一种三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机制造技术

一种三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机，它包括定子组件、动子组件和支座组件，其特征在于：定子组件通过螺钉连接支座组件，动子组件通过滚动导轨副连接支座组件，定子组件通过摩擦副连接动子组件。本发明专利技术的技术效果是：（1）利用压电叠层的d33效应激励横杆和纵杆的纵向振动来推动，可使电机输出较大动力；（2）定子组件中两纵杆在同一个振动周期对动子组件进行交替驱动，可使电机输出较大的速度并增大电机推力；（3）定子振动频率高、驱动步距小、位置分辨率高，可使电机实现亚微米级甚至更高的定位精度；（4）定子组件呈平面H型结构，有利于实现电机的薄型化和轻量化；（5）动子组件设计成具有适度柔性的结构，可保证定子组件与动子组件较理想的摩擦接触状态，有利于改善电机稳定性并减小其发热；（6）动子组件与支座组件间采用滚珠导轨，可大大减小电机运行阻力并有利于提高电机的效率和响应速度。

A large thrust piezoelectric linear motor driven by three phase longitudinal vibration mode

A large thrust three-phase longitudinal vibration mode driven by piezoelectric linear motor, comprising a stator assembly, rotor assembly and bearing assembly, which is characterized in that the stator assembly is connected by screw rotor bearing components, components through rolling guideway connecting bearing component, the stator assembly through the friction pair is connected with the movable component. The invention has the advantages that: (1) based on the longitudinal vibration of piezoelectric laminated beams and longitudinal rod d33 incentive effect to promote, can make the motor output power is larger; (2) in the stator assembly two longitudinal rods in the same period of vibration of rotor component alternately drive, can make the motor output high speed and increase the thrust; (3) the stator vibration of high frequency, driving step, high position resolution, can make the motor to achieve submicron even higher positioning accuracy; (4) the stator assembly is plane type H structure, is conducive to the realization of thin and light weight of the motor (5;) dynamic component design with appropriate flexibility structure, can ensure the stator assembly and dynamic friction contact state ideal component, is conducive to improving the stability of motor and reduce the fever; (6) dynamic sub assembly and bearing components with ball guide The utility model can greatly reduce the running resistance of the motor and is beneficial to improve the efficiency and the response speed of the motor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直线电机，尤其涉及一种三相纵振模态驱动的大推力压电直线 电机。
技术介绍
压电直线电机(Piezoelectric Linear Motor, PLM)是超声电机的一个重要分 支，它利用压电陶瓷的逆压电效应激发弹性体的超声振动而把机械能转换为电能，再通过 定子与动子间的摩擦过程把弹性体的微幅振动转换为动子的宏观直线运动并推动负载。与 电磁电机相比，PLM具有动力密度大、响应快、直接驱动、定位准、无噪声、结构灵活、电磁兼 容，小型轻量化等一系列优点，在航空航天工程、机器人、精密定位仪、微型机械、生物医学 工程等众多领域内具有广泛的应用前景，是当今国内外微特电机研究领域内的一个热点。 自新世纪肇始以来，日本、德国、美国、立陶碗、韩国、以色列、新加坡等国家的许多研究者先 后投入大量力量开展了 PLM研究，并且研制出了多种结构类型的直线超声电机。在现有的 研究中，相较而言，日本的PLM技术发展最快，它掌握了 PLM的大多数专利与技术。国内的 LUSM研究始于上世纪90年代末，南京航空航天大学、清华大学、华中科大、上海大学和中科 院等多所高校和科研院所都为此做了不少工作并取得一些成果。特别是，南京航大赵淳生 院士领导的精密驱动研究小组，近年来推出了多型系列PLM样机，标志着我国直线超声电 机的研究水平与世界先进水平已经非常接近。纵览国内外PLM技术的发展与现状，可以清晰地看到，一方面目前PLM的发展十分 迅猛，其应用步伐正在加快，特别是，在微型和小型精密驱动与控制应用逐渐显现出替代电 磁直线电机之势，但与此同时，也不难发现，迄今为止的PLM技术还远远谈不上成熟，它还 普遍存在输出动力较小、效率不高、性能欠稳、寿命不长等一系列问题，离广泛的产业化应 用还有一段不小距离。特别是，目前的PLM仍然极其有限的结构型式使其还无法满足应用 领域对其提出的大动力、高精度、响应更快、结构多样等多方面需求。在这种背景下，不断地 推出压电直线电机新原理与结构已成为PLM研究的重要方面。与此相契应，本专利技术推出一 种全新原理的精密大推力直线超声电机，对于推进PLM技术的发展和应用，无疑具有一定 的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了 一种三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机，该电机 具有亚微米级甚至更高的定位精度、毫秒级响应速度、大推力、结构简单等特点，能输出较 高速度，适应范围广阔。本专利技术是这样来实现的，它包括定子组件、动子组件和支座组件，其特征在于定 子组件通过螺钉连接支座组件，动子组件通过滚动导轨副连接支座组件，定子组件通过摩 擦副连接动子组件；所述定子组件包括一个横杆I1和两个纵杆12、13以及配置在横杆I1与 纵杆12、13中部的压电叠层14、15、16，两个纵杆12、13分别通过设于横杆I1两端的方槽与横杆I1相贯穿形成移动副联接，并且纵杆与横杆I1垂直呈现“H”型结构，压电叠层I4配置在 横杆I1的一阶纵振节点附近，压电叠层15、16配置在纵杆12、13中间位置，用以实现定子组 件的激振；所述动子组件包括滚珠体、盖板，L型弯板、矩形侧板、调整垫片，矩形侧板通过 螺钉经由调整垫片连接在L型弯板上，在L型弯板及矩形侧板的底部均钻有成排的小圆孔， 以容纳滚珠体，当滚珠体装入圆孔后用盖板将其封堵在小孔内，两封堵盖板分别通过螺钉 连接在L形弯板与矩形侧板上，盖板上也钻了一排小孔，并且盖板各孔的位置与L型板、矩 形侧板上孔的位置对应，孔径比滚珠体直径略小；所述支座组件包括支座体和四个限位块， 在支座体的两侧开设了两个导向槽，动子组件通过滚珠体连接支座体，限位块通过螺钉连 接在支座体上，支座体上钻有四个安装孔。置于定子组件横杆I1上压电叠层I4和纵杆12、13上的压电叠层15、16，在受到在时 间上相位差为90°同频余弦和正弦电信号作用时，将分别激发出横杆I1和纵杆12、13的在空 间上正交的三相一阶纵振模态，致使纵杆12、13的驱动端质点形成椭圆运动而交替地对动 子组件进行驱动。所述定子基体材料为轧制磷青铜。本专利技术的技术效果是(1)利用压电叠层的d33效应激励横杆和纵杆的纵向振 动来推动，可使电机输出较大动力；(2)定子组件中两纵杆在同一个振动周期对动子组件 进行交替驱动，可使电机输出较大的速度并增大电机推力；(3)定子振动频率高、驱动步距 小、位置分辨率高，可使电机实现亚微米级甚至更高的定位精度；(4)定子组件呈平面H型 结构，有利于实现电机的薄型化和轻量化；(5)动子组件设计成具有适度柔性的结构，可 保证定子组件与动子组件较理想的摩擦接触状态，有利于改善电机稳定性并减小其发热； (6)动子组件与支座组件间采用滚珠导轨，可大大减小电机运行阻力并有利于提高电机的 效率和响应速度。附图说明图1是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机结构示意图。图2是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机定子组件结构示意图。图3是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机动子组件结构示意图。图4是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机支座组件结构示意图。图5是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机运动原理示意图一。图6是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机运动原理示意图二。图7是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机运动原理示意图三。图8是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机运动原理示意图四。图9是三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机运动原理示意图五。图1、图3、图4和图5中标号名称1 一定子组件，2—动子组件，3—支座组件，4一 压电叠层，5—限位块，6—滚珠体，7—螺钉，8—调整垫片，9一L型弯板，10—矩形侧板，11— 盖板，12—盖板螺钉，13—支座安装孔，14一支座体。图2中山一横杆，I2—左侧杆，I3—右侧杆，I4一横杆压电叠层，I5—左侧杆压电叠 层，16_右侧杆压电叠层，17_定子定位孔，18_连接螺钉。具体实施例方式如图1、2、3、4所示，本专利技术是这样实现的，它包括定子组件(1)、动子组件(2)和支 座组件(3)，其特征在于定子组件(1)通过螺钉连接支座组件(3)，动子组件(2)通过滚动 导轨副连接支座组件，定子组件(1)通过摩擦副连接动子组件(2)；所述定子组件包括一个 横杆I1和两个纵杆12、13以及配置在横杆I1与纵杆12、13中部的压电叠层14、15、16，两个纵 杆12、13分别通过设于横杆I1两端的方槽与横杆I1相贯穿形成移动副联接，并且纵杆与横 杆I1垂直呈现“H”型结构，压电叠层I4配置在横杆I1的一阶纵振节点附近，压电叠层15、 I6配置在纵杆12、13中间位置，用以实现定子组件(1)的激振；所述动子组件(2)包括滚珠 体(6)、盖板(11)，L型弯板(9)、矩形侧板(10)、调整垫片(8)，矩形侧板(10)通过螺钉(12) 经由调整垫片(8)连接在L型弯板(9)上，调整垫片(8)用于调节定子组件(1)与动子组件 (2)间的预紧力。在L型弯板(9)及矩形侧板的(10)底部均钻有成排的小圆孔，以容纳滚 珠体(6)，当滚珠体(6)装入圆孔后用盖板(11)将其封堵在小孔内，两封堵盖板(11)分别通 过螺钉(12)连接在L形弯板(9)与矩形侧板(10)上，盖板(11)上也钻了一排小孔，并且盖 板各孔的位置与本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种三相纵振模态驱动的大推力压电直线电机，它包括定子组件（１）、动子组件（２）和支座组件（３），其特征在于：定子组件（１）通过螺钉连接支座组件（３），动子组件（２）通过滚动导轨副连接支座组件，定子组件（１）通过摩擦副连接动子组件（２）；所述定子组件包括一个横杆１１和两个纵杆１２、１３以及配置在横杆１１与纵杆１２、１３中部的压电叠层１４、１５、１６，两个纵杆１２、１３分别通过设于横杆１１两端的方槽与横杆１１相贯穿形成移动副联接，并且纵杆与横杆１１垂直呈现“Ｈ”型结构，压电叠层１４配置在横杆１１的一阶纵振节点附近，压电叠层１５、１６配置在纵杆１２、１３中间位置，用以实现定子组件（１）的激振；所述动子组件（２）包括滚珠体（６）、盖板（１１），Ｌ型弯板（９）、矩形侧板（１０）、调整垫片（８），矩形侧板（１０）通过螺钉（１２）经由调整垫片（８）连接在Ｌ型弯板（９）上，在Ｌ型弯板（９）及矩形侧板的（１０）底部均钻有成排的小圆孔，以容纳滚珠体（６），当滚珠体（６）装入圆孔后用盖板（１１）将其封堵在小孔内，两封堵盖板（１１）分别通过螺钉（１２）连接在Ｌ形弯板（９）与矩形侧板（１０）上，盖板（１１）上也钻了一排小孔，并且盖板各孔的位置与Ｌ型板（９）、矩形侧板（１０）上孔的位置对应，孔径比滚珠体（６）直径略小；所述支座组件（３）包括支座体（１４）和四个限位块（５），在支座体（１４）的两侧开设了两个导向槽，动子组件（２）通过滚珠体（６）连接支座体（１４），限位块（５）通过螺钉连接在支座体上，支座体（１４）上钻有四个安装孔。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺红林，陈文军，龙玉繁，贺晓蓉，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36