[發明專利]單驅動足圓弧形曲線超聲電機

有效

• 申請號: 200810037096.3
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101267169A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 楊明;李世陽;何巍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種電機技術領域的超聲電機，具體涉及一種單驅動足圓弧形曲線超聲電機。

背景技術

超聲波電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動，將材料的微觀變形轉換為轉子(動子)宏觀運動的新型驅動器，它的基本工作原理是利用壓電陶瓷的逆壓電效應激發彈性體產生超聲振動來實現電能向機械能的轉換，并通過定、轉子(動子)之間的摩擦作用將振動轉換成轉子(動子)的旋轉(直線)運動，從而驅動負載。與傳統電磁式電機相比，超聲電機能直接輸出低轉速大力矩，且瞬態響應快、定位精度高，功率密度大，控制特性好，不受磁場影響，運動準確等優點，在航空航天，機器人，醫療器械，精密儀器，汽車工業等領域有著廣泛的應用前景。

經對現有技術的文獻檢索發現，劉劍等在《聲學學報》(2003年28卷第1期第86-90頁)發表的《基于矩形薄板面內振動的直線型超聲電機的研究》，該文中提出了一種基于矩形薄板面內振動的單驅動足直線型超聲電機，通過利用矩形壓電陶瓷板的一階縱向和二階彎曲振動模態，實現直線運動。其不足在于：它只能驅動動子作直線運動，不能做圓弧曲線運動。純壓電陶瓷結構常常需要表面分區激勵，而且材質較脆，在變形較大場合不便應用，其輸出力矩受到了制約。同時，也不易制作成形狀復雜的結構。檢索中還發現，莫岳平等在《中國電機工程學報》(2002年22卷第11期第92-96頁)發表的《超聲波電機振動模態有限元分析》，該文中提出了一種直徑為100mm的環形行波型圓形超聲電機。通過電機振動模態的有限元分析，確定了電機結構尺寸，并通過了實驗驗證。其不足在于：這種電機圓盤式結構只能做整圈的圓周曲線運動，無法驅動動子滑帶作短距離往復的圓弧曲線運動。

發明內容

本發明針對現有技術的不足以及圓弧形動作器件的需要，提出一種單驅動足圓弧形曲線超聲電機。本發明通過對圓弧形定子的結構設計，使其滿足超聲電機工作要求，在激勵頻率驅動下由定子驅動動子滑帶作圓弧曲線運動。滿足適合于工作臺或其他機構直接作短距離雙向圓弧運動的環境。

本發明是通過以下技術方案來實現的。本發明由定子組件和動子組件構成。

定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、第一弧形壓電陶瓷片、第二弧形壓電陶瓷片、一個驅動足和預緊力調節螺釘組成，其中兩個壓電陶瓷片上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；

動子組件包括圓弧形滑帶、一個支撐輪、第一導向輪、第二導向輪、第三導向輪和第四導向輪，一個驅動足粘結于圓弧形金屬彈性體內弧面的中間部位，第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體外圓弧面，這三部分組成的復合體內置于定子固定架內。預緊力調節螺釘與定子固定架螺紋連接，并與金屬彈性體中部正上方相接觸。圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和定子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的單驅動足相接觸；支撐輪位于定子驅動足的正下方。第一導向輪和第二導向輪相對放置于定子組件的右側，第三導向輪和第四導向輪相對放置于定子組件的左側，圓弧形滑帶置于第一導向輪和第二導向輪間，第三導向輪和第四導向輪間，并可左右滑動。

所述第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體的外圓弧面靠兩側處。

當第一弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，激發出金屬彈性體的相應的諧振模態和振型，位于圓弧形金屬彈性體內弧面的中間部位的驅動足端部產生橢圓運動。由摩擦力驅動夾持于驅動足和支撐輪間的圓弧形滑帶滑動，并沿由第一導向輪和第二導向輪，第三導向輪和第四導向輪確定的運動方向，向一個方向運動。當第二弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，驅動足端部產生相向的橢圓運動。由摩擦力驅動夾持于驅動足和支撐輪間的弧形滑帶滑動，并沿由第一導向輪和第二導向輪，第三導向輪和第四導向輪確定的運動方向另一個方向運動。調整預緊力調節螺桿從而調節圓弧形滑帶和驅動足之間的預壓力，使超聲電機工作在最佳狀態。

與現有技術相比，本發明通過控制圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵方式，在逆壓電效應下壓電陶瓷振動激發定子金屬彈性體的相應的固有振動，由單驅動足通過摩擦力驅動圓弧形動子滑帶，沿圓周往復曲線運動；該超聲電機可實現圓弧形動子帶的雙向曲線運動而無需機械轉向機構、結構簡單、輸出力大、速度較高、效率較高。適合于工作臺或其他機構直接作短距離雙向圓弧運動的場合。

附圖說明

圖1為本發明實施例結構示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。