本發明專利技術涉及一種機械電子技術領域的單驅動足圓弧型曲線超聲電機，由定子組件和動子組件構成，定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、弧形壓電陶瓷片、一個驅動足和預緊力調節螺釘，弧形壓電陶瓷片上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；動子組件包括圓弧形滑帶、支撐輪、導向輪。圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和驅動足中間。調整預緊力調節螺桿從而調節圓弧形滑帶和單驅動足之間所需要的預壓力。通過控制單驅動足圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵方式。本發明專利技術可實現圓弧形動子滑帶的雙向曲線運動而無需機械轉向機構、結構簡單、輸出力大、速度較高、效率較高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是一種電機
的超聲電機，具體涉及一種單驅動足圓 弧形曲線超聲電機。技術背景超聲波電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動，將材料的微觀 變形轉換為轉子(動子)宏觀運動的新型驅動器，它的基本工作原理是利用壓電 陶瓷的逆壓電效應激發彈性體產生超聲振動來實現電能向機械能的轉換，并通 過定、轉子(動子)之間的摩擦作用將振動轉換成轉子(動子)的旋轉(直線) 運動，從而驅動負載。與傳統電磁式電機相比，超聲電機能直接輸出低轉速大 力矩，且瞬態響應快、定位精度高，功率密度大，控制特性好，不受磁場影 響，運動準確等優點，在航空航天，機器人，醫療器械，精密儀器，汽車工業 等領域有著廣泛的應用前景。經對現有技術的文獻檢索發現，劉劍等在《聲學學報》(2003年28巻第1 期第86-90頁)發表的《基于矩形薄板面內振動的直線型超聲電機的研究》，該 文中提出了 一種基于矩形薄板面內振動的單驅動足直線型超聲電機，通過利用 矩形壓電陶瓷板的一階縱向和二階彎曲振動模態，實現直線運動。其不足在于 它只能驅動動子作直線運動，不能做圓弧曲線運動。純壓電陶瓷結構常常需要表 面分區激勵，而且材質較脆，在變形較大場合不便應用，其輸出力矩受到了制 約。同時，也不易制作成形狀復雜的結構。檢索中還發現，莫岳平等在《中國電 機工程學報》(2002年22巻第11期第92-96頁)發表的《超聲波電機振動模態 有限元分析》，該文中提出了一種直徑為100mm的環形行波型圓形超聲電機。通 過電機振動模態的有限元分析，確定了電機結構尺寸，并通過了實驗驗證。其不 足在于這種電機圓盤式結構只能做整圈的圓周曲線運動，無法驅動動子滑帶作 短距離往復的圓弧曲線運動。
技術實現思路
本專利技術針對現有技術的不足以及圓弧形動作器件的需要，提出一種單驅動足 圓弧形曲線超聲電機。本專利技術通過對圓弧形定子的結構設計，使其滿足超聲電機 工作要求，在激勵頻率驅動下由定子驅動動子滑帶作圓弧曲線運動。滿足適合于 工作臺或其他機構直接作短距離雙向圓弧運動的環境。本專利技術是通過以下技術方案來實現的。本專利技術由定子組件和動子組件構成。定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、第一弧形壓電陶瓷片、第二 弧形壓電陶瓷片、一個驅動足和預緊力調節螺釘組成，其中兩個壓電陶瓷片上下 表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；動子組件包括圓弧形滑帶、 一個支撐輪、第一導向輪、第二導向輪、第三導 向輪和第四導向輪， 一個驅動足粘結于圓弧形金屬彈性體內弧面的中間部位，第 一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體外圓弧 面，這三部分組成的復合體內置于定子固定架內。預緊力調節螺釘與定子固定架 螺紋連接，并與金屬彈性體中部正上方相接觸。圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和定 子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的單驅動足相接觸；支撐輪位于定子驅動足的 正下方。第一導向輪和第二導向輪相對放置于定子組件的右側，第三導向輪和第 四導向輪相對放置于定子組件的左側，圓弧形滑帶置于第一導向輪和第二導向輪 間，第三導向輪和第四導向輪間，并可左右滑動。所述第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈 性體的外圓弧面靠兩側處。當第一弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，激發出金屬彈性體的相應的諧振 模態和振型，位于圓弧形金屬彈性體內弧面的中間部位的驅動足端部產生橢圓運 動。由摩擦力驅動夾持于驅動足和支撐輪間的圓弧形滑帶滑動，并沿由第一導向 輪和第二導向輪，第三導向輪和第四導向輪確定的運動方向，向一個方向運動。 當第二弧形壓電陶瓷片被施加激勵頻率時，驅動足端部產生相向的橢圓運動。由 摩擦力驅動夾持于驅動足和支撐輪間的弧形滑帶滑動，并沿由第一導向輪和第二 導向輪，第三導向輪和第四導向輪確定的運動方向另一個方向運動。調整預緊力 調節螺桿從而調節圓弧形滑帶和驅動足之間的預壓力，使超聲電機工作在最佳狀 態。與現有技術相比，本專利技術通過控制圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵方式，在逆壓電效應下壓電陶瓷振動激發定子金屬彈性體的相應的固有振動， 由單驅動足通過摩擦力驅動圓弧形動子滑帶，沿圓周往復曲線運動；該超聲電機 可實現圓弧形動子帶的雙向曲線運動而無需機械轉向機構、結構簡單、輸出力 大、速度較高、效率較高。適合于工作臺或其他機構直接作短距離雙向圓弧運 動的場合。 附圖說明圖1為本專利技術實施例結構示意圖具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的實施例作詳細說明本實施例在以本專利技術技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本專利技術的保 護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例包括l定子固定架、2第一弧形壓電陶瓷片、3預緊 力調節螺釘、4第二弧形壓電陶瓷片、5第一導向輪、6第二導向輪、7圓弧形滑 帶、8支撐輪、9驅動足、IO金屬彈性體、ll第三導向輪、12第四導向輪。其中所述定子固定架1、圓弧形金屬彈性體10、第一弧形壓電陶瓷片2、第 二弧形壓電陶瓷片4、驅動足9和預緊力調節螺釘3組成定子組件，其中第一弧 形壓電陶瓷片2、第二弧形壓電陶瓷片4的上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的 電極；所述圓弧形滑帶7、支撐輪8、第一導向輪5、第二導向輪6、第三導向輪ll 和第四導向輪12構成動子組件。上述組成部件的連接關系為驅動足9粘結于金屬彈性體10內弧面的中間部 位，第一弧形壓電陶瓷片2和第二弧形壓電陶瓷片4分別粘貼在圓弧形金屬彈性 體10的外圓弧面靠兩側處，三部分組成的復合體內置于定子固定架l內。預緊 力調節螺釘3與定子固定架1螺紋連接，并與金屬彈性體10中部正上方相接觸。 圓弧形滑帶7被夾持在支撐輪8和驅動足9中間，且圓弧形滑帶7和定子的驅動 足9相接觸；支撐輪8位于定子驅動足9的正下方。第一導向輪5和第二導向輪 6相對放置于定子固定架1的右側，第三導向輪11和第四導向輪12相對放置于 定子固定架l的左側，圓弧形滑帶7置于第一導向輪5和第二導向輪6間，第三 導向輪11和第四導向輪12間，并可左右滑動。所述圓弧形滑帶7，是圓弧形的金屬帶或其它類似非金屬材料制成的弧形帶。本實施例具體工作的實現包括以下過程當第一弧形壓電陶瓷片2被施加激勵頻率時，激發出金屬彈性體10的相應的 諧振模態和振型，位于金屬彈性體10內弧面的中間部位的驅動足9端部產生橢圓運動。由摩擦力驅動夾持于驅動足9和支撐輪8間的圓弧形滑帶7滑動，并沿 由第一導向輪5和第二導向輪6，第三導向輪11和第四導向輪12確定的運動方 向向一個方向運動。當第二弧形壓電陶瓷片4被施加激勵頻率時，驅動足9端部 產生相向的橢圓運動。由摩擦力驅動夾持于驅動足9和支撐輪8間的圓弧形滑帶 7滑動，并沿由第一導向輪5和第二導向輪6，第三導向輪11和第四導向輪12 確定的運動方向向另一個方向運動。調整預緊力調節螺桿3從而調節圓弧形滑帶 7和驅動足9之間的預壓力，使超聲電機工作在最佳狀態。由上述實施例可以看出，通過控制圓弧型曲線超聲電機的壓電陶瓷片的激勵 方式，在逆壓電效應下壓電陶瓷振動激發定子金屬彈性體的相應的固有振動，由 驅動足通過摩擦力驅動圓弧形動子滑塊的沿圓周往復曲線運動；該超聲電機可 實現圓弧形動子滑塊的雙向曲線運動而無需機械轉向機構、結構簡單、輸出力 大、速度可達到200毫米/本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種單驅動足圓弧形曲線超聲電機，由定子組件和動子組件構成，其特征在于，所述定子組件包括定子固定架、圓弧形金屬彈性體、第一弧形壓電陶瓷片、第二弧形壓電陶瓷片、一個驅動足和預緊力調節螺釘，其中兩個壓電陶瓷片上下表面鍍有沿圓周方向均勻分布的電極；所述動子組件包括圓弧形滑帶、一個支撐輪、第一導向輪、第二導向輪、第三導向輪和第四導向輪； 上述部件的連接關系為：一個驅動足粘結于圓弧形金屬彈性體內弧面的中間部位，第一弧形壓電陶瓷片和第二弧形壓電陶瓷片分別粘貼在圓弧形金屬彈性體外圓弧面，這三部分組成的復合體內置于定子固定架內，預緊力調節螺釘與定子固定架螺紋連接，并與金屬彈性體中部正上方相接觸，圓弧形滑帶被夾持在支撐輪和定子組件中間，且圓弧形滑帶和定子的單驅動足相接觸，支撐輪位于驅動足的正下方，第一導向輪和第二導向輪相對放置于定子組件的右側，第三導向輪和第四導向輪相對放置于定子組件的左側，圓弧形滑帶置于第一導向輪和第二導向輪間，第三導向輪和第四導向輪間，并能左右滑動。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊明，李世陽，何巍，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]
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