隔套接于前匹配端(2-1)阶梯圆环面与外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)上，其中i为大于等于1的整数，所述绝缘套筒(2-5)为薄壁圆环状结构；所述后匹配端(2-4)为中空圆柱体结构，所述后匹配端(2-4)一侧端部设置有外螺纹(2-4-1)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-4-2)结构，所述后匹配端(2-4)两侧端部表面中心位置设有通孔(2-4-3)结构；所述第二弹性体(3)为平面型第二弹性体，所述平面型第二弹性体(3) —侧端部表面沿圆周方向均匀设置有P片矩形压电陶瓷片(3-5)，其中p为大于等于1的整数，所述布置于平面型第二弹性体(3) —侧端部表面上的矩形压电陶瓷片(3-5)采用名激振模式，且均沿厚度方向极化，所述平面型第二弹性体(3)布置矩形压电陶瓷片(3-5)—侧端部表面中心位置设有螺纹孔(3-1)结构，所述平面型第二弹性体(3)另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽(3-3)结构，所述平面型第二弹性体(3)圆形凹槽(3-3)结构一侧端部表面设置有摩擦材料(3-4)，所述平面型第二弹性体(3)圆形凹槽(3-3)结构与螺纹孔(3-1)结构中心位置设有通孔(3-2)结构；所述转动体(4)为板结构，所述转动体(4) 一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽(4-1)结构，其与第二弹性体(3)的圆形凹槽(3-3)结构相对布置，所述转动体(4)另一侧端部表面中心位置设有凸缘(4-2)结构，所述转动体(4)凸缘(4-2)结构端部表面设置有阶梯孔(4-3)结构，所述转动体(4)端部表面中心位置设有通孔(4-4)结构，所述转动体(4)凸缘(4-2)结构内部设置有键槽(4-5)结构；所述输出轴(9)为阶梯轴结构，所述输出轴(9) 一侧端部设置有键槽(9-1)结构，所述输出轴(9)靠近键槽(9-1)结构一侧设置有外螺纹(9-2)结构，所述输出轴(9)另一侧端部设置有外螺纹(9-6)结构，所述输出轴(9)靠近两侧外螺纹(9-2)与(9-6)结构的外圆周表面(9-3)与(9-5)结构与推力球轴承(6)配合连接，所述输出轴(9)与推力球轴承(6)配合连接的外圆周表面(9-3)与(9-5)结构之间靠近键槽(9-1)结构一侧设置有键槽(9-4)结构；所述布置于第一弹性体(2)上的环形压电陶瓷片(2-3 )构成激振组A，所述布置于第二弹性体(3 )上的矩形压电陶瓷片(3-5 )构成激振组B。2.一种根据权利要求1所述的扭振夹心式梁板复合激振驱动平台，其特征在于:为一种使用扭振夹心式梁板复合激振超声电机的驱动平台，所述一种使用扭振夹心式梁板复合激振超声电机的驱动平台由固定外架(1)、第一弹性体(2)、第二弹性体(3)、转动平台(4)、滚动体(5)、推力球轴承(6)、蝶形弹簧(7)、紧固连接件(8)和内六角螺栓(9)组成；所述固定外架(1)为一侧端部设置有法兰的薄壁圆环体结构，所述固定外架(1)法兰四周沿圆周方向均匀设置有q个通孔(1-1)结构，其中q为大于等于1的整数，所述固定外架(1)薄壁圆环体靠近法兰部分设置有通孔(1-2)结构，所述固定外架(1)薄壁圆环体靠近悬臂端部内侧设置有圆弧状滑道(1-3)结构，所述固定外架(1)法兰一侧端部表面中心位置设有阶梯孔(1-4)结构，所述所述固定外架(1)法兰另一侧端部表面中心位置设有阶梯孔(1-6)结构，所述固定外架(1)法兰端部表面阶梯孔(1-4)结构中心位置设有通孔(1-5)结构；所述第一弹性体(2)由前匹配端(2-1)、通电电极片(2-2)、环形压电陶瓷片(2-3)、后匹配端(2-4)和绝缘套筒(2-5)组成，所述前匹配端(2-1)为阶梯轴结构，所述前匹配端(2-1) —侧端部设置有螺纹孔(2-1-1)结构，所述前匹配端(2-1)另一侧端部设置有外螺纹(2-1-3)结构，所述前匹配端(2-1)阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)套接安装绝缘套筒(2-5);所述环形压电陶瓷片(2-3)采用1激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片(2-2)为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片(2-3)与4i+l片通电电极片(2-2)通过绝缘套筒(2-5)相互间隔套接于前匹配端(2-1)阶梯圆环面与外螺纹(2-1-3)结构之间的外圆柱表面(2-1-2)上，其中i为大于等于1的整数；所述绝缘套筒(2-5)为薄壁圆环状结构；所述后匹配端(2-4)为圆柱体结构，所述后匹配端(2-4) —侧端部设置有外螺纹(2-4-1)结构，所述后匹配端(2-4)另一侧端部表面设置有螺纹孔(2-4-2 )结构，所述后匹配端(2-4 )另一侧端部位置设有螺纹孔(2-4-3 )结构；所述转动平台(4)为板结构，所述转动平台(4) 一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽(4-1)结构，所述转动平台(4)另一侧端部表面中心位置设有沉头孔(4-2)结构，所述转动平台(4)圆形凹槽(4-1)结构与沉头孔(4-2)结构之间设置有通孔(4-3)结构，所述转动平台(4)外圆周表面设置有圆弧形滑道(4-5)结构，所述转动平台(4)另一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有r个螺纹孔(4-4)结构，其中r为大于等于1的整数；所述紧固连接件(8)为一侧端部设有内六角孔的圆柱体结构，所述紧固连接件(8)另一侧端部设置有外螺纹(8-1)结构，所述紧固连接件(8)内六角孔与外螺纹(8-1)结构之间的外圆柱表面(8-2)与推力球轴承(6)紧密配合连接；所述布置于第一弹性体(2)上的环形压电陶瓷片(2-3)构成激振组A，所述布置于第二弹性体(3)上的矩形压电陶瓷片(3-5)构成激振组B。3.一种如权利要求1或2所述的扭振夹心式梁板复合激振超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法，其特征在于:所述扭振夹心式梁板复合激振超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法具体为激振组A通以某一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组B通以同一超声频率(大于16 kHz)的交流激励电信号，激振组A与激振组B通以交流激励电信号的幅值相同、驱动相位差为90度或270度，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。4.一种根据权利要求1或2所述的扭振夹心式梁板复合激振超声电机及使用该电机的驱动平台的第二弹性体(3)，其特征在于:为一种梳齿型第二弹性体，所述梳齿性型二弹性体(3)—侧端部表面沿圆周方向均匀设置有p片矩形压电陶瓷片(3-5)，所述布置于梳齿型第二弹性体(3)—侧端部表面上的矩形压电陶瓷片(3-5)采用4激振模式，且均沿厚度方向极化，所述梳齿型第二弹性体(3)布置矩形压电陶瓷片(3-5) —侧端部表面中心位置设有螺纹孔(3-1)结构，所述梳齿型第二弹性体(3)另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽(3-3)结构，所述梳齿型第二弹性体(3)圆形凹槽(3-3)结构一侧端部表面设置有梳齿(3-6 )结构，所述梳齿型第二弹性体(3 )梳齿(3-6 )结构表面设置有摩擦材料(3-4 )，所述梳齿型第二弹性体(3)圆形凹槽(3-3)结构与螺纹孔(3-1)结构中心位置设有通孔(3-2)结构。
【专利摘要】本发明公开了一种扭振夹心式梁板复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法，以解决对于单独采用梁结构或盘结构弹性体超声电机整体输出性能不理想等技术问题。本发明包括固定底座、第一弹性体、第二弹性体、转动体、键、推力球轴承、蝶形弹簧、螺母和输出轴，第一弹性体为梁结构，第二弹性体为板结构，环形压电陶瓷片采用<i>d</i>15激振模式。施加超声频段内激励电信号于压电陶瓷片，激发第一弹性体和第二弹性体分别产生扭转和弯曲振动模态，利用振动模态的叠加耦合，产生驱动行波形成驱动摩擦力，实现本发明正反两个方向的运动输出。本发明具有输出功率大、电机运行平稳以及应用范围广等技术优势，在精密驱动与微定位技术领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】H02N2/12, H02N2/10
【公开号】CN105262366
【申请号】CN201510002568
【发明人】程廷海, 王英廷, 赵宏伟, 张邦成, 王占礼, 林洁琼, 柳虹亮
【申请人】长春工业大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年1月6日