本发明专利技术涉及一种压电悬臂梁式超声波电机，属于超声波电机制造技术领域。该电机由悬臂梁压电定子、锥型转子、输出轴、弹簧、调节螺母、径向轴承、推力轴承和基座组成。悬臂梁压电定子由四个具有相同结构的压电双晶片悬臂梁振子和中心质量块构成。四个压电双晶片悬臂梁振子均匀分布在中心质量块的四个侧面上。中心质量块上表面的两个对角上各加工一个直角锥型凸齿。锥型转子通过螺钉安装在输出轴上，并通过输出轴、弹簧、调节螺母和推力轴承的作用压紧在直角锥型凸齿的内侧顶面上，通过调节螺母和弹簧可以调节锥型转子和悬臂梁压电定子之间的预紧力。该电机具有结构简单、响应速度快、且只需要一个驱动信号源等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种压电悬臂梁式超声波电机
本专利技术涉及一种压电悬臂梁式超声波电机，可以实现精密驱动与定位功能，属于超声波电机制造的
。技术背景超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为电机定子的振动，然后通过电机定子和转子之间的摩擦耦合驱动电机转子作旋转(或直线)运动。超声波电机具有结构紧凑、低速大力矩、响应速度快、控制特性好、不受电磁干扰、定位精度高、噪声小、可直接驱动负载等优点，广泛应用于国防、军事、工业、医疗以及国民生产生活等各个领域。国内外有较多的专利申请涉及压电超声波电机，典型的压电超声波电机结构主要是环行行波型、纵扭复合型等机构，这些压电振子结构复杂，加工工艺烦琐，如环行行波型超声波的压电振子表面加工了几十个齿状结构，纵扭复合型超声波电机通过设计结构复杂的压电振子以便调谐纵振模态和扭振模态的频率一致性。复杂结构的压电振子使得上述超声波电机难以微型化，不利于在空间尺寸要求比较严格的领域(如微驱动技术)的应用。
技术实现思路
本专利技术提出一种压电悬臂梁式超声波电机，以解决现有超声波电机压电振子结构复杂，难以微型化，不利于在空间尺寸要求比较严格的领域(如微驱动技术)的应用问题。本专利技术采用的实施方案是:超声波电机由悬臂梁压电定子(I)、锥型转子(2)、输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)、径向轴承(6)、推力轴承(7)和基座(8)组成。悬臂梁压电定子(I)由A、B两组四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成，每一个压电双晶片悬臂梁振子由两片极化方向相反的压电陶瓷通过胶粘剂粘接在金属基体 的上、下表面，形成夹心结构。四个压电双晶片悬臂梁振子的一端与基座固定，另一端分别固定在中心质量块(105)的四个侧面上。中心质量块(105)的上表面两个对角上各加工一个直角型凸齿(106、107)，直角型凸齿(106、107)内侧面为锥面。径向轴承(6)安装于中心质量块(105)的中心孔，推力轴承(7)安装于基座底面的轴承孔内。锥型转子(2)通过固定螺钉与输出轴(3)固定成一体，输出轴(3)穿过径向轴承(6)和推力轴承(7)的轴承孔，并通过基座底面的弹簧(4)和调节螺母(5)的作用将锥型转子(2)压紧在压电定子(I)的直角凸齿(106、107)的内则锥面上，锥型转子(2)和悬臂梁压电定子(I)之间的预紧力可以通过调节螺母(5)和弹簧(4)调节。锥型转子(2)的径向位置由输出轴⑶和径向轴承(6)共同保证。本专利技术实施方式中，悬臂梁压电定子⑴由悬臂梁压电定子A组由(101)与(102)压电双晶片悬臂梁振子组成，B组由(103)与(104)压电双晶片悬臂梁振子组成。压电双晶片悬臂梁振子(101)水平布置在中心质量块(5)的右侧，(102)水平布置在中心质量块(5)的左侧。压电双晶片悬臂梁振子(101)金属基体(1011)上表面压电片(1012)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(102)金属基体(1021)上表面压电片(1022)的极化方向相反。压电双晶片悬臂梁振子(103)水平布置在中心质量块(5)的前侧，(104)水平布置中心质量块(5)的后侧。压电双晶片悬臂梁振子(103)金属基体(1031)上表面压电片(1032)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(104)金属基体(1041)上表面压电片(1042)的极化方向相反。压电双晶片悬臂梁振子(103)金属基体(1031)上表面压电片(1032)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(101)金属基体(1011)上表面压电片(1012)的极化方向相同。本专利技术实施方式中，悬臂梁压电定子(I)中心质量块(105)的上表面两个对角上各加工一个直角型锥凸齿(106、107)，直角锥型凸齿(106、107)内侧面为锥面。本专利技术实施方式中，当给A组压电双晶片悬臂梁振子(101)和(102)的压电片施加一个交流电压信号VciSinwt时，两个悬臂梁压电振子中的一个产生扩张弯曲振动，一个产生收缩弯曲振动，使得中心质量块(5)产生绕Z轴的振动，直角型凸齿(106)、(107)内侧锥面上的质点产生沿OX和OY方向的振动位移，两者形成椭圆运动轨迹，进而推动锥型转子(4)作顺时针旋转运动。当给B组压电双晶片悬臂梁振子(103)和(104)的压电片施加同一个交流电压时，两个悬臂梁压电振子中的一个产生扩张弯曲振动，一个产生收缩弯曲振动，使得中心质量块(5)产生绕X轴的振动,直角型凸齿(106)、(107)内侧锥面上的质点产生OZ和OY方向的振动位移，两者形成椭圆运动轨迹，进而推动锥型转子(4)作逆时针旋转运动。【附图说明】图1是本专利技术的总体结构剖面示意图；图2是压电悬臂梁式压电定子立体图，图中“ + 符号表示压电陶瓷的极化方向；图3是压电定子(I)的两个振动模态图。图3(a)是当压电双晶片悬臂梁振子(101)、(102)受电压激励时，压电定子(I)产生绕Z轴的弯曲振动模态图；图3(13)是当压电双晶片悬臂梁振子(103)、(104)受电压激励时，压电定子(I)产生绕X轴的弯曲振动模态图。图4是电机作顺时针旋转运动和逆时针旋转运动时直角锥型齿(106)、(107)内侧锥面质点的椭圆运动轨迹。图4(a)是顺时针旋转运动时的椭圆运动轨迹；图4(b)是逆时针旋转运动时的椭圆运动轨迹。【具体实施方式】如图1、2所示，超声波电机由悬臂梁压电定子(I)、锥型转子(2)、输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)、径向轴承(6)和推力轴承(7)组成。悬臂梁压电定子(I)由四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成，每一个压电双晶片悬臂梁振子由两片极化方向相反的压电陶瓷通过胶粘剂粘接在金属基体的上、下表面，形成夹心结构。四个压电双晶片悬臂梁振子的一端与基座(8)固定，另一端分别固定在中心质量块(105)的四个侧面上。中心质量块(105)的上表面两个对角上各加工一个直角型凸齿(106、107)，直角锥型凸齿(106、107)内侧面为锥面。径向轴承(6)安装于中心质量块(105)的中心孔，推力轴承(7)安装于基座(8)底面的轴承孔内。锥型转子(2)通过固定螺钉与输出轴(3)固定成一体，输出轴(3)穿过径向轴承(6)和推力轴承(7)的轴承孔，并通过基座(8)底面的弹簧(4)和调节螺母(5)的拉紧作用将锥型转子(2)压紧在压电定子(I)的直角凸齿(106、107)的内则锥面上，锥型转子(2)和悬臂梁压电定子(I)之间的预紧力可以通过调节螺母(5)和弹簧(4)调节；锥型转子(2)的径向位置由输出轴⑶和径向轴承(6)共同保证。本专利技术实施方式中，悬臂梁压电定子(I)由两组共A、B四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成。压电双晶片悬臂梁振子(101)由两片极化方向相反的压电陶瓷(1011、1012)通过胶粘剂粘接在金属基体(1013)的上、下表面，形成夹心结构。压电双晶片悬臂梁振子(102)由两片极化方向相反的压电陶瓷(1021、1022)通过胶粘剂粘接在金属基体(1023)的上、下表面，形成夹心结构。压电双晶片悬臂梁振子(103)由两片极本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电悬臂梁式超声波电机，其特征在于：该超声波电机由悬臂梁压电定子(1)、锥型转子(2)、输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)、径向轴承(6)、推力轴承(7)和基座(8)组成。悬臂梁压电定子(1)由A、B两组四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成，每一个压电双晶片悬臂梁振子由两片极化方向相反的压电陶瓷通过胶粘剂粘接在金属基体的上、下表面，形成夹心结构。四个压电双晶片悬臂梁振子的一端与基座(8)固定，另一端分别固定在中心质量块(105)的四个侧面上。中心质量块(105)上表面的两个对角上各加工一个直角锥型凸齿(106、107)，直角锥型凸齿(106、107)内侧顶面为锥面。锥型转子(2)通过螺钉安装在输出轴(3)上。锥型转子(2)通过输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)和推力轴承(7)的作用压紧在直角锥型凸齿(106、107)的内则顶面上，通过调节螺母(5)和弹簧(4)可以调节锥型转子(2)和悬臂梁压电定子(1)之间的预紧力。输出轴(3)的径向位置由径向轴承(6)保证，防止输出轴(3)在旋转时发生径向晃动。
【技术特征摘要】
1.一种压电悬臂梁式超声波电机，其特征在于:该超声波电机由悬臂梁压电定子(I)、锥型转子(2)、输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)、径向轴承(6)、推力轴承(7)和基座(8)组成。悬臂梁压电定子(I)由A、B两组四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成，每一个压电双晶片悬臂梁振子由两片极化方向相反的压电陶瓷通过胶粘剂粘接在金属基体的上、下表面，形成夹心结构。四个压电双晶片悬臂梁振子的一端与基座(8)固定，另一端分别固定在中心质量块(105)的四个侧面上。中心质量块(105)上表面的两个对角上各加工一个直角锥型凸齿(106、107)，直角锥型凸齿(106、107)内侧顶面为锥面。锥型转子(2)通过螺钉安装在输出轴(3)上。锥型转子(2)通过输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)和推力轴承(7)的作用压紧在直角锥型凸齿(106、107)的内则顶面上，通过调节螺母(5)和弹簧(4)可以调节锥型转子(2)和悬臂梁压电定子(I)之间的预紧力。输出轴(3)的径向位置由径向轴承(6)保证，防止输出轴(3)在旋转时发生径向晃动。2.根据权利要求1所述的压电悬臂梁式超声波电机，其特征在于:悬臂梁压电定子A组由(101)与(102)压电双晶片悬臂梁振子组成，B组由(103)与(104)压电双晶片悬臂梁振子组成。压电双晶片悬臂梁振子(101)水平布置在中心质量块(5)的右侧，(102)水平布置在中心质量块(5)的左侧。压电双晶片悬臂梁振子(101)金属基体(1011)上表面压电片(1012)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(102)金属基体(1021)上表面压电片(1022)的极化方向相反。压电双晶片悬臂梁振子(103)水平布置在中心质...
【专利技术属性】
技术研发人员：王光庆，展永政，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。