CN101345494B - 柔性致动超声波电机 - Google Patents

Abstract

一种柔性致动超声波电机，包括定子组件、柔性带驱动结构，所述的定子组件至少带有一个驱动足，所述柔性带驱动结构包括柔性带、支撑轮、导向轮，柔性带夹持在支撑轮和驱动足中间，驱动足位于定子组件的下方，支撑轮位于驱动足的正下方，导向轮位于支撑轮两侧，驱动足、支撑轮、导向轮均与柔性带相接触，柔性带在驱动足摩擦驱动的作用下，沿着导向轮确定的方向运动。本发明通过超声致动直接驱动柔性带来实现的，可以应用于尺寸狭小，重量轻，易损伤等对动作器件有特殊需要的场合。

Description

柔性致动超声波电机

技术领域

本发明涉及的是一种电机技术领域的超声电机，具体涉及一种柔性致动超声波电机。

背景技术

超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将材料的微观变形通过振动和摩擦耦合转换为转子或滑块宏观运动的新型驱动器，与一般电磁电机相比，超声电机能直接输出低转速大力矩，且瞬态响应快、定位精度高，功率密度大，控制特性好，不受磁场影响，运动准确等优点，在航空航天，机器人，医疗器械，精密仪器，汽车工业具有广泛的应用。在一些需要柔性输出的场合，现在通常使用带传动机构，具有传动平稳，噪声小，缓冲，吸振和过载打滑可防止其他零件损坏等优点。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“皮带传动系统”(公开号：CN1702349)发明了一种皮带传动系统，结构由主动轮，从动轮，皮带自动校准带轮，相邻带轮组成，能够自动修正皮带轮的偏移。但是现有带传动结构，通常需要转子摩擦驱动传动带。转子的存在，限制了带传动机构体积的缩小和重量的减轻。所以在一些空间狭小，重量轻，易损伤的环境，如作为人工肌肉的动作器件植入人体环境等，无法使用一般的带传动机构。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种柔性致动超声电机。本发明的柔性超声电机没有旋转的转子，它是通过超声致动直接驱动柔性带来实现的。它可以应用于尺寸狭小，重量轻，易损伤等对动作器件有特殊需要的场合。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括定子组件、柔性带驱动结构。所述的定子组件至少带有一个驱动足，所述柔性带驱动结构包括柔性带、支撑轮、导向轮。连接关系为：柔性带夹持在支撑轮和驱动足中间，驱动足位于定子组件的下方，支撑轮位于驱动足的正下方，导向轮位于支撑轮两侧，驱动足、支撑轮、导向轮均与柔性带相接触，柔性带在驱动足摩擦驱动的作用下，沿着导向轮确定的方向运动。

所述定子组件包括驱动足、激励超声振动的压电陶瓷片和金属弹性体以及施加预压力的机构。其中压电陶瓷片对称粘贴在金属弹性体的上表面，施加预压力的机构位于压电陶瓷片和金属弹性体组成的复合体上方，并对该复合体施加预压力，定子组件下部有三角驱动足，驱动柔性带运动。

所述施加预压力的机构包括预紧力调节螺钉、螺钉支撑、垫片，预压力调节螺钉通过螺钉支撑压住垫片，并对于压电陶瓷片和金属弹性体组成的复合体施加预压力。

所述柔性带是由易弯曲的薄金属或非金属带，经研磨加工制成如砂皮一样的薄带。这种柔性带易弯曲，和一般的传送带的不同在于柔性带在厚度方向上无变形量。

所述的支撑轮和旋转电机输出运动的转子从根本上是不一样的，可以只是一个滚动部件，如轴承。

所述导向轮可以根据换向的需要，调整位置和距离。

本发明工作时，在对超声电机定子施加某一激励频率时，驱动足会产生椭圆运动，由摩擦力驱动夹持于驱动足和支撑轮间的柔性带，沿着导向轮确定的方向左右运动。这种运动的方向可以通过对超声电机激励频率或相位的控制来实现。

本发明的柔性致动超声电机具有多自由度，大力矩，重量轻，结构简单，传动平稳，无噪声，缓冲，吸振和过载打滑可防止其他零件损坏等优点，能够用在空间狭小的环境中，取代一般的电磁式电机和为了产生柔性力而采用的带传动机构。特别适合使用于可植入人体的动作器件，能够大大的减少运动部件的体积和复杂程度，减少通常的带传动机构。

附图说明

图1本发明实施结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实例。

如图1所示，在本实施例中，包含三角驱动足，导向轮为两个，普通连接件采用螺钉。本实施例具体部件包括：预压力调节螺钉1、螺钉支撑2、垫片3、矩形金属弹性体4、第一压电陶瓷片5、第一固定螺钉6、第二固定螺钉7、驱动足8、柔性带9、第一导向轮10、支撑轮11、第二导向轮12、第三固定螺钉13、第四固定螺钉14、第二压电陶瓷片15。

其中矩形金属弹性体4，第一压电陶瓷片5，第二压电陶瓷片15，垫片3，预紧力调节螺钉1，螺钉支撑2，驱动足8组成定子组件。

柔性带9，支撑轮11，两个导向轮10，12组成柔性带驱动结构。

上述各个部件的连接关系为：第一压电陶瓷片5和第二压电陶瓷片15对称的粘贴在矩形金属弹性体4上表面上，三个部件组成的复合体由四个固定螺钉6，7，13，14左右固定限制。在复合体正上方，用预压力调节螺钉1通过螺钉支撑2压住垫片3对复合体施加预压力。柔性带9被夹持在支撑轮11和驱动足8中间，且柔性带9和定子的驱动足8相接触；支撑轮11位于定子驱动足8的正下方，第一导向轮10在支撑轮11右方，第一导向轮12在支撑轮11左方，对柔性带进行导向。

当第一压电陶瓷片5被施加激励频率时，激发出金属弹性体4的相应的谐振模态和振型，位于金属弹性体4内中间部位的驱动足8端部产生椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足8和支撑轮11间的柔性带9在导向轮10，12的导向作用下向一个方向运动。当第二压电陶瓷片15被施加激励频率时，驱动足8端部产生反向的椭圆运动。由摩擦力驱动夹持于驱动足8和支撑轮11间的柔性带9在导向轮10，12的导向作用下向另一个方向运动。调整预压力调节螺钉1从而调节柔性带9和驱动足8之间的预压力，使超声电机工作在最佳状态。本实施例中，超声柔性致动电机能够产生柔性力输出，结构简单，输出力平稳。

Claims (5)

1.一种柔性致动超声波电机，包括定子组件、柔性带驱动结构，其特征在于，所述的定子组件至少带有一个驱动足，所述柔性带驱动结构包括柔性带、支撑轮、导向轮，柔性带夹持在支撑轮和驱动足中间，驱动足位于定子组件的下方，支撑轮位于驱动足的正下方，导向轮位于支撑轮两侧，驱动足、支撑轮、导向轮均与柔性带相接触，柔性带在驱动足摩擦驱动的作用下，沿着导向轮确定的方向运动。

2.根据权利要求1所述的柔性致动超声波电机，其特征是，所述定子组件还包括激励超声振动的压电陶瓷片和金属弹性体以及施加预压力的机构，其中压电陶瓷片对称粘贴在金属弹性体的上表面，施加预压力的机构对压电陶瓷片和金属弹性体组成的复合体施加预压力，定子组件下部有所述驱动足，驱动柔性带运动。

3.根据权利要求1所述的柔性致动超声波电机，其特征是，所述驱动足为三角驱动足。

4.根据权利要求1所述的柔性致动超声波电机，其特征是，所述的支撑轮为轴承。

5.根据权利要求2所述的柔性致动超声波电机，其特征是，所述施加预压力的机构包括预紧力调节螺钉、螺钉支撑、垫片，预紧力调节螺钉通过螺钉支撑压住垫片，并对于压电陶瓷片和金属弹性体组成的复合体施加预压力。

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