一種夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，屬于精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲電機(jī)是利用壓電元件的逆壓電效應(yīng)激勵(lì)彈性體產(chǎn)生微幅超聲振動(dòng)，通過(guò)摩擦耦合實(shí)現(xiàn)機(jī)械能輸出的微特電機(jī)。與傳統(tǒng)電磁電機(jī)相比，因其具有結(jié)構(gòu)易于微型化、響應(yīng)速度快、無(wú)電磁干擾等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)彈性體(或稱為定子)的結(jié)構(gòu)形式與驅(qū)動(dòng)激勵(lì)模式的不同，超聲電機(jī)主要有梁結(jié)構(gòu)彈性體超聲電機(jī)和板結(jié)構(gòu)彈性體超聲電機(jī)等幾種類型。
[0003]中國(guó)專利《桿式行波型超聲電機(jī)》，授權(quán)公告號(hào)為CN 100525057 C，授權(quán)公告日為2009年8月5日，公開(kāi)的一種桿式行波型超聲電機(jī)，其定子組件由底座和上配重塊將壓電陶瓷片組和電極片組通過(guò)底座的螺桿旋緊連接，上配重塊呈圓盤狀，上端部有一尺寸相對(duì)較小的內(nèi)槽凸臺(tái)，底座外緣具有四個(gè)安裝用的螺紋孔，電機(jī)轉(zhuǎn)子組件由柔性轉(zhuǎn)子、銷、壓蓋、軸等構(gòu)成，電機(jī)定轉(zhuǎn)子之間的預(yù)壓力通過(guò)壓緊彈簧來(lái)獲得和調(diào)節(jié)，當(dāng)電機(jī)通入超聲頻域內(nèi)一定的交流電壓時(shí)，電子定子部分上配重塊與轉(zhuǎn)子接觸的表面的質(zhì)點(diǎn)做橢圓運(yùn)動(dòng)，由于定轉(zhuǎn)子之間存在預(yù)壓力，定轉(zhuǎn)子間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，這種摩擦力會(huì)推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；中國(guó)專利《彎振模態(tài)梁式直線超聲電機(jī)振子》，授權(quán)公告號(hào)為CN 101626203 B，授權(quán)公告日為2011年7月20日，公開(kāi)的一種彎振模態(tài)梁式直線超聲電機(jī)振子由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足、兩個(gè)端蓋、兩個(gè)絕緣套、兩對(duì)極化方向?yàn)楹穸确较虻膲弘娞沾善?、法蘭盤、兩個(gè)薄壁梁和安裝座組成，法蘭盤的端面上沿其軸線各伸出一根螺柱，每個(gè)螺柱上套有一對(duì)壓電陶瓷片，每個(gè)螺柱的懸伸端端部旋合有端蓋，每個(gè)端蓋的末端上都設(shè)置一個(gè)驅(qū)動(dòng)足，所述每片壓電陶瓷片由切分后組合的、對(duì)稱的兩個(gè)半片壓電陶瓷片組成，兩個(gè)半片壓電陶瓷片之間極化方向相反，法蘭兩側(cè)的兩對(duì)壓電陶瓷片的切分線相互垂直，每對(duì)壓電陶瓷片中的壓電陶瓷片的極化方向相反；中國(guó)專利《圓盤型非接觸超聲電機(jī)》，授權(quán)公告號(hào)為CN 100525056 C，授權(quán)公告日為2009年8月5日，公開(kāi)的一種圓盤型非接觸超聲電機(jī)，主要由定子組件、轉(zhuǎn)子組件和制作組件構(gòu)成，定子組件由圓盤形定子基體和壓電陶瓷粘貼構(gòu)成，電機(jī)的轉(zhuǎn)子組件由轉(zhuǎn)子基體、軸、彈簧、螺母等構(gòu)成，電機(jī)支座組件由底座、外殼、螺釘構(gòu)成，當(dāng)電機(jī)通入超聲頻率范圍內(nèi)一定的交變電壓時(shí)，電機(jī)定子產(chǎn)生超聲頻率的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)粘性力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力由軸輸出；中國(guó)專利《新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)》，申請(qǐng)公告號(hào)為CN 102437787 A，申請(qǐng)公告日為2012年5月2日，公開(kāi)的一種新型旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)，其主要部件有二個(gè)定子、轉(zhuǎn)子、底座、摩擦襯墊、擋圈以及軸承等，其中，兩個(gè)形狀相同的定子對(duì)稱布置并且壓緊轉(zhuǎn)子兩個(gè)端面，保證兩定子的工作面可靠實(shí)現(xiàn)與轉(zhuǎn)子表面平行接觸，使定轉(zhuǎn)子接觸面受力均勻，這樣可以克服目前基于單定子結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)定轉(zhuǎn)子存在徑向接觸不均勻、接觸范圍小、定轉(zhuǎn)子存在徑向滑移摩擦損耗等缺陷，有望提高旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩和效率，并且延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)型行波超聲電機(jī)的使用壽命。
[0004]由超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理可知，相同條件下電機(jī)定子的振動(dòng)幅值越大，定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積越大，越有利于電機(jī)整機(jī)性能的提高。而上述采用梁結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，雖然電機(jī)定子振動(dòng)幅值較大，但定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積較小，使得梁結(jié)構(gòu)超聲電機(jī)的機(jī)械輸出性能受限；對(duì)于采用板結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，與梁結(jié)構(gòu)超聲電機(jī)相比，雖然電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間有效接觸面積較大，但定子的振動(dòng)幅值一般較小，同樣表現(xiàn)為限制了超聲電機(jī)機(jī)械功率的強(qiáng)力輸出。由此可見(jiàn)，對(duì)于單獨(dú)采用梁結(jié)構(gòu)彈性體或板結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，由于定、轉(zhuǎn)子間有效接觸面積小或振動(dòng)幅值不大等技術(shù)問(wèn)題，導(dǎo)致超聲電機(jī)整體輸出性能不理想，限制了其在精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決對(duì)于單獨(dú)采用梁結(jié)構(gòu)彈性體或板結(jié)構(gòu)彈性體的超聲電機(jī)，由于定、轉(zhuǎn)子間有效接觸面積小或振動(dòng)幅值不大所導(dǎo)致超聲電機(jī)整體輸出性能不理想等技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)平臺(tái)。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:所述夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)包括固定底座、第一彈性體、第二彈性體、轉(zhuǎn)動(dòng)體、鍵、推力球軸承、蝶形彈簧、螺母和輸出軸組成。
[0007]所述固定底座為板結(jié)構(gòu)，所述固定底座一側(cè)端部表面沿圓周方向均勾設(shè)置有η個(gè)通孔結(jié)構(gòu)，其中η為大于等于I的整數(shù)；所述固定底座一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述固定底座另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有沉頭孔結(jié)構(gòu)，所述固定底座螺紋孔結(jié)構(gòu)與沉頭孔結(jié)構(gòu)中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)。所述第一彈性體由前匹配端、通電電極片、環(huán)形壓電陶瓷片、后匹配端和絕緣套筒組成，所述前匹配端為中空階梯軸結(jié)構(gòu)，所述前匹配端一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述前匹配端另一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述前匹配端階梯圓環(huán)面與另一側(cè)端部外螺紋結(jié)構(gòu)之間的外圓柱表面用于絕緣套筒的套接安裝，所述前匹配端兩側(cè)端部表面中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)；所述環(huán)形壓電陶瓷片為4i片毛激振模式與I激振模式的圓環(huán)形壓電陶瓷片，所述4i片環(huán)形壓電陶瓷片中一側(cè)布置的2i片環(huán)形壓電陶瓷片采用毛激振模式，所述4i片環(huán)形壓電陶瓷片中另一側(cè)布置的2i片環(huán)形壓電陶瓷片采用<5激振模式，所述通電電極片為設(shè)置有凸耳結(jié)構(gòu)的圓環(huán)形銅片，4i片環(huán)形壓電陶瓷片與4i+l片通電電極片通過(guò)絕緣套筒相互間隔套接于前匹配端階梯圓環(huán)面處的外圓周表面上，其中i為大于等于I的整數(shù)，所述絕緣套筒為薄壁圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)；所述后匹配端為中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，所述后匹配端一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述后匹配端另一側(cè)端部表面設(shè)置有螺紋孔結(jié)構(gòu)，所述后匹配端兩側(cè)端部表面中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)。所述第二彈性體為平面型第二彈性體或梳齒性第二彈性體。所述轉(zhuǎn)動(dòng)體為板結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有圓形凹槽結(jié)構(gòu)，與第二彈性體的圓形凹槽結(jié)構(gòu)相對(duì)布置；所述轉(zhuǎn)動(dòng)體另一側(cè)端部表面中心位置設(shè)有凸緣結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體凸緣結(jié)構(gòu)端部表面設(shè)置有階梯孔結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體端部表面中心位置設(shè)有通孔結(jié)構(gòu)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)體凸緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置有鍵槽結(jié)構(gòu)。所述輸出軸為階梯軸結(jié)構(gòu)，所述輸出軸一側(cè)端部設(shè)置有鍵槽結(jié)構(gòu)，所述輸出軸靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述輸出軸另一側(cè)端部設(shè)置有外螺紋結(jié)構(gòu)，所述輸出軸與推力球軸承配合連接的外圓周表面上靠近鍵槽結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置有鍵槽結(jié)構(gòu)。
[0008]所述布置于第一彈性體上的毛激振模式的環(huán)形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組A，所述布置于第一彈性體上的I激振模式的的矩形壓電陶瓷片構(gòu)成激振組B。
[0009]所述一種夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法具體為:所述激振組A通以某一超聲頻率(一般大于16 kHz)的交流激勵(lì)電信號(hào)，激發(fā)的縱向振動(dòng)激勵(lì)第二彈性體產(chǎn)生彎曲振動(dòng)模態(tài)；所述激振組B通以同一超聲頻率(一般大于16 kHz)的交流激勵(lì)電信號(hào)，激發(fā)其所在的第一彈性體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)；所述激振組A與激振組B通以交流激勵(lì)電信號(hào)的幅值相同、驅(qū)動(dòng)相位差為90度或270度；利用振動(dòng)模態(tài)的疊加耦合，在第二彈性體與轉(zhuǎn)動(dòng)體的接觸表面上產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)行波，形成驅(qū)動(dòng)摩擦力，通過(guò)調(diào)節(jié)激振組A與激振組B交流激勵(lì)電信號(hào)的相位差，可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型正反兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)輸出；所述交流激勵(lì)電信號(hào)可為正弦、方波或鋸齒波等周期電信號(hào)。
[0010]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型采用梁板復(fù)合方式的彈性體對(duì)超聲電機(jī)進(jìn)行激振，利用梁結(jié)構(gòu)彈性體與板結(jié)構(gòu)彈性體振動(dòng)模態(tài)的疊加耦合，在實(shí)現(xiàn)電機(jī)定子較大振動(dòng)幅值的同時(shí)，可獲得電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間較大的有效接觸面積，使得超聲電機(jī)的整機(jī)輸出性能獲得大幅度提升。本實(shí)用新型具有輸出功率大、電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、定位精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)以及應(yīng)用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在精密驅(qū)動(dòng)與微定位技術(shù)領(lǐng)域中具有較大的應(yīng)用與發(fā)展前景。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1所示為本實(shí)用新型提出的一種夾心式復(fù)合激振超聲電機(jī)的剖視圖；