CN103929090B - 压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 - Google Patents
压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103929090B CN103929090B CN201410167318.9A CN201410167318A CN103929090B CN 103929090 B CN103929090 B CN 103929090B CN 201410167318 A CN201410167318 A CN 201410167318A CN 103929090 B CN103929090 B CN 103929090B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezo
- outerplanar
- electric stack
- body nut
- sharp body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000005284 excitation Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 18
- 238000004904 shortening Methods 0.000 claims description 16
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 6
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 208000031481 Pathologic Constriction Diseases 0.000 description 1
- 238000013475 authorization Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 210000001215 vagina Anatomy 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法，以解决现有旋转直线超声电机输出力小、输出功率低等问题。本发明包括电机支座、压电驱动器、被激体螺母、输出轴和预紧螺钉，电机支座为端部固定的筒形结构，被激体螺母为具有外平面和内螺纹的螺母弹性体，输出轴为螺纹轴结构刚性体，压电元件为压电堆叠，内置于电机支座中，通过预紧螺钉预紧于被激体螺母外平面，被激体螺母与输出轴通过螺纹副传动。施加交变电信号于压电驱动器，激发被激体螺母的弯曲振动模态，叠加耦合形成驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，实现输出轴旋转直线输出。本发明具有输出力大、输出功率高等优点，在航空航天等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法，属于精密驱动与定位技术领域。
背景技术
超声电机（也可称为超声波马达）是一种利用压电驱动器的逆压电效应激发振子（或称定子）产生微幅高频的超声振动，通过振子与动子间的摩擦耦合实现机械能输出的微特电机。按照动子的输出形式不同，超声电机可分为直线、旋转与多自由度等几种输出类型。旋转直线超声电机作为目前诸多输出类型超声电机中的一种，其振子与动子间主要采用螺纹副进行传动，通过螺纹传动副实现旋转直线两自由度运动的输出。与其它类超声电机相比，旋转直线超声电机具有结构简单、易于微型化、定位精度高等优势，可广泛应用于精密驱动与传动的技术领域。
根据振子的构成方式与驱动激励模式的不同，旋转直线超声电机主要有超声波导螺杆电动机、基于模态转换的金属方体定子旋转直线超声电机、螺纹驱动多面体超声电机以及压电片夹心式旋转直线超声电机等几种类型。其中美国专利《MECHANISM COMPRISEDOF ULTRASONIC LEAD SCREW MOTOR》，公开号为US2006049720-A1，公开日为Mar.9，2006，公开的超声波导螺杆电动机主要是将压电片粘贴于杆式结构定子外侧面，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。日本专利《超音波操作装置および微細管内検査システム》，公开号为JP2009261494-A，公开日为2009年11月12日，公开的基于模态转换的金属方体定子旋转直线超声电机主要是利用粘贴压电片的复合金属方体定子的径向收缩振动（R 3振动模态）和轴向伸缩振动（T 1振动模态）两种模态间的转换来实现旋转与直线运动的输出，并且这两种运动是相互独立的，可以实现单独控制。中国专利《螺纹驱动多面体超声电机》，公开号为CN1767347A，公开日为2006年5月3日，公开的螺纹驱动多面体超声电机主要是将压电片粘贴到金属薄壁圆筒定子外侧的平面上，转子与金属薄壁圆筒定子通过螺纹相啮合，通过激励压电片使定子中产生沿圆周方向的面内弯曲行波，该面内弯曲行波通过螺纹直接驱动转子旋转并转换成转子的轴向直线运动。中国专利《压电片夹心式旋转直线超声电机定子》，授权公告号CN102355157B，授权公告日2014年02月12日，公开的压电片夹心式旋转直线超声电机主要是将压电片以夹心式结构的方式布置于悬臂梁与自由梁定子中，激发定子的弯曲振动模态，利用模态耦合实现螺纹输出轴的旋转直线运动输出。
上述几种实现方式的旋转直线超声电机虽然在振子的构成方式或驱动激励模式有所不同，但其共同点是振子中用于激发振动的压电激振元件均采用单层片状形式的压电片作为激振源，导致电机的输出力较小（一般不超过10 N）、输出功率较低（一般不超过20mW）。这一问题在要求驱动器具有大输出力、高输出功率特性的航空航天、飞行器及军工技术等领域显得更为突出。
发明内容
为解决已有旋转直线超声电机由于采用压电片作为激振源，所导致的电机输出力小、输出功率低等技术问题，本发明公开了一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法。
本发明所采用的技术方案是：所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机包括电机支座、压电驱动器、被激体螺母、输出轴和预紧螺钉。所述的电机支座为端部固定的筒形结构，压电驱动器为压电堆叠，压电驱动器内置于电机支座中，并通过预紧螺钉加压预紧于被激体螺母的外平面，被激体螺母为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，输出轴为螺纹轴结构刚性体，被激体螺母与输出轴之间通过螺纹副传动。通过在压电驱动器上施加交变电信号，激发被激体螺母的弯曲振动模态叠加耦合形成驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，实现输出轴的旋转直线运动输出。
本发明所提出的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机具有输出力大、输出功率高等优点，其输出力可达20 N以上，并可获得50 mW以上的输出功率，在航空航天、军工技术等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的主视图；
图2所示为本发明提出的一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的剖视图；
图3所示为本发明提出的一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机电机支座的示意图；
图4所示为本发明提出的一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机被激体螺母的示意图；
图5所示为本发明提出的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机输出轴的示意图；
图6所示为本发明本发明提出的一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机被激体螺母截面变形示意图；
图7所示为本发明提出的一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的剖视图；
图8所示为本发明提出的一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机电机支座的示意图；
图9所示为本发明提出的一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机被激体螺母的示意图；
图10所示为本发明提出的一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的弹性螺母截面变形示意图；
图11所示为本发明提出的一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的剖视图；
图12所示为本发明提出的一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机电机支座的示意图；
图13所示为本发明提出的一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机被激体螺母的示意图；
图14所示为本发明提出的一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机弹性螺母截面变形示意图；
图15所示为本发明压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的被激体螺母弯曲振动变形图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6和图15说明本实施方式。本实施方式提供了一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法的实施方案，该单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机主要由电机支座1、压电驱动器2、被激体螺母3、输出轴4和预紧螺钉5组成。
所述的电机支座1为端部固定的筒形结构，其外圆面上均布4个用于与预紧螺钉5配合的平面，具体为电机支座第一外平面1-1、电机支座第二外平面1-2、电机支座第三外平面1-3和电机支座第四外平面1-4；压电驱动器2为4个哈尔滨芯明天科技有限公司型号为VS12系列的平头式柱形封装压电堆叠，具体为第一压电堆叠2-1、第二压电堆叠2-2、第三压电堆叠2-3和第四压电堆叠2-4；被激体螺母3为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，4个外平面用于与压电驱动器2配合连接，具体为被激体螺母第一外平面3-1、被激体螺母第二外平面3-2、被激体螺母第三外平面3-3和被激体螺母第四外平面3-4；输出轴4为螺纹轴结构刚性体，被激体螺母3与输出轴4之间通过螺纹副传动连接；所述的电机支座第一外平面1-1与预紧螺钉5配合预紧第一压电堆叠2-1作用于被激体螺母3的被激体螺母第一外平面3-1上，电机支座第二外平面1-2与预紧螺钉5配合预紧第二压电堆叠2-2作用于被激体螺母3的被激体螺母第二外平面3-2上，电机支座第三外平面1-3与预紧螺钉5配合预紧第三压电堆叠2-3作用于被激体螺母3的被激体螺母第三外平面3-3上，电机支座第四外平面1-4与预紧螺钉5配合预紧第四压电堆叠2-4作用于被激体螺母3的被激体螺母第四外平面3-4上。
压电驱动器2中的第一压电堆叠2-1与第三压电堆叠2-3对称布置，第一压电堆叠2-1构成激振组A1，第三压电堆叠2-3构成激振组A2，激振组A1与激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠2-2与第四压电堆叠2-4对称布置，第二压电堆叠2-2构成激振组B1，第四压电堆叠2-4构成激振组B2，激振组B1与激振组B2构成激振组B；激振组A与激振组B满足空间正交布置关系。
本实施方式的激励方法：参照图2、图6和图15进行说明。激振组A中激振组A1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组A2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组B中激振组B1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组B2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组A与激振组B通电交变电信号的频率相同，大于16 kHz的超声频段值相等，相位差满足90度或270度的正交关系。当激振组A与激振组B通电交变电信号的相位差分别为90度和270度时，激振组A与激振组B激发被激体螺母3的弯曲振动模态，叠加耦合形成两个运行方向相反的驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，分别实现输出轴4的正反两个方向的旋转直线运动输出。
具体实施方式二：结合图7、图8、图9、图10和图15说明本实施方式。本实施方式提供了一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法的实施方案。其组成部分和连接关系与具体实施方式一相同，区别在于压电驱动器2对被激体螺母3的激励模式不同。
所述的电机支座1为端部固定的筒形结构，其外圆面上均布8个用于与预紧螺钉5配合的平面，具体为电机支座第一外平面1-1、电机支座第二外平面1-2、电机支座第三外平面1-3、电机支座第四外平面1-4、电机支座第五外平面1-5、电机支座第六外平面1-6、电机支座第七外平面1-7和电机支座第八外平面1-8；所述的压电驱动器2为8个哈尔滨芯明天科技有限公司的型号为VS12系列的平头式柱形封装压电堆叠，具体为第一压电堆叠2-1、第二压电堆叠2-2、第三压电堆叠2-3、第四压电堆叠2-4、第五压电堆叠2-5、第六压电堆叠2-6、第七压电堆叠2-7和第八压电堆叠2-8；被激体螺母3为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，8个外平面用于与压电驱动器2配合连接，具体为被激体螺母第一外平面3-1、被激体螺母第二外平面3-2、被激体螺母第三外平面3-3、被激体螺母第四外平面3-4、被激体螺母第五外平面3-5、被激体螺母第六外平面3-6、被激体螺母第七外平面3-7和被激体螺母第八外平面3-8；所述的电机支座第一外平面1-1与预紧螺钉5配合预紧第一压电堆叠2-1作用于被激体螺母3的被激体螺母第一外平面3-1上，电机支座第二外平面1-2与预紧螺钉5配合预紧第二压电堆叠2-2作用于被激体螺母3的被激体螺母第二外平面3-2上，电机支座第三外平面1-3与预紧螺钉5配合预紧第三压电堆叠2-3作用于被激体螺母3的被激体螺母第三外平面3-3上，电机支座第四外平面1-4与预紧螺钉5配合预紧第四压电堆叠2-4作用于被激体螺母3的被激体螺母第四外平面3-4上，电机支座第五外平面1-5与预紧螺钉5配合预紧第五压电堆叠2-5作用于被激体螺母3的被激体螺母第五外平面3-5上，电机支座第六外平面1-6与预紧螺钉5配合预紧第六压电堆叠2-6作用于被激体螺母3的被激体螺母第六外平面3-6上，电机支座第七外平面1-7与预紧螺钉5配合预紧第七压电堆叠2-7作用于被激体螺母3的被激体螺母第七外平面3-7上，电机支座第八外平面1-8与预紧螺钉5配合预紧第八压电堆叠2-8作用于被激体螺母3的被激体螺母第八外平面3-8上。
压电驱动器2中的第一压电堆叠2-1和第五压电堆叠2-5对称布置，第二压电堆叠2-2和第六压电堆叠2-6对称布置，第三压电堆叠2-3和第七压电堆叠2-7对称布置，第四压电堆叠2-4和第八压电堆叠2-8对称布置；第一压电堆叠2-1与第二压电堆叠2-2空间45度布置，第二压电堆叠2-2与第三压电堆叠2-3空间45度布置，第三压电堆叠2-3与第四压电堆叠2-4空间45度布置。
压电驱动器2中的第一压电堆叠2-1和第五压电堆叠2-5构成激振组A1，第三压电堆叠2-3和第七压电堆叠2-7构成激振组A2，激振组A1和激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠2-2和第六压电堆叠2-6构成激振组B1，第四压电堆叠2-4和第八压电堆叠2-8构成激振组B2，激振组B1和激振组B2构成激振组B；激振组A与激振组B满足空间45度布置关系。
本实施方式的激励方法：参照图7、图10和图15进行说明。激振组A中激振组A1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组A2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组B中激振组B1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组B2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组A与激振组B通电交变电信号的频率相同，大于16 kHz的超声频段值相等，相位差满足90度或270度的正交关系。当激振组A与激振组B通电交变电信号的相位差分别为90度和270度时，激振组A与激振组B激发被激体螺母3的弯曲振动模态，叠加耦合形成两个运行方向相反的驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，分别实现输出轴4的正反两个方向的旋转直线运动输出。
具体实施方式三：结合图11、图12、图13、图14和图15说明本实施方式。本实施方式提供了一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法的实施方案。其组成部分和连接关系与具体实施方式一和具体实施方式二相同，区别在于压电驱动器2对被激体螺母3的激励模式不同。
所述的电机支座1为端部固定的筒形结构，其外圆面上均布12个用于与预紧螺钉5配合的平面，具体为电机支座第一外平面1-1、电机支座第二外平面1-2、电机支座第三外平面1-3、电机支座第四外平面1-4、电机支座第五外平面1-5、电机支座第六外平面1-6、电机支座第七外平面1-7、电机支座第八外平面1-8、电机支座第九外平面1-9、电机支座第十外平面1-10、电机支座第十一外平面1-11和电机支座第十二外平面1-12；所述的压电驱动器2为12个哈尔滨芯明天科技有限公司的型号为VS12系列的平头式柱形封装压电堆叠，具体为第一压电堆叠2-1、第二压电堆叠2-2、第三压电堆叠2-3、第四压电堆叠2-4、第五压电堆叠2-5、第六压电堆叠2-6、第七压电堆叠2-7、第八压电堆叠2-8、第九压电堆叠2-9、第十压电堆叠2-10、第十一压电堆叠2-11和第十二压电堆叠2-12；被激体螺母3为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，12个外平面用于与压电驱动器2配合连接，具体为被激体螺母第一外平面3-1、被激体螺母第二外平面3-2、被激体螺母第三外平面3-3、被激体螺母第四外平面3-4、被激体螺母第五外平面3-5、被激体螺母第六外平面3-6、被激体螺母第七外平面3-7、被激体螺母第八外平面3-8、被激体螺母第九外平面3-9、被激体螺母第十外平面3-10、被激体螺母第十一外平面3-11和被激体螺母第十二外平面3-12；所述的电机支座第一外平面1-1与预紧螺钉5配合预紧第一压电堆叠2-1作用于被激体螺母3的被激体螺母第一外平面3-1上，电机支座第二外平面1-2与预紧螺钉5配合预紧第二压电堆叠2-2作用于被激体螺母3的被激体螺母第二外平面3-2上，电机支座第三外平面1-3与预紧螺钉5配合预紧第三压电堆叠2-3作用于被激体螺母3的被激体螺母第三外平面3-3上，电机支座第四外平面1-4与预紧螺钉5配合预紧第四压电堆叠2-4作用于被激体螺母3的被激体螺母第四外平面3-4上，电机支座第五外平面1-5与预紧螺钉5配合预紧第五压电堆叠2-5作用于被激体螺母3的被激体螺母第五外平面3-5上，电机支座第六外平面1-6与预紧螺钉5配合预紧第六压电堆叠2-6作用于被激体螺母3的被激体螺母第六外平面3-6上，电机支座第七外平面1-7与预紧螺钉5配合预紧第七压电堆叠2-7作用于被激体螺母3的被激体螺母第七外平面3-7上，电机支座第八外平面1-8与预紧螺钉5配合预紧第八压电堆叠2-8作用于被激体螺母3的被激体螺母第八外平面3-8上，电机支座第九外平面1-9与预紧螺钉5配合预紧第九压电堆叠2-9作用于被激体螺母3的被激体螺母第九外平面3-9上，电机支座第十外平面1-10与预紧螺钉5配合预紧第十压电堆叠2-10作用于被激体螺母3的被激体螺母第十外平面3-10上，电机支座第十一外平面1-11与预紧螺钉5配合预紧第十一压电堆叠2-11作用于被激体螺母3的被激体螺母第十一外平面3-11上，电机支座第十二外平面1-12与预紧螺钉5配合预紧第十二压电堆叠2-12作用于被激体螺母3的被激体螺母第十二外平面3-12上。
压电驱动器2中的第一压电堆叠2-1和第七压电堆叠2-7对称布置，第二压电堆叠2-2和第八压电堆叠2-8对称布置，第三压电堆叠2-3和第九压电堆叠2-9对称布置，第四压电堆叠2-4和第十压电堆叠2-10对称布置，第五压电堆叠2-5和第十一压电堆叠2-11对称布置，第六压电堆叠2-6和第十二压电堆叠2-12对称布置；第一压电堆叠2-1与第二压电堆叠2-2空间30度布置，第二压电堆叠2-2与第三压电堆叠2-3空间30度布置，第三压电堆叠2-3与第四压电堆叠2-4空间30度布置，第四压电堆叠2-4与第五压电堆叠2-5空间30度布置，第五压电堆叠2-5与第六压电堆叠2-6空间30度布置。
压电驱动器2中的第一压电堆叠2-1、第五压电堆叠2-5和第九压电堆叠2-9构成激振组A1，第三压电堆叠2-3、第七压电堆叠2-7和第十一压电堆叠2-11构成激振组A2，激振组A1和激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠2-2、第六压电堆叠2-6和第十压电堆叠2-10构成激振组B1，第四压电堆叠2-4、第八压电堆叠2-8和第十二压电堆叠2-12构成激振组B2，激振组B1和激振组B2构成激振组B。
激振组A与激振组B满足空间30度布置关系。
本实施方式的激励方法：参照图10、图14和图15进行说明。激振组A中激振组A1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组A2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组B中激振组B1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组B2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组A与激振组B通电交变电信号的频率相同，大于16 kHz的超声频段值相等，相位差满足90度或270度的正交关系。当激振组A与激振组B通电交变电信号的相位差分别为90度和270度时，激振组A与激振组B激发被激体螺母3的弯曲振动模态，叠加耦合形成两个运行方向相反的驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，分别实现输出轴4的正反两个方向的旋转直线运动输出。
Claims (8)
1.一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，由电机支座（1）、压电驱动器（2）、被激体螺母（3）、输出轴（4）和预紧螺钉（5）组成；所述的电机支座（1）为端部固定的筒形结构，被激体螺母（3）为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，压电驱动器（2）为4n个压电堆叠，n为整数，压电驱动器（2）内置于电机支座（1）中，并通过预紧螺钉（5）加压预紧于被激体螺母（3）的外平面，输出轴（4）为螺纹轴结构刚性体，被激体螺母（3）与输出轴（4）之间通过螺纹副传动；
其特征在于：所述旋转直线超声电机为一种单波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其中压电驱动器（2）为4个压电堆叠，具体为第一压电堆叠（2-1）、第二压电堆叠（2-2）、第三压电堆叠（2-3）和第四压电堆叠（2-4）；均布于电机支座（1）外圆面上的4个平面用于与预紧螺钉（5）配合，具体为电机支座第一外平面（1-1）、电机支座第二外平面（1-2）、电机支座第三外平面（1-3）和电机支座第四外平面（1-4）；均布于被激体螺母（3）外圆面上的4个外平面用于与压电驱动器（2）配合，具体为被激体螺母第一外平面（3-1）、被激体螺母第二外平面（3-2）、被激体螺母第三外平面（3-3）和被激体螺母第四外平面（3-4）；所述的电机支座第一外平面（1-1）与预紧螺钉（5）配合预紧第一压电堆叠（2-1）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第一外平面（3-1）上，电机支座第二外平面（1-2）与预紧螺钉（5）配合预紧第二压电堆叠（2-2）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第二外平面（3-2）上，电机支座第三外平面（1-3）与预紧螺钉（5）配合预紧第三压电堆叠（2-3）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第三外平面（3-3）上，电机支座第四外平面（1-4）与预紧螺钉（5）配合预紧第四压电堆叠（2-4）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第四外平面（3-4）上。
2.根据权利要求1所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其特征在于：所述的第一压电堆叠（2-1）与第三压电堆叠（2-3）对称布置，第一压电堆叠（2-1）构成激振组A1，第三压电堆叠（2-3）构成激振组A2，激振组A1与激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠（2-2）与第四压电堆叠（2-4）对称布置，第二压电堆叠（2-2）构成激振组B1，第四压电堆叠（2-4）构成激振组B2，激振组B1与激振组B2构成激振组B；激振组A与激振组B满足空间正交布置关系。
3.一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，由电机支座（1）、压电驱动器（2）、被激体螺母（3）、输出轴（4）和预紧螺钉（5）组成；所述的电机支座（1）为端部固定的筒形结构，被激体螺母（3）为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，压电驱动器（2）为4n个压电堆叠，n为整数，压电驱动器（2）内置于电机支座（1）中，并通过预紧螺钉（5）加压预紧于被激体螺母（3）的外平面，输出轴（4）为螺纹轴结构刚性体，被激体螺母（3）与输出轴（4）之间通过螺纹副传动；
其特征在于：所述旋转直线超声电机为一种两波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其中压电驱动器（2）为8个压电堆叠，具体为第一压电堆叠（2-1）、第二压电堆叠（2-2）、第三压电堆叠（2-3）、第四压电堆叠（2-4）、第五压电堆叠（2-5）、第六压电堆叠（2-6）、第七压电堆叠（2-7）和第八压电堆叠（2-8）；均布于电机支座（1）外圆面上的8个平面用于与预紧螺钉（5）配合，具体为电机支座第一外平面（1-1）、电机支座第二外平面（1-2）、电机支座第三外平面（1-3）、电机支座第四外平面（1-4）、电机支座第五外平面（1-5）、电机支座第六外平面（1-6）、电机支座第七外平面（1-7）和电机支座第八外平面（1-8）；均布于被激体螺母（3）外圆面上的8个外平面用于与压电驱动器（2）配合，具体为被激体螺母第一外平面（3-1）、被激体螺母第二外平面（3-2）、被激体螺母第三外平面（3-3）、被激体螺母第四外平面（3-4）、被激体螺母第五外平面（3-5）、被激体螺母第六外平面（3-6）、被激体螺母第七外平面（3-7）和被激体螺母第八外平面（3-8）；所述的电机支座第一外平面（1-1）与预紧螺钉（5）配合预紧第一压电堆叠（2-1）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第一外平面（3-1）上，电机支座第二外平面（1-2）与预紧螺钉（5）配合预紧第二压电堆叠（2-2）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第二外平面（3-2）上，电机支座第三外平面（1-3）与预紧螺钉（5）配合预紧第三压电堆叠（2-3）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第三外平面（3-3）上，电机支座第四外平面（1-4）与预紧螺钉（5）配合预紧第四压电堆叠（2-4）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第四外平面（3-4）上，电机支座第五外平面（1-5）与预紧螺钉（5）配合预紧第五压电堆叠（2-5）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第五外平面（3-5）上，电机支座第六外平面（1-6）与预紧螺钉（5）配合预紧第六压电堆叠（2-6）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第六外平面（3-6）上，电机支座第七外平面（1-7）与预紧螺钉（5）配合预紧第七压电堆叠（2-7）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第七外平面（3-7）上，电机支座第八外平面（1-8）与预紧螺钉（5）配合预紧第八压电堆叠（2-8）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第八外平面（3-8）上。
4.根据权利要求3所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其特征在于：所述的第一压电堆叠（2-1）和第五压电堆叠（2-5）对称布置，第二压电堆叠（2-2）和第六压电堆叠（2-6）对称布置，第三压电堆叠（2-3）和第七压电堆叠（2-7）对称布置，第四压电堆叠（2-4）和第八压电堆叠（2-8）对称布置；第一压电堆叠（2-1）与第二压电堆叠（2-2）空间45度布置，第二压电堆叠（2-2）与第三压电堆叠（2-3）空间45度布置，第三压电堆叠（2-3）与第四压电堆叠（2-4）空间45度布置；其中第一压电堆叠（2-1）和第五压电堆叠（2-5）构成激振组A1，第三压电堆叠（2-3）和第七压电堆叠（2-7）构成激振组A2，激振组A1和激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠（2-2）和第六压电堆叠（2-6）构成激振组B1，第四压电堆叠（2-4）和第八压电堆叠（2-8）构成激振组B2，激振组B1和激振组B2构成激振组B；激振组A与激振组B满足空间45度布置关系。
5.一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，由电机支座（1）、压电驱动器（2）、被激体螺母（3）、输出轴（4）和预紧螺钉（5）组成；所述的电机支座（1）为端部固定的筒形结构，被激体螺母（3）为具有外平面和内螺纹的螺母结构弹性体，压电驱动器（2）为4n个压电堆叠，n为整数，压电驱动器（2）内置于电机支座（1）中，并通过预紧螺钉（5）加压预紧于被激体螺母（3）的外平面，输出轴（4）为螺纹轴结构刚性体，被激体螺母（3）与输出轴（4）之间通过螺纹副传动；
其特征在于：所述旋转直线超声电机为一种三波长激振模式的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其中压电驱动器（2）为12个压电堆叠，具体为第一压电堆叠（2-1）、第二压电堆叠（2-2）、第三压电堆叠（2-3）、第四压电堆叠（2-4）、第五压电堆叠（2-5）、第六压电堆叠（2-6）、第七压电堆叠（2-7）、第八压电堆叠（2-8）、第九压电堆叠（2-9）、第十压电堆叠（2-10）、第十一压电堆叠（2-11）和第十二压电堆叠（2-12）；均布于电机支座（1）外圆面上的12个平面用于与预紧螺钉（5）配合，具体为电机支座第一外平面（1-1）、电机支座第二外平面（1-2）、电机支座第三外平面（1-3）、电机支座第四外平面（1-4）、电机支座第五外平面（1-5）、电机支座第六外平面（1-6）、电机支座第七外平面（1-7）、电机支座第八外平面（1-8）、电机支座第九外平面（1-9）、电机支座第十外平面（1-10）、电机支座第十一外平面（1-11）和电机支座第十二外平面（1-12）；均布于被激体螺母（3）外圆面上的12个外平面用于与压电驱动器（2）配合，具体为被激体螺母第一外平面（3-1）、被激体螺母第二外平面（3-2）、被激体螺母第三外平面（3-3）、被激体螺母第四外平面（3-4）、被激体螺母第五外平面（3-5）、被激体螺母第六外平面（3-6）、被激体螺母第七外平面（3-7）、被激体螺母第八外平面（3-8）、被激体螺母第九外平面（3-9）、被激体螺母第十外平面（3-10）、被激体螺母第十一外平面（3-11）和被激体螺母第十二外平面（3-12）；所述的电机支座第一外平面（1-1）与预紧螺钉（5）配合预紧第一压电堆叠（2-1）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第一外平面（3-1）上，电机支座第二外平面（1-2）与预紧螺钉（5）配合预紧第二压电堆叠（2-2）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第二外平面（3-2）上，电机支座第三外平面（1-3）与预紧螺钉（5）配合预紧第三压电堆叠（2-3）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第三外平面（3-3）上，电机支座第四外平面（1-4）与预紧螺钉（5）配合预紧第四压电堆叠（2-4）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第四外平面（3-4）上，电机支座第五外平面（1-5）与预紧螺钉（5）配合预紧第五压电堆叠（2-5）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第五外平面（3-5）上，电机支座第六外平面（1-6）与预紧螺钉（5）配合预紧第六压电堆叠（2-6）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第六外平面（3-6）上，电机支座第七外平面（1-7）与预紧螺钉（5）配合预紧第七压电堆叠（2-7）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第七外平面（3-7）上，电机支座第八外平面（1-8）与预紧螺钉（5）配合预紧第八压电堆叠（2-8）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第八外平面（3-8）上，电机支座第九外平面（1-9）与预紧螺钉（5）配合预紧第九压电堆叠（2-9）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第九外平面（3-9）上，电机支座第十外平面（1-10）与预紧螺钉（5）配合预紧第十压电堆叠（2-10）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第十外平面（3-10）上，电机支座第十一外平面（1-11）与预紧螺钉（5）配合预紧第十一压电堆叠（2-11）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第十一外平面（3-11）上，电机支座第十二外平面（1-12）与预紧螺钉（5）配合预紧第十二压电堆叠（2-12）作用于被激体螺母（3）的被激体螺母第十二外平面（3-12）上。
6.根据权利要求5所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机，其特征在于：所述的第一压电堆叠（2-1）和第七压电堆叠（2-7）对称布置，第二压电堆叠（2-2）和第八压电堆叠（2-8）对称布置，第三压电堆叠（2-3）和第九压电堆叠（2-9）对称布置，第四压电堆叠（2-4）和第十压电堆叠（2-10）对称布置，第五压电堆叠（2-5）和第十一压电堆叠（2-11）对称布置，第六压电堆叠（2-6）和第十二压电堆叠（2-12）对称布置；第一压电堆叠（2-1）与第二压电堆叠（2-2）空间30度布置，第二压电堆叠（2-2）与第三压电堆叠（2-3）空间30度布置，第三压电堆叠（2-3）与第四压电堆叠（2-4）空间30度布置，第四压电堆叠（2-4）与第五压电堆叠（2-5）空间30度布置，第五压电堆叠（2-5）与第六压电堆叠（2-6）空间30度布置；其中第一压电堆叠（2-1）、第五压电堆叠（2-5）和第九压电堆叠（2-9）构成激振组A1，第三压电堆叠（2-3）、第七压电堆叠（2-7）和第十一压电堆叠（2-11）构成激振组A2，激振组A1和激振组A2构成激振组A；第二压电堆叠（2-2）、第六压电堆叠（2-6）和第十压电堆叠（2-10）构成激振组B1，第四压电堆叠（2-4）、第八压电堆叠（2-8）和第十二压电堆叠（2-12）构成激振组B2，激振组B1和激振组B2构成激振组B；激振组A与激振组B满足空间30度布置关系。
7.一种压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的激励方法，该激励方法基于权利要求2、4或6所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机实现；
其特征在于：所述的激振组A中激振组A1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组A2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组B中激振组B1施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，激振组B2施加同时使其产生相应缩短或伸长变形的交变电信号；激振组A与激振组B通电交变电信号的频率相同，大于16 kHz的超声频段，幅值相等，相位差满足90度或270度的正交关系；当激振组A与激振组B通电交变电信号的相位差分别为90度和270度时，激振组A与激振组B激发被激体螺母（3）的弯曲振动模态，叠加耦合形成两个运行方向相反的驱动行波，通过螺纹副传动产生驱动力，分别实现输出轴（4）的正反两个方向的旋转直线运动输出。
8.根据权利要求7所述的压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机的激励方法，其特征在于：其激励交变电信号的波形为正弦波、方波或锯齿波。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410167318.9A CN103929090B (zh) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | 压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410167318.9A CN103929090B (zh) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | 压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103929090A CN103929090A (zh) | 2014-07-16 |
| CN103929090B true CN103929090B (zh) | 2017-02-01 |
Family
ID=51147196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410167318.9A Active CN103929090B (zh) | 2014-04-24 | 2014-04-24 | 压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103929090B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108063564B (zh) * | 2018-01-12 | 2023-12-01 | 吉林大学 | 一种新型摩擦式直线压电驱动器 |
| CN111854663A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-10-30 | 合肥工业大学 | 一种压电螺纹驱动式一维定位平台 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041482A (zh) * | 1988-09-30 | 1990-04-18 | 洛克威尔国际有限公司 | 压电致动器 |
| US6359370B1 (en) * | 1995-02-28 | 2002-03-19 | New Jersey Institute Of Technology | Piezoelectric multiple degree of freedom actuator |
| CN101227157A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-07-23 | 清华大学 | 采用兰杰文振子结构的压电螺纹驱动器 |
| CN101364775A (zh) * | 2008-09-28 | 2009-02-11 | 浙江大学 | 一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机 |
| CN203251241U (zh) * | 2013-03-26 | 2013-10-23 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种直线旋转耦合输出型压电驱动装置 |
-
2014
- 2014-04-24 CN CN201410167318.9A patent/CN103929090B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041482A (zh) * | 1988-09-30 | 1990-04-18 | 洛克威尔国际有限公司 | 压电致动器 |
| US6359370B1 (en) * | 1995-02-28 | 2002-03-19 | New Jersey Institute Of Technology | Piezoelectric multiple degree of freedom actuator |
| CN101227157A (zh) * | 2007-12-28 | 2008-07-23 | 清华大学 | 采用兰杰文振子结构的压电螺纹驱动器 |
| CN101364775A (zh) * | 2008-09-28 | 2009-02-11 | 浙江大学 | 一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机 |
| CN203251241U (zh) * | 2013-03-26 | 2013-10-23 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 一种直线旋转耦合输出型压电驱动装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103929090A (zh) | 2014-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102355157B (zh) | 压电片夹心式旋转直线超声电机定子 | |
| CN101626206B (zh) | 纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子 | |
| EP2587343A1 (en) | Method of generating 3d haptic feedback and an associated handheld electronic device | |
| CN102710167B (zh) | 弯振子激励的旋转超声电机及其电激励方式 | |
| CN102751905B (zh) | 新型双齿面旋转超声电机定子及其激励方式 | |
| CN103929090B (zh) | 压电驱动器激振的筒结构旋转直线超声电机及其激励方法 | |
| CN103115055A (zh) | 贴片式具有自锁和解锁功能的超声波螺母 | |
| CN110677073B (zh) | 贴片式行波型双面交错齿超声电机定子 | |
| CN102882420A (zh) | 贴片式压电金属复合梁及激励该复合梁实现纵弯复合振动的方法 | |
| CN206164396U (zh) | 一种柱状结构的微纳精密压电螺纹驱动机构 | |
| CN101651431B (zh) | 悬臂纵弯复合换能器式圆筒形行波超声电机振子 | |
| CN101895231A (zh) | 一种微型二自由度平面运动压电电机 | |
| CN103117675B (zh) | 多振子组合式超声振子激励的大推力精密定位超声电机 | |
| CN103746601A (zh) | 贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子 | |
| CN103944444B (zh) | 轮形结构螺纹副驱动型超声电机及其激励方法 | |
| CN102904480A (zh) | 夹心式方框型超声波电机振子 | |
| CN103762886A (zh) | 夹心式t型双足直线压电超声电机振子 | |
| US20110148253A1 (en) | Piezoelectric actuator for use in micro engineering applications | |
| CN105305875A (zh) | 一种肋板位移型纵扭复合超声电机 | |
| CN103174724B (zh) | 夹心式悬臂梁弯曲振动工作模式的可解锁螺母 | |
| CN201742323U (zh) | 一种新型直线超声微马达 | |
| CN102025286A (zh) | 一种基于交变力的直线超声电机 | |
| CN201918918U (zh) | 基于交变力的直线超声电机 | |
| CN103929093A (zh) | 压电驱动器径向致振的盘式压电啮合马达及其激励方法 | |
| CN102118118A (zh) | 直线型超声波微电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| OL01 | Intention to license declared | ||
| OL01 | Intention to license declared |