一种盘状二自由度超声电机制造技术

本发明专利技术公布了一种盘状二自由度超声电机，包括上平台、摩擦板、导轨固定板、下底板和电机振子及其预压力施加装置；该超声电机还包括Y方向十字交叉滚子导轨以及X方向十字交叉滚子导轨；所述导轨固定板和上平台通过Y方向十字交叉滚子导轨连接，实现Y方向导向作用；所述导轨固定板和下底板通过X方向十字交叉滚子导轨连接，实现X方向导向作用；所述电机振子及其预压力施加装置的上端设有摩擦板，通过预压力顶在摩擦板上；所述摩擦板粘接在上平台上。通过施加不同的激励信号，盘状二自由度超声电机振子可以驱动平台在X-Y平面上运动。本发明专利技术实现了单个超声电机在二自由度工作台上的精确定位使用。

【技术实现步骤摘要】
一种盘状二自由度超声电机
本专利技术涉及本专利技术涉及一种盘状二自由度超声电机，属于压电精密致动

技术介绍
超声电机利用压电材料的逆压电效应将电能转换为机械能。通常超声电机的定子是由压电陶瓷和金属弹性体组成的特定形状的弹性复合体。压电陶瓷采用超声频率的交流信号进行激励，进而在定子弹性体中激励出同频率的机械振动，定子输出端面质点振幅可以达到几微米到十几微米甚至几十微米。通过振动模式叠加在定子输出端面上的质点产生需要的运动轨迹，一般为椭圆轨迹。转子（或动子）通过预压力施加庄子压在定子上，通过摩擦耦合，定子上的微观椭圆运动转化为转子（或动子）的宏观运动输出。超声电机结构灵活多样，发展到现在已经出现了百种不同类型的原型机和产品，根据动子的运动形式来分，可以分为单自由度旋转电机、单自由度直线电机、多自由旋转电机和多自由直线电机。目前多自由度直线电机目前研究较少，通过检索申请号为200710134000.0所提到的《一种二自由度超声电机》，主要是实现两个方向的正、反向运动，与该电机相比，本专利技术所提到的一种盘状二自由度超声电机的电机振子部分更薄，更易于小型化，并只使用单片压电陶瓷片激发二阶弯曲振型，实现两个方向的正、反向运动，同时使用标尺光栅和光栅读数头实现位置反馈，通过闭环控制，提高电机的控制精度，更易于在精密控制领域中应用。
技术实现思路
所要解决的技术问题：本专利技术旨在研制一种体积小、结构简单、易于实现、响应速度快、能够应用在精密控制领域中的单定子结构二自由度超声电机。技术方案：为了实现以上功能，本专利技术提供了一种盘状二自由度超声电机，包括上平台3、摩擦板5、导轨固定板6、下底板7和电机振子及其预压力施加装置8；所述上平台3和下底板7之间设有导轨固定板6，导轨固定板6的中间位置为一腔室，所述超声电机振子及其预压力施加装置8为一整体，安装在该腔室内，并且安装在下底板7上；其特征在于：该超声电机还包括Y方向十字交叉滚子导轨4以及X方向十字交叉滚子导轨9；所述导轨固定板6和上平台3通过Y方向十字交叉滚子导轨4连接，实现Y方向导向作用；所述导轨固定板6和下底板7通过X方向十字交叉滚子导轨9连接，实现X方向导向作用；所述电机振子及其预压力施加装置8的上端设有摩擦板5，通过预压力顶在摩擦板5上；所述摩擦板5粘接在上平台3上。进一步的，所述电机振子及其预压力施加装置8包括电机振子基体10、压电陶瓷片11、固定螺母12、预压力板13、导柱14、底座15、预压力螺母16、预压力柱17、预压力弹簧18和陶瓷球19；所述电机振子基体10上表面的中心处设有一圆柱形凸台，凸台上有凹槽，凹槽内放置一陶瓷球9；所述压电陶瓷片11粘接在电机振子基体10上，并且两者的轴线重合；所述导柱14上部比下部外径小，其上部穿过电机振子基体10的边缘与电机振子基体10通过螺纹方式连接；导柱14与预压力板13之间间隙配合，其上部通过固定螺母12与预压力板13固定在一起，并且导柱14的下部与底座15之间为过渡配合；所述预压力柱17与底座15之间通过螺纹方式连接，在底端上安装有预压力螺母16，并与预压力板13之间通过预压力弹簧18连接在一起。进一步的，所述的压电陶瓷片11为一整体，并粘接在电机振子基体10上，其裸露表面被均匀分成四个独立电极区域，每个电极区域内极化方向相同，极化方向为压电陶瓷片11轴线方向。所述的陶瓷球19粘接在电机振子基体10上，当压电陶瓷片11相对的两个电极区域施加相位差为90°的正弦激励信号时，陶瓷球19产生相应方向的椭圆运动；当陶瓷球19产生沿X方向的椭圆运动时，通过X方向十字交叉滚子导轨9的导向作用，推动上平台3沿X方向运动；当陶瓷球19产生沿Y方向的椭圆运动时，通过Y方向十字交叉导轨4的导向作用，推动上平台3产生沿Y方向运动。作为一种优选，在所述上平台3和导轨固定板6之间设有标尺光栅1和光栅读数头2，用于位置反馈；所述标尺光栅1粘接在上平台3上；所述光栅读数头2固定在导轨固定板6上；光栅读数头2可以沿着标尺光栅1长度方向上运动，当电机运动时，提供位置反馈。进一步的，所述预压力柱17与电机振子基体10之间通过预压力弹簧18传递预压力；由于导柱14与底座15之间为过渡配合，底座15与预压力柱17之间为螺纹连接，通过旋转预压力柱17上的预压力螺母16，改变预压力柱17与电机振子基体10之间的距离，并改变压缩预压力弹簧18的压缩量，进而改变预压力的大小。有益效果：本专利技术通过使用一种盘状二自由度超声电机实现了：1．通过使用单定子结构实现电机的两个方向的正、反向运动，结构紧凑，更加易于小型化，使得电机具有更广阔的应用空间；2．通过将极化方向相同的单片压电陶瓷片分割为四个均匀电极区域，利用二阶弯曲振型，获取驱动头的椭圆运动，避免了单个陶瓷片内要求极化方向不同的问题，使得电机对于压电陶瓷片的要求大大降低；3．通过电机振子及其预压力施加装置，利用预压力弹簧实现预压力的调整，保证电机定子与动子之间具有一定的预压力；4.利用标尺光栅和光栅读数头，实现电机的位置反馈，通过电机的闭环控制，更加利于电机的精确定位，使得电机在精密定位领域具有广阔的应用空间。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：图1是一种盘状二自由度超声电机结构示意图；图2是电机振子及其预压力施加装置结构示意图；图3是压电陶瓷片电极区域分割示意图；图4是一种盘状二自由度超声电机结构示意图；图5是一种盘状二自由度超声电机侧视图；图6是一种盘状二自由度超声电机仰视图。图中：1-标尺光栅，2-光栅读数头，3-上平台，4-Y方向十字交叉滚子导轨，5-摩擦板，6-导轨固定板，7-下底板，8-电机振子及其预压力施加装置，9-X方向十字交叉滚子导轨，10-电机振子基体，11-压电陶瓷片，12-固定螺母，13-预压力板，14-导柱，15-底座，16-预压力螺母，17-预压力柱，18-预压力弹簧，19-陶瓷球。具体实施方式本专利技术提供的盘状二自由度超声电机，为使本专利技术的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1如图1所示，本专利技术的二自由度超声电机由上平台3、Y方向十字交叉滚子导轨4、摩擦板5、导轨固定板6、下底板7和电机振子及其预压力施加装置8组成；所述电机振子及其预压力施加装置8通过螺钉固定在下底板7上，通过预压力顶在摩擦板5上，并且摩擦板5粘接在上平台3上；上平台3与导轨固定板6之间连接有Y方向十字交叉滚子导轨4，当电机产生Y方向驱动力时，通过Y方向十字交叉滚子导轨4实现电机的Y方向导向运动；下底板7与导轨固定板6之间连接有X方向十字交叉滚子导轨9，当电机产生X方向驱动力时，通过X方向十字交叉滚子导轨9实现电机的X方向导向运动。如图2所示，电机振子及其预压力施加装置8由，电机振子基体10、压电陶瓷片11、固定螺母12、预压力板13、导柱14、底座15、预压力螺母16、预压力柱17、预压力弹簧18、陶瓷球19组成；所述电机振子基体10凸台上的凹槽内粘接有陶瓷球19，其底面粘接有压电陶瓷片11，压电陶瓷片11的轴线与电机振子基体10的轴线重合；所述导柱14为一阶梯轴，其顶端与电机振子基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种盘状二自由度超声电机，包括上平台（3）、摩擦板（5）、导轨固定板（6）、下底板（7）和电机振子及其预压力施加装置（8）；所述上平台（3）和下底板（7）之间设有导轨固定板（6），导轨固定板（6）的中间位置为一腔室，所述超声电机振子及其预压力施加装置（8）为一整体，安装在该腔室内，并且安装在下底板（7）上；其特征在于：该超声电机还包括Y方向十字交叉滚子导轨（4）以及X方向十字交叉滚子导轨（9）；所述导轨固定板（6）和上平台（3）通过Y方向十字交叉滚子导轨（4）连接，实现Y方向导向作用；所述导轨固定板（6）和下底板（7）通过X方向十字交叉滚子导轨（9）连接，实现X方向导向作用；所述电机振子及其预压力施加装置（8）的上端设有摩擦板（5），通过预压力顶在摩擦板（5）上；所述摩擦板（5）粘接在上平台（3）上。

【技术特征摘要】
1.一种盘状二自由度超声电机，包括上平台（3）、摩擦板（5）、导轨固定板（6）、下底板（7）和电机振子及其预压力施加装置（8）；所述上平台（3）和下底板（7）之间设有导轨固定板（6），导轨固定板（6）的中间位置为一腔室，所述超声电机振子及其预压力施加装置（8）为一整体，安装在该腔室内，并且安装在下底板（7）上；其特征在于：该超声电机还包括Y方向十字交叉滚子导轨（4）以及X方向十字交叉滚子导轨（9）；所述导轨固定板（6）和上平台（3）通过Y方向十字交叉滚子导轨（4）连接，实现Y方向导向作用；所述导轨固定板（6）和下底板（7）通过X方向十字交叉滚子导轨（9）连接，实现X方向导向作用；所述电机振子及其预压力施加装置（8）的上端设有摩擦板（5），通过预压力顶在摩擦板（5）上；所述摩擦板（5）粘接在上平台（3）上。2.根据权利要求1所述的一种盘状二自由度超声电机，其特征在于：所述电机振子及其预压力施加装置（8）包括电机振子基体（10）、压电陶瓷片（11）、固定螺母（12）、预压力板（13）、导柱（14）、底座（15）、预压力螺母（16）、预压力柱（17）、预压力弹簧（18）和陶瓷球（19）；所述电机振子基体（10）上表面的中心处设有一圆柱形凸台，凸台上有凹槽，凹槽内放置一陶瓷球（19）；所述压电陶瓷片（11）粘接在电机振子基体（10）上，并且两者的轴线重合；所述导柱（14）上部比下部外径小，其上部穿过电机振子基体（10）的边缘与电机振子基体（10）通过螺纹方式连接；导柱（14）与预压力板（13）之间间隙配合，其上部通过固定螺母（12）与预压力板（13）固定在一起，并且导柱（14）的下部与底座（15）之间为过渡配合；所述预压力柱（17）与底座（15）之间通过螺纹方式连接，在底端上安...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨颖，皮奥特尔·瓦西尔耶夫，张军，王亮，王寅，谢尔盖·鲍罗廷，达柳斯·马泽卡，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32