多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机制造技术

多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机。属于超声振动应用领域。为了进一步提高螺纹副驱动超声电机的输出性能，产生更大的推力，提高电机的定位精度。所述的超声电机主要包括两个以上可以独立工作的组合式超声振子、线性致动器、螺纹副驱动元件以及螺纹输出轴，被激振主体上的平侧面或凹槽内固定有激振元件，线性制动器的两端面压紧配对安装在相邻的两个超声振子内，螺纹输出轴与两个头端型超声振子及至少一个内螺纹轴套螺纹连接输出旋转和直线运动，通过控制线性致动器的伸长或缩短实现超声振子与螺纹输出轴间的锁紧。本发明专利技术可实现柔性化输出，用于航空航天、汽车工业、自动化、医疗器械、光学驱动和精密定位系统等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于超声振动应用领域，具体涉及多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机。
技术介绍
基于超声驱动原理利用柱状定子(也称超声振子)弯曲振动模态的螺纹副驱动超声电机主要通过激发定子空间上至少两个弯曲振动模态，利用振动的耦合在定子的内表面螺纹副产生驱动行波，实现螺纹杆输出轴的旋转-直线运动输出。该类螺纹副驱动超声电机具有结构简单、输出力/质量比密度大、易于微型化、定位精度较高等特点。目前，基于螺纹副驱动超声电机有几种典型结构:定子为多面体结构的利用面内弯曲振动模态耦合驱动行波的螺纹驱动多面体超声电机，如专利号为CN1767347A、CN1964175A与CN101364775A。利用环状超薄结构定子面内弯曲振动模态驻波驱动的螺纹驱动型超声电机，如专利号为CN101056073B。为了降低电机定子的共振工作频率，提出了一种定子采用悬臂梁结构的一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线电机，如专利号为CN200910080339.6。该类电机主要是利用柱状悬臂梁结构定子的空间正交弯曲振动模态的耦合产生驱动行波，实现输出轴的运动输出；另一种有代表意义的螺纹驱动型柱状旋转-直线超声电机主要有定子为粘贴压电片的金属管式与压电管式两种类型的超声波导螺杆电动机，如专利号为 US2006049720-A1、US2005258714-A1、US7170214-B2、US7309943-B2、CN101040395A及CN1879232A，该超声波导螺杆电动机主要是利用两端自由约束的柱体定子空间上正交的两个一阶弯曲振动相互耦合，在定子自由端的内表面产生驱动行波，定子与输出轴通过螺纹副传动，在轴向负载力的作用下实现输出轴的旋转-直线运动输出；前面所提及的螺纹驱动型超声电机定子所用的压电元件多采用J31振动模式，在电机的微型化制造方面存在一定的优势，特别是对于超声波导螺杆电动机来说，该优势体现得更为明显，但是不可避免得存在输出力较小的实际问题。为了提高电机的输出力，改善负载特性，出现了一类利用压电元件J33振动模式的压电片夹心式旋转直线超声电机，如专利号为CN200710304683.X与CN201110304078.9，利用模态转换型的压电螺纹传动直线超声电机，如专利号为CN201110120487.3。目前，对螺纹副驱动超声电机来说，需要不断通过采用新方法、新设计和结构以及利用不同的振动模式驱动等途径来提高超声电机的输出性能，目的主要是提高输出力和力矩，提高回转和直线运行精度和定位精度，减小了电机的径向跳动和电机行程误差，增强运行过程稳定性和使用可靠性，消除驱动螺纹副的回程误差，提高电机性能多样性和柔性输出。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，本专利技术可以进一步改善螺纹副驱动超声电机的输出性能，提高电机的输出力/力矩特性，消除螺纹副间传动误差，提高电机的回转或直线定位精度。本专利技术为实现上述目的采取的技术方案是: 多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机主要包括螺纹输出轴、至少三个超声振子、至少两个线性致动器及多个激振元件，超声振子为柱状弹性体，至少三个超声振子同轴且呈一字排列，至少三个超声振子包括至少三个被激振主体和至少四个结合锁紧端，同轴且呈一字排列的至少三个超声振子中的位于端部的被激振主体的一端与一个结合锁紧端的中部固接，其余被激振主体的两端各与一个结合锁紧端的中部固接，结合锁紧端为突出盘状结构，每个被激振主体内部中心设有螺纹孔，每个结合锁紧端中心设有圆柱形凹腔，用于内置安装线性致动器，相邻两个超声振子通过相邻设置的两个结合锁紧端紧密连接，螺纹孔与所对应的圆柱形凹腔同轴且相通设置，每个被激振主体的外周侧面上均布固定有多个激振元件，用于激振超声振子，线性制动器设置在相对应的两个圆柱形凹腔内，线性制动器设有中空圆柱形孔，螺纹输出轴穿过线性制动器的中空圆柱形孔并与超声振子螺纹连接输出旋转和直线运动，通过控制线性致动器的伸长或缩短实现超声振子与螺纹输出轴间的锁紧。每个被激振主体的外周侧面上均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元件的数量与平侧面或凹槽的数量相一致，每个平侧面上或者凹槽内固定一个激振元件。所述的线性制动器由压电堆叠片组合封装而成，线性制动器的两端面压紧配对安装在相对应设置的两个圆柱形凹腔内。所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机主要包括螺纹输出轴、至少三个超声振子、至少两个螺纹副驱动元件、至少两个线性致动器、至少一个内螺纹衬套及多个激振元件，超声振子为柱状弹性体，至少三个超声振子同轴且呈一字排列，至少三个超声振子包括至少三个被激振主体和至少四个结合锁紧端，同轴且呈一字排列的至少三个超声振子中的位于端部的被激振主体的一端与一个结合锁紧端的中部固接，其余被激振主体的两端各与一个结合锁紧端的中部固接，结合锁紧端为突出盘状结构，至少三个超声振子中的位于端部的被激振主体内部中心设有螺纹副驱动元件安装孔和通孔，其余被激振主体内部中心设有衬套孔，每个结合锁紧端中心设有圆柱形凹腔，用于内置安装线性致动器，相邻两个超声振子通过相邻设置的两个结合锁紧端紧密连接，螺纹副驱动元件安装孔通过通孔与所对应的圆柱形凹腔相通，衬套孔与所对应的圆柱形凹腔相通，每个被激振主体的外周侧面上均布固定有多个激振元件，用于激振超声振子，相对应设置的两个圆柱形凹腔内设置有一个线性致动器，线性制动器设有中空圆柱形孔，螺纹副驱动元件紧固连接配对安装于螺纹副驱动元件安装孔内，内螺纹衬套紧固连接配对安装于衬套孔内，螺纹输出轴穿过线性制动器的中空圆柱形孔并与螺纹副驱动元件及内螺纹轴套螺纹连接配对输出旋转和直线运动，通过控制线性致动器的伸长或缩短实现超声振子与螺纹输出轴间的锁紧。所述的超声振子的材料热膨胀系数小于等于螺纹副驱动元件的材料热膨胀系数。每个被激振主体的外周侧面上均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元件的数量与平侧面或凹槽的数量相一致，每个平侧面上或者凹槽内固定一个激振元件。所述的线性制动器由压电堆叠片组合封装而成，线性制动器的两端面压紧配对安装在相对应设置的两个圆柱形凹腔内。所述的螺纹副驱动元件的外形为圆柱形或圆台形，螺纹副驱动元件安装孔为圆柱形结构孔或圆锥形结构孔。本专利技术相对于现有技术的有益效果是: 一、本专利技术提出的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，多个超声振子能够组合驱动，达到电机的出力/力矩输出，性能柔性输出，减小电机的径向跳动和电机行程误差，提高了电机输出性能的稳定性与可靠性。该电机通过组合式超声振子激励螺纹副来驱动螺纹输出轴，利用超声振子激励振动的叠加与耦合，在螺纹副内螺纹表面产生行波，驱动与之配合的螺纹输出轴旋转，并且同时直线输出，即实现螺纹输出轴的旋转-直线运动输出。二、本专利技术提出的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，通过控制线性致动器的伸长或缩短完成超声振子与螺纹输出轴间的锁紧功能，消除驱动螺纹副的回程误差，实现超声电机精密驱动定位的功能。三、本专利技术显著提高了该类螺纹副驱动超声电机输出性能，应用灵活，并实现柔性化输出，实现超声电机大力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，其特征是：所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机主要包括螺纹输出轴（3）、至少三个超声振子（17）、至少两个线性致动器（5）及多个激振元件（4），超声振子（17）为柱状弹性体，至少三个超声振子（17）同轴且呈一字排列，至少三个超声振子（17）包括至少三个被激振主体（18）和至少四个结合锁紧端（19），同轴且呈一字排列的至少三个超声振子（18）中的位于端部的被激振主体（18）的一端与一个结合锁紧端（19）的中部固接，其余被激振主体（18）的两端各与一个结合锁紧端（19）的中部固接，结合锁紧端（19）为突出盘状结构，每个被激振主体（18）内部中心设有螺纹孔（26），每个结合锁紧端（19）中心设有圆柱形凹腔（8），用于内置安装线性致动器（5），相邻两个超声振子（17）通过相邻设置的两个结合锁紧端（19）紧密连接，螺纹孔（26）与所对应的圆柱形凹腔（8）同轴且相通设置，每个被激振主体（18）的外周侧面上均布固定有多个激振元件（4），用于激振超声振子（17），线性制动器（5）设置在相对应的两个圆柱形凹腔（8）内，线性制动器（5）设有中空圆柱形孔（10），螺纹输出轴（3）穿过线性制动器（5）的中空圆柱形孔（10）并与超声振子（17）螺纹连接输出旋转和直线运动，通过控制线性致动器（5）的伸长或缩短实现超声振子（17）与螺纹输出轴（3）间的锁紧。...

【技术特征摘要】
1.一种多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，其特征是:所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机主要包括螺纹输出轴(3)、至少三个超声振子(17)、至少两个线性致动器(5)及多个激振元件(4)，超声振子(17)为柱状弹性体，至少三个超声振子(17)同轴且呈一字排列，至少三个超声振子(17)包括至少三个被激振主体(18)和至少四个结合锁紧端(19)，同轴且呈一字排列的至少三个超声振子(18)中的位于端部的被激振主体(18)的一端与一个结合锁紧端(19)的中部固接，其余被激振主体(18)的两端各与一个结合锁紧端(19)的中部固接，结合锁紧端(19)为突出盘状结构，每个被激振主体(18 )内部中心设有螺纹孔(26 )，每个结合锁紧端(19 )中心设有圆柱形凹腔(8)，用于内置安装线性致动器(5)，相邻两个超声振子(17)通过相邻设置的两个结合锁紧端(19)紧密连接，螺纹孔(26)与所对应的圆柱形凹腔(8)同轴且相通设置，每个被激振主体(18)的外周侧面上均布固定有多个激振元件(4)，用于激振超声振子(17)，线性制动器(5)设置在相对应的两个圆柱形凹腔(8)内，线性制动器(5)设有中空圆柱形孔(10)，螺纹输出轴(3)穿过线性制动器(5)的中空圆柱形孔(10)并与超声振子(17)螺纹连接输出旋转和直线运动，通过控制线性致动器(5)的伸长或缩短实现超声振子(17)与螺纹输出轴(3)间的锁紧。2.如权利要求1所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，其特征是:每个被激振主体(18)的外周侧面上均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元件(4)的数量与平侧面或凹槽的数量相一致，每个平侧面上或者凹槽内固定一个激振元件(4)。3.如权利要求1所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，其特征是:所述的线性制动器(5)由压电堆叠片(I)组合封装而成，线性制动器(5)的两端面压紧配对安装在相对应设置的两个圆柱形凹腔(8)内。4.一种多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机，其特征是:所述的多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机主要包括螺纹输出轴(3)、至少三个超声振子(17)、至少 两个螺纹副驱动元件(2)、至少两个线性致动器(5)、至少一个内螺纹衬套(27)及多个激振元件(4)，超声振子(17)为柱状弹性体，至少三个超声振子(17)同轴且呈一字排列，至少三个超声振子(17)包括至少三个...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，肖才伟，程小军，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23