電極片18、匹配塊帶有通孔，通孔的內(nèi)壁與螺桿12螺 紋配合。兩個驅(qū)動足7分別設(shè)置在圓柱定子94 nim處和188順處且處于同一平面， 第一彎振陶瓷片對14、第二彎振陶瓷片對17到圓柱定子中點(diǎn)處的距離分別為12 ，第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16到圓柱定子中點(diǎn)處的距離分別 為4 mm，第一彎振陶瓷片對14與第二彎振陶瓷片對17反向極化且繞軸位置上互 差180度，第一縱振陶瓷片對15、第二縱振陶瓷片對16同向極化，上述各陶瓷 片對設(shè)置在兩個驅(qū)動足7之間。從每組陶瓷片中間引出電極接入激勵電源，陶瓷 片與定子匹配塊相接觸的面接地。對縱向振動和彎曲振動陶瓷片施加頻率相同相 位相差90°的激勵電源，產(chǎn)生相位差為90°的兩種振動模態(tài)，使定子驅(qū)動足接觸面 質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生橢圓運(yùn)動，從而推動滑塊滑行，通過交換兩激勵電源相序就可以改變滑 塊的運(yùn)動方向。電機(jī)的最大輸出推力達(dá)20N，最高速度達(dá)100mm/s。
權(quán)利要求1、一種彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于該電機(jī)包括圓柱定子(1)、預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)、底座板(3)，底座板(3)水平設(shè)置，導(dǎo)軌安裝板(4)縱向垂直固定于底座板(3)的左端，導(dǎo)軌槽(5)的底部固定于導(dǎo)軌安裝板(4)內(nèi)側(cè)中部，滑塊(6)滑動接觸導(dǎo)軌槽(5)的槽壁(51)，滑塊(6)外側(cè)與驅(qū)動足(7)的左端接觸，預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)橫向固定在底座板(3)的右端，圓柱定子(1)縱向設(shè)置在預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)左端的弧線凹槽(211)中，驅(qū)動足(7)右端固定于圓柱定子(1)左側(cè)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于圓柱定 子(1)包括五個匹配塊(13)，從圓柱定子(1)左端到右端相鄰兩個匹配塊之 間設(shè)有一個陶瓷片對且依次設(shè)置第一彎振陶瓷片對(14)、第一縱振陶瓷片對 (15)、第二縱振陶瓷片對(16)、第二彎振陶瓷片對(17)，各陶瓷片對由兩個 壓電陶瓷片之間夾有一個電極片(18)構(gòu)成，上述各陶瓷片對、電極片(18)、 匹配塊帶有通孔，通孔的內(nèi)壁與螺桿(12)螺紋配合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于預(yù)緊機(jī) 構(gòu)(2)包含直線運(yùn)動球支座(21)、彈簧(22)、安放座(23)、預(yù)壓滑塊(24)、 調(diào)節(jié)螺栓(25)、軸承(26)、導(dǎo)軌軸(27)，直線運(yùn)動球支座(21)底部與底座 板(3)接觸，安放座(23)垂直固定于底座板(3)的右端，調(diào)節(jié)螺栓(25)與 安放座中孔(231)的內(nèi)壁螺紋配合，調(diào)節(jié)螺栓(25)左端設(shè)有預(yù)壓滑塊(24)， 在直線運(yùn)動球支座(21)右側(cè)與預(yù)壓滑塊(24)左端之間橫向設(shè)置彈簧(22)， 彈簧(22)兩側(cè)水平設(shè)置導(dǎo)軌軸(27),導(dǎo)軌軸(27)左端設(shè)有軸承(26)與直 線運(yùn)動球支座(21)中部連接，導(dǎo)軌軸(27)右端貫穿固定于安放座(23)外側(cè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于距圓柱 定子兩端三分之一圓柱定子長度處分別設(shè)置驅(qū)動足(7)且處于同一平面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于第一彎振 陶瓷片對(14)與第二彎振陶瓷片對(17)反向極化且繞軸位置上互差180度， 第一縱振陶瓷片對(15)、第二縱振陶瓷片對(16)同向極化，上述各陶瓷片對設(shè) 置在兩個驅(qū)動足(7)之間。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎縱振動型直線超聲波電機(jī)，其特征在于圓柱定 子(1)中點(diǎn)處和距圓柱定子(1)兩端六分之一圓柱定子長度處分別設(shè)有夾持槽 (11)，三個預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)的直線運(yùn)動球支座(21)左端弧線凹槽(211)分別 與夾持槽(11)接觸。
專利摘要彎縱振動型直線超聲波電機(jī)是一種圓柱定子彎曲振動型的直線超聲波電機(jī)包括圓柱定子(1)、預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)、底座板(3)。圓柱定子(1)包括五個匹配塊(13)、第一彎振陶瓷片對(14)、第一縱振陶瓷片對(15)、第二縱振陶瓷片對(16)、第二彎振陶瓷片對(17)。通過預(yù)緊機(jī)構(gòu)(2)對圓柱定子(1)施加法向預(yù)壓力。通過調(diào)節(jié)螺栓(25)，調(diào)整對圓柱定子(1)的預(yù)壓力。該電機(jī)具有直線超聲波電機(jī)的一系列優(yōu)點(diǎn)，此外，該電機(jī)還具有輸出力大、調(diào)速范圍寬的特點(diǎn)。
文檔編號H02N2/02GK201075846SQ20072004572
公開日2008年6月18日 申請日期2007年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者徐志科, 秦申蓓, 胡敏強(qiáng), 龍 金, 強(qiáng) 陳 申請人:東南大學(xué)