[發(fā)明專利]基于矩形板彎振驅(qū)動的兩直線自由度超聲電機

無效

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• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN101582653A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 賀紅林;龍玉繁;周翔
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所
• 代理人: 劉凌峰

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種利用矩形板多個彎曲振動模態(tài)驅(qū)動的兩直線自由度超聲 電機，尤其涉及一種基于矩形板彎振驅(qū)動的兩直線自由度超聲電機。

背景技術(shù)

超聲電機分為單自由度式和多(含兩)自由度式兩大類。迄今，單自由度 超聲電機技術(shù)已取得了長足進步，其中有些已進行批量生產(chǎn)并得到成功的應 用。但在某些場合，如精密XY工作臺驅(qū)動、全方位仿生機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動等應 用場合，人們需要提供兩個和兩個以上自由度運動和動力，此時，單自由度電 機就顯得無能為力。在這種背景下，上世紀90年代未，多自由度超聲電機應運 而生并逐漸進入超聲研究者的視線。在2007年，國內(nèi)超聲電機技術(shù)首席科學家 趙淳生院士在其經(jīng)典的《超聲電機技術(shù)及應用》中對多自由度超聲電機的技術(shù) 現(xiàn)狀與發(fā)展進行了系統(tǒng)分析和總結(jié)。從該作可以看出，國內(nèi)外已推出的為數(shù)不 多的多自由度超聲電機幾乎都屬多旋轉(zhuǎn)自由度式，多直線自由度超聲電機研究 成果幾近空白。只是進入2008年之后，蘇州職業(yè)大學的李志榮教授推出過一種 利用桿式定子驅(qū)動的兩直線自由度超聲電機。從李教授的論文中不難看出，目 前該電機的性能尚不理想。盡管目前兩直線自由度超聲電機研究進展緩慢，但 是這類電機因能作平面運動、響應快、精密定位，而在集成半導體制造、精密 加工等技術(shù)領域內(nèi)有著特殊重要的應用前景，在精密驅(qū)動、機器人等高新技術(shù) 領域中可發(fā)揮出其他電機難以替代重要的作用。正因如此，本發(fā)明提出了一種 用彈性矩形薄板的多個彎振模態(tài)推動電機動子做平面運動的兩直線自由度超 聲電機。迄今，在國內(nèi)外還未見與本發(fā)明具有類似原理和結(jié)構(gòu)的其他超聲電機。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于矩形板彎曲振動模態(tài)驅(qū)動的兩直 線自由度超聲電機。該電機具有運動靈活、運動精度高、響應快和動力密 度大等優(yōu)點，在精密定位、伺服控制等應用中存在的明顯優(yōu)勢，該電機具有亞 微米級(甚至更高)位置分辨率、毫秒級響應速度、有較大速度并能產(chǎn)生較 大推力，應用范圍廣。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，它包括定子組件、動子組件、支座組件和預緊加壓 組件，其特征是預緊加壓組件連接支座組件，支座組件上連接定子組件，定子組 件與動子組件配合連接。定子組件通過柔性鉸支座固定在支座組件上，動子組 件通過滾珠與支座組件構(gòu)成高副連接，預緊加壓組件壓緊在定子組件上。

所述定子組件由矩形板、壓電陶瓷、X向驅(qū)動齒、Y向驅(qū)動齒組成，其特 征是矩形板的正、反兩面分別連有兩層壓電陶瓷，壓電陶瓷上分別對稱連有四 個X向驅(qū)動齒和四個Y向驅(qū)動齒，X向驅(qū)動齒和四個Y向驅(qū)動齒的頂面分別 涂敷增摩減磨材料。

所述的動子組件由滑板、滾動體、蓋板組成，其特征是蓋板固定連接滑板， 滑板上開有若干個階梯孔，階梯孔內(nèi)有滾動體。

所述的支座組件由上安裝蓋、下安裝座、柔性支座組成，其特征是上安裝 蓋連接下安裝座，下安裝座連有若干個柔性支座，下安裝座上鉆有若干個安裝 孔。

所述的預緊加壓組件由碟形彈簧和加壓調(diào)整螺釘組成，其特征是調(diào)整螺釘 連接調(diào)節(jié)碟形彈簧。

所述的壓電陶瓷，其特征是壓電陶瓷由多個壓電晶片組成，各壓電晶片之 間在矩形板的X向和Y向均留有間隙，矩形板正面和背面上的兩層壓電陶瓷 中的各壓電晶片的極化方向相同。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：1、采用單個平板定子同時實現(xiàn)兩個方向直線自由 度運動直接驅(qū)動，避免了傳統(tǒng)XY移動裝置中的變換運動機構(gòu)所帶來的傳遞誤 差，使電機具有快速精密(亞微米級甚至更高精度)定位性，同時也簡化了電 機結(jié)構(gòu)、減小了電機尺寸；2、運動靈活、雙功能，能產(chǎn)生較大推力，工作性 能更趨穩(wěn)定，運動阻力小。3、采用平面薄板式定子結(jié)構(gòu)，有利于平面運動電 機薄型化和輕量化；

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為為本發(fā)明定子組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明動子組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明支座組件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明驅(qū)動的的配置示意圖。

圖6為本發(fā)明動子組件驅(qū)動原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，它包括定子組件1、動子組件2、 支座組件3和預緊加壓組件4，其特征是預緊加壓組件4連接支座組件3，支座 組件3上連接定子組件1，定子組件1與動子組件2配合連接；