本实用新型为一种基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机，属超声电机领域。
背景技术：
直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线(旋转)运动，直接推动负载，它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。目前国内超声电机的发展速度很快。在中国的专利网站上，有很多项关于直线超声电机的专利。
这其中，基于螺纹副驱动的超声电机作为目前诸多输出类型超声电机中的一种,其定子与输出轴间主要通过螺纹副进行运动传递。这种驱动方式一方面可以实现输出轴的旋转与直线两自由度运动输出,另一方面通过高精度传动螺纹可实现高定位精度与高输出力的目的。
美国的Henderson等利用自约束的中空方柱型金属定子空间上正交的一阶弯曲振动耦合研制出了两种不同尺寸的压电片贴片式螺纹幅驱动超声电机[]。由于螺纹副驱动的超声电机利用定子和动子的相对转动实现动子沿轴向的平动。定子和动子之间的螺纹存在，使得电机的自锁力充分大，保证了电机具有抗拒外部冲击并保持定子和动子沿轴向位置的能力。由于螺纹副驱动的超声电机结构简单、具有非常强的抗拒外部冲击的能力，在医疗、微机械、国防科技等方面有着广阔的应用前景。
清华大学的周铁英教授等人利用薄壁圆通的面内弯曲振动模态实现了一种多棱面螺纹副驱动型超声电机【CN200510114849.2】，并将其应用于光学调焦控制系统中。浙江大学鹿存跃发明的一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机【CN200810121130.5】用于手机镜头模组。尽管螺纹副驱动的超声电机具有结构简单、抗拒外部冲击能力强的优点，但是这种电机没有定子和动子之间的预压力调节装置，定子和动子之间的预压力会因为负载的变化而变化，从而使得电机的输出力发生变化，电机的输出性能难以控制。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于研制一种结构简单、能够方便调节预压力的基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机。
本实用新型提出的一种基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机，其特征在于：包括定子，动子，夹持座；所述定子为空心柱，外形是四棱柱，内形是圆柱，并开有内螺纹；定子外表面贴有压电陶瓷片；定子固定于夹持座上；所述动子由主轴和套筒组成；主轴有两个不同直径圆柱体构成，大直径圆柱体开有外螺纹，小直径圆柱体为光滑表面；套筒为空心圆柱，其长度小于小直径圆柱体，套筒的外径与大直径圆柱体的外径相等，套筒的内径与小直径圆柱体的外径相等；套筒套在主轴的小直径圆柱体上；套筒的表面开有螺纹，套筒与主轴构成一个开有螺纹的圆柱体；套筒和小直径圆柱体上开有暗销孔，小直径圆柱体上的暗销孔比套筒上的小；套筒和小直径圆柱体通过销钉定位；初始状态时套筒与大直径圆柱体具有预留间隙；所述小直径圆柱体套上套筒后，仍然有一部分呈现在套筒之外；这部分开上螺纹，依次套上预压力弹簧和预压力螺母。
本实用新型提出的基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机的工作方法，其特征在于：通过调节动子一端的预压力螺母来调节动子与定子之间的预压力；在压电陶瓷片接入激励信号，以驱动动子在定子内部正转或反转
所述基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机装配完成后，由于在套筒和主轴上指定位置都有指定大小的暗销孔，主轴上的暗销孔比套筒上的稍小，主轴套筒通过销钉连接固定。但是由于套筒销钉孔略大，套筒与大圆柱体之间有预留间隙，当销钉插入后，套筒仍有很小的活动距离。销钉的作用是限制套筒与主轴在轴向转动，但是允许套筒与主轴在轴向平动。所述主轴的小直径圆柱体部分由于其长度大于套筒，因此在主轴套上套筒后，圆柱体仍然有一部分呈现在套筒之外。套上弹簧，并使用预压力螺栓压缩弹簧。在弹簧的作用下使得套筒具有向圆柱移动的趋势。从而改变动子螺纹与定子螺纹孔之间轴向预压力。确定最佳预压力。从而提高螺纹副驱动超声电机的输出力与精确度。本实用新型提出螺纹副驱动的超声电机定子和动子之间的预压力加载方法，实现预压力的有效加载一方面能够提高电机输出力和运行速度的稳定性，增加抗拒外部干扰能力；另一方面能够提高电机的输出力和增加电机的速度。
本实用新型提出的基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机，其特征在于：所述套筒上的暗销孔为沿轴向的长条形，配合所述销钉限制套筒与主轴在轴向转动，但是允许套筒与主轴在轴向平动。所述套筒上的暗销孔比动子小直径圆柱体上的暗销孔要大，由于其长条形结构，在预压力部件施加预压力的时候，套筒仍能移动很小的距离，从而能够传递预压力，改变动定子螺纹副之间的预压力。
本实用新型提出的基于弯振模态的螺纹副驱动的超声电机，其特征在于：所述定子的中部固定于夹持座，夹持座使定子成为左右对称的两部分，即定子左端和定子右端；定子左端和定子右端的四个外表面均贴有压电陶瓷片，分别构成左振动体，和右振动体。所述定子中部固定于夹持座，夹持座使定子成为左右对称的两个振动体，相较于以往电机增加了定动子间一倍的驱动区域，从而改善了定动子间的接触状态和机械性能。
附图说明
图1是本实用新型所述的一种基于螺纹副驱动的直线超声电机系统结构示意图；
图2是图1中一种基于螺纹副驱动的直线超声电机定子结构示意图；
图3是图1中一种基于螺纹副驱动电机的动子结构示意图；
图4是图1中一种基于螺纹副驱动电机的动子主轴结构示意图；
图5是压电陶瓷片分布示意图；
附图中标号名称：1为定子、11为压电陶瓷片、111、112、113、114均为压电陶瓷片、12为圆弧形凹槽、13为中空四棱柱状金属弹性体、2为动子、21 为动子主轴、211为大直径的圆柱体、212为小直径圆柱体、22为套筒、23为暗销孔、3为夹持座、4为预压力加载装置、41为预压力螺栓、42为预压力弹簧。
具体实施方式
本实用新型公布了一种基于弯振模态的螺纹副驱动的直线超声电机。
下文将详细描述本实用新型的实施方式，文中参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
本实用新型公布的一种螺纹副驱动超声电机结构示意图如图1所示，包括定子1、动子2、底座3和预压力加载部件4其中动子包括：动子主轴21、套筒22。底座包括：端盖、底板。预压力加载装置包括：预压力螺栓41、预压力弹簧42。底座3装配于定子的正中间。动子2装配在定子内部。预压力装置4装配在动子直径较小的一端。
如图2所示定子1外形为四棱柱，横截面为正方形，棱柱四周做圆角处理，圆角与中间螺纹孔关系为同心。在定子中间部位有圆弧型槽与夹持座3上的圆弧形凸起相匹配。定子由中间部位与夹持座3固定，由于圆弧型槽的链接方式，所以仍可绕夹持孔上圆心转动。定子1左端和定子1右端共八个面上分别贴有压电陶瓷片。
如图3所示动子由主轴21和套筒22组成。主轴有两个不同直径圆柱体构成，直径大的圆柱体211，开有外螺纹，直径小的圆柱体212为光滑表面。套筒为空心圆柱，其长度小于圆柱体212，它的外径与圆柱体211的外径相等，内径与圆柱体212的外径相等，套筒22的表面开有螺纹。将套筒22套在主轴21上构成一个开有螺纹的圆柱体。在套筒和主轴上指定位置都有指定大小的暗销孔，主轴上的暗销孔比套筒上的稍小，主轴套筒通过销钉连接固定位置但是由于套筒销钉孔略大，当销钉插入后，套筒与动子主轴粗的一端圆柱体仍有一定缝隙，故仍有很小的活动距离。销钉的作用是限制套筒与主轴在轴向转动，但是允许套筒与主轴在轴向平动。所述主轴的圆柱体212部分由于其长度大于套筒22，因此在主轴21套上套筒后，圆柱体212仍然有一部分呈现在套筒之外。在这部分开上螺纹，套上弹簧，并使用预压力螺栓压缩弹簧。在弹簧的作用下使得套筒具有向圆柱212移动的趋势。本电机结构简单，所有部件均可在合格正规的厂家定制。
如图2所示所述预压力加载部件包括弹簧42和预压力螺栓41，用于在定子与动子之间施加预压力。为驱动如图1所示超声电机，其定子结构如图2所示，由于定子为对称结构，以定子一端为例，压电陶瓷片分布如图5所示，压电陶瓷片11(111、112、113、114)分别黏在中空四棱柱状金属弹性体上构成振动体，当定子套在动子外面通过螺纹啮合连接时，在111、113接入及112、114 接入激励信号，使111、112正向极化113、114反向极化，从而驱动动子在定子内部转动。类似，在111、113接入及112、114接入激励信号同样可驱动动子在定子内部反向转动。
当如图1所示安装完成后，通过合理调节动子一端的预压力螺栓41来调节动子2与定子1之间的预压力，可通过扭矩测试仪或者用游标卡尺测出弹簧的压缩程度来寻找最佳预压力。
本实用新型提出的螺纹副驱动的超声电机定子和动子之间的预压力加载方法，实现了预压力的有效加载，一方面能够提高电机输出力和运行速度的稳定性，增加抗拒外部干扰能力；另一方面能够提高电机的输出力和增加电机的速度。