一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，属于精密驱动与传动的技术领域。
【背景技术】
[0002]超声电机是一种利用压电元件的逆压电效应激发定子弹性体产生微幅高频的超声振动，通过定子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微特电机。根据动子的输出形式不同，超声电机可分为直线、旋转与多自由度等几种输出类型。螺纹超声电机作为目前诸多输出类型超声电机中的一种，其定子与动子间主要采用螺纹副进行传动，通过螺纹传动副实现旋转直线两自由度运动的输出。与其它类超声电机相比，螺纹副超声电机具有结构简单、定位精度高等优势，可广泛应用于精密驱动与传动的技术领域。
[0003]中国发明专利《超声导螺杆电动机》，授权公告号为CN1879232B，授权公告日为2010年04月07日，公开了一种用于驱动包含具有旋转轴的螺纹轴和与其配合的螺纹螺母的螺纹轴组件的装置，将螺纹螺母进行超声振动导致螺纹轴沿着轴向方向同时旋转并移动，螺纹轴连接到将轴向力施加到螺纹轴的载荷；中国发明专利《螺纹式直线超声电机》，申请公布号为CN 103036472A，申请公布日为2013年04月10日，公开的一种螺纹式直线超声电机包括定子和转子，定子包括定子基体和粘贴在其上的纵振压电片和扭振压电片，定子基体为，在中空圆柱体上切出均布的四个平面，用于粘贴纵振压电片和扭振压电片，纵振压电片和扭振压电片均对称安装，成对使用，转子贯穿于定子，并通过转子的外螺纹与定子上的两个螺纹驱动端的内螺纹相配合，纵振压电片和扭振压电片在定子上激励出纵振和扭振的复合振动，使得定子螺纹驱动端上的质点运动轨迹为椭圆，定子通过摩擦驱动转子旋转，并将旋转运动转化为直线运动。
[0004]上述几种实现方式的螺纹副驱动型超声电机，其虽能在压电元件超声振动激励下实现旋转直线运动输出，但由于其定子与动子间普遍采用单点接触驱动方式，导致其存在运动稳定性差、输出力较小等技术问题，严重制约了螺纹副驱动型超声电机的进一步应用与发展。
【发明内容】
[0005]为解决当前螺纹副超声电机的定子与动子间普遍采用单点接触驱动方式，导致其存在运动稳定性差、输出力较小等技术问题，本实用新型公开了一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，由固定外架、紧固螺钉、压电陶瓷元件、螺纹轴、变幅杆振子和盘结构弹性体组成;所述固定外架设置有连接孔和固定安装孔，固定外架的连接孔通过紧固螺钉与变幅杆振子紧固连接，固定外架通过固定安装孔实现电机的固定安装;所述压电陶瓷元件为d31激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化;所述螺纹轴设置有连接外螺纹;所述变幅杆振子设置有扁平连接端、内螺纹孔和外平面，其中变幅杆振子的内螺纹孔与紧固螺钉连接实现变幅杆振子与固定外架的紧固连接，变幅杆振子的外平面与压电陶瓷元件固定连接;所述盘结构弹性体为空心圆柱状盘结构，其设置有连接凹槽和连接内螺纹，其中盘结构弹性体中相互间隔布置的连接凹槽成120度夹角，且盘结构弹性体中相邻布置的连接凹槽成90度或30度夹角，盘结构弹性体的连接凹槽与变幅杆振子的扁平连接端固定连接，盘结构弹性体的连接内螺纹与螺纹轴的连接外螺纹旋合连接;所述相互间隔布置于变幅杆振子中外平面上的压电陶瓷元件构成激振组A，其余相互间隔布置于变幅杆振子中外平面上的压电陶瓷元件3构成激振组B ；所述螺纹轴的连接外螺纹和盘结构弹性体的连接内螺纹可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
[0007]本实用新型的有益效果:本实用新型一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，通过施加超声频段内的交流激励电信号于压电陶瓷元件，激发盘结构弹性体产生两列多波长驻波振动模态，利用振动模态的叠加耦合，在盘结构弹性体与螺纹轴之间产生包含多个波峰和波谷的驱动行波，驱动螺纹轴实现运动输出。本实用新型具有运动平稳性好、输出力大等技术优势，在精密驱动与传动技术领域具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0008]图1所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的俯视图；
[0009]图2所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的正视图；
[0010]图3所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的固定外架的剖视图；
[0011]图4所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的固定外架的俯视图；
[0012]图5所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的螺纹轴的结构示意图；
[0013]图6所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的变幅杆振子的局部剖视图；
[0014]图7所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的变幅杆振子的侧视图；
[0015]图8所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的盘结构弹性体的剖视图；
[0016]图9所示为本实用新型提出的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的盘结构弹性体的俯视图。
【具体实施方式】
[0017]【具体实施方式】一:结合图1?图9说明本实施方式。本实施方式提供一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的具体实施方案。所述一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机由固定外架1、紧固螺钉2、压电陶瓷元件3、螺纹轴4、变幅杆振子5和盘结构弹性体6组成。
[0018]所述固定外架I设置有连接孔1-1和固定安装孔1-2，固定外架I的连接孔1-1通过紧固螺钉2与变幅杆振子5紧固连接，固定外架I通过固定安装孔1-2实现电机的固定安装；所述压电陶瓷元件3为d31激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化;所述螺纹轴4设置有连接外螺纹4-1，螺纹轴4的采用选用不锈钢材料，螺纹轴4的连接外螺纹4-1表面需研磨处理;所述变幅杆振子5设置有扁平连接端5-1、内螺纹孔5-2和外平面5-3，其中变幅杆振子5的内螺纹孔5-2与紧固螺钉2连接实现变幅杆振子5与固定外架I的紧固连接，变幅杆振子5的外平面5-3与压电陶瓷元件3通过环氧树脂胶实现固定连接;所述盘结构弹性体6为空心圆柱状盘结构，其材料选用黄铜材料，盘结构弹性体6设置有连接凹槽6-1和连接内螺纹6-2，其中盘结构弹性体6中相互间隔布置的连接凹槽6-1成120度夹角，且盘结构弹性体6中相邻布置的连接凹槽6-1成90度或30度夹角，盘结构弹性体6的连接凹槽6-1与变幅杆振子5的扁平连接端5-1通过环氧树脂胶实现固定连接，盘结构弹性体6的连接内螺纹6-2表面需研磨处理，盘结构弹性体6的连接内螺纹6-2与螺纹轴4的连接外螺纹4-1旋合连接。所述相互间隔布置于变幅杆振子5中外平面5-3上的压电陶瓷元件3构成激振组A，其余相互间隔布置于变幅杆振子5中外平面5-3上的压电陶瓷元件3构成激振组B。所述螺纹轴4的连接外螺纹4-1和盘结构弹性体6的连接内螺纹6-2可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
[0019]【具体实施方式】二:本实施方式提供了一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的激励方法具体实施方案。所述一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机的激励方法具体如下所示。
[0020]所述激振组A通以某一超声频段内(一般大于16kHz)的正弦波激励信号，激发盘结构弹性体6产生某一含有多个波峰和波谷的驻波振动模态;激振组B通以某一超声频段内(一般大于16kHz)的余弦波激励信号，激发盘结构弹性体6产生另一含有多个波峰和波谷的驻波振动模态；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为90度时，两列驻波振动模态通过叠加耦合，在盘结构弹性体6和螺纹轴4之间形成含有多个波峰和波谷的正向运动行波，驱动螺纹轴4实现正向运动输出；当激振组A与激振组B所施加激励电信号的相位差为270度时，两列驻波振动模态通过叠加耦合，在盘结构弹性体6和螺纹轴4之间形成含有多个波峰和波谷的反向运动行波，驱动螺纹轴4实现反向运动输出。
【主权项】
1.一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，由固定外架(I)、紧固螺钉(2)、压电陶瓷元件(3)、螺纹轴(4)、变幅杆振子(5)和盘结构弹性体(6)组成;其特征在于:所述固定外架(I)设置有连接孔(1-1)和固定安装孔(1-2)，固定外架(I)的连接孔(1-1)通过紧固螺钉(2)与变幅杆振子(5)紧固连接，固定外架(I)通过固定安装孔(1-2)实现电机的固定安装;所述压电陶瓷元件(3)为d31激振模式的矩形压电陶瓷片，且均沿厚度方向极化;所述螺纹轴(4)设置有连接外螺纹(4-1);所述变幅杆振子(5)设置有扁平连接端(5-1)、内螺纹孔(5-2)和外平面(5-3)，其中变幅杆振子(5)的内螺纹孔(5-2)与紧固螺钉(2)连接实现变幅杆振子(5)与固定外架(I)的紧固连接，变幅杆振子(5)的外平面(5-3)与压电陶瓷元件(3)固定连接;所述盘结构弹性体(6)为空心圆柱状盘结构，其设置有连接凹槽(6-1)和连接内螺纹(6-2)，其中盘结构弹性体(6)中相互间隔布置的连接凹槽(6-1)成120度夹角，且盘结构弹性体(6)中相邻布置的连接凹槽(6-1)成90度或30度夹角，盘结构弹性体(6)的连接凹槽(6-1)与变幅杆振子(5)的扁平连接端(5-1)固定连接，盘结构弹性体(6 )的连接内螺纹(6-2 )与螺纹轴(4 )的连接外螺纹(4-1)旋合连接。2.根据权利要求1所述的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，其特征在于:所述相互间隔布置于变幅杆振子(5)中外平面(5-3)上的压电陶瓷元件(3)构成激振组A，其余相互间隔布置于变幅杆振子(5)中外平面(5-3)上的压电陶瓷元件3构成激振组B。3.根据权利要求1所述的一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，其特征在于:所述螺纹轴(4)的连接外螺纹(4-1)和盘结构弹性体(6)的连接内螺纹(6-2)可为梯形螺纹、三角形螺纹、矩形螺纹、锯齿形螺纹、管螺纹或非标螺纹。
【专利摘要】本实用新型公开了一种多振子组合径向激励盘结构螺纹超声电机，以解决当前螺纹副超声电机由于普遍采用单点接触驱动方式，导致运动稳定性差、输出力较小等问题。本实用新型包括固定外架、紧固螺钉、压电陶瓷元件、螺纹轴、变幅杆振子和盘结构弹性体，固定外架设有连接孔和固定安装孔，压电陶瓷元件采用<i>d</i>31激振模式，螺纹轴设有连接外螺纹，变幅杆振子设有扁平连接端、内螺纹孔和外平面，盘结构弹性体设有连接凹槽和连接内螺纹。施加超声频段激励信号于压电陶瓷元件，激发盘结构弹性体产生两列驻波振动模态，耦合产生含有多个波峰和波谷的行波驱动螺纹轴。本实用新型具有运动平稳性好、输出力大等优势，在精密驱动与传动领域具有广泛的应用前景。
【IPC分类】H02N2/08, H02N2/04
【公开号】CN205377707
【申请号】CN201620030700
【发明人】程廷海, 何猛, 王拓, 何璞, 张邦成, 柳虹亮
【申请人】长春工业大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月14日