CN105281598A - 夹心式模态转换超声电机、驱动平台及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种夹心式模态转换超声电机、驱动平台及其驱动方法，以解决对于单独采用梁结构或盘结构弹性体超声电机整体输出性能不理想等技术问题。本发明包括固定底座、第一弹性体、第二弹性体、转动体、键、推力球轴承、蝶形弹簧、螺母和输出轴，第一弹性体为梁结构，且第一弹性体设置有模态转换器结构，第二弹性体为板结构，压电陶瓷片采用<i>d</i>33激振模式。施加超声频段内激励电信号于压电陶瓷片，激发第一弹性体和第二弹性体分别产生纵振和弯振模态，利用振动模态的叠加耦合，产生驱动摩擦力，实现本发明的运动输出。本发明具有输出功率大、电机运行平稳以及应用范围广等技术优势，在精密驱动与微定位技术领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种夹心式模态转换超声电机、驱动平台及其驱动方法，属于精密驱动与微定位技术领域。
背景技术
超声电机是利用压电元件的逆压电效应激励弹性体产生微幅超声振动，通过摩擦耦合实现机械能输出的微特电机。与传统电磁电机相比，因其具有结构易于微型化、响应速度快、无电磁干扰等技术优势，广泛应用于精密驱动与微定位技术领域。根据弹性体（或称为定子）的结构形式与驱动激励模式的不同，超声电机主要有梁结构弹性体超声电机和板结构弹性体超声电机等几种类型。
中国专利《杆式行波型超声电机》，授权公告号为CN100525057C，授权公告日为2009年8月5日，公开的一种杆式行波型超声电机，其定子组件由底座和上配重块将压电陶瓷片组和电极片组通过底座的螺杆旋紧连接，上配重块呈圆盘状，上端部有一尺寸相对较小的内槽凸台，底座外缘具有四个安装用的螺纹孔，电机转子组件由柔性转子、销、压盖、轴等构成，电机定转子之间的预压力通过压紧弹簧来获得和调节，当电机通入超声频域内一定的交流电压时，电子定子部分上配重块与转子接触的表面的质点做椭圆运动，由于定转子之间存在预压力，定转子间会产生摩擦力，这种摩擦力会推动转子转动；中国专利《弯振模态梁式直线超声电机振子》，授权公告号为CN101626203B，授权公告日为2011年7月20日，公开的一种弯振模态梁式直线超声电机振子由两个驱动足、两个端盖、两个绝缘套、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片、法兰盘、两个薄壁梁和安装座组成，法兰盘的端面上沿其轴线各伸出一根螺柱，每个螺柱上套有一对压电陶瓷片，每个螺柱的悬伸端端部旋合有端盖，每个端盖的末端上都设置一个驱动足，所述每片压电陶瓷片由切分后组合的、对称的两个半片压电陶瓷片组成，两个半片压电陶瓷片之间极化方向相反，法兰两侧的两对压电陶瓷片的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片中的压电陶瓷片的极化方向相反；中国专利《圆盘型非接触超声电机》，授权公告号为CN100525056C，授权公告日为2009年8月5日，公开的一种圆盘型非接触超声电机，主要由定子组件、转子组件和制作组件构成，定子组件由圆盘形定子基体和压电陶瓷粘贴构成，电机的转子组件由转子基体、轴、弹簧、螺母等构成，电机支座组件由底座、外壳、螺钉构成，当电机通入超声频率范围内一定的交变电压时，电机定子产生超声频率的转动，通过粘性力驱动转子转动，动力由轴输出；中国专利《新型旋转型行波超声电机》，申请公告号为CN102437787A，申请公告日为2012年5月2日，公开的一种新型旋转型行波超声电机，其主要部件有二个定子、转子、底座、摩擦衬垫、挡圈以及轴承等，其中，两个形状相同的定子对称布置并且压紧转子两个端面，保证两定子的工作面可靠实现与转子表面平行接触，使定转子接触面受力均匀，这样可以克服目前基于单定子结构的旋转型行波超声电机定转子存在径向接触不均匀、接触范围小、定转子存在径向滑移摩擦损耗等缺陷，有望提高旋转型行波超声电机的最大输出转矩和效率，并且延长旋转型行波超声电机的使用寿命。
由超声电机的驱动原理可知，相同条件下电机定子的振动幅值越大，定子与转子间有效接触面积越大，越有利于电机整机性能的提高。而上述采用梁结构弹性体的超声电机，虽然电机定子振动幅值较大，但定子与转子间有效接触面积较小，使得梁结构超声电机的机械输出性能受限；对于采用板结构弹性体的超声电机，与梁结构超声电机相比，虽然电机定子与转子间有效接触面积较大，但定子的振动幅值一般较小，同样表现为限制了超声电机机械功率的强力输出。由此可见，对于单独采用梁结构弹性体或板结构弹性体的超声电机，由于定、转子间有效接触面积小或振动幅值不大等技术问题，导致超声电机整体输出性能不理想，限制了其在精密驱动与微定位技术领域中的应用与发展。
发明内容
为解决对于单独采用梁结构弹性体或板结构弹性体的超声电机，由于定、转子间有效接触面积小或振动幅值不大所导致超声电机整体输出性能不理想等技术问题，本发明公开了一种夹心式模态转换超声电机、驱动平台及其驱动方法。
本发明所采用的技术方案是：所述夹心式模态转换超声电机包括固定底座、第一弹性体、第二弹性体、转动体、键、推力球轴承、蝶形弹簧、螺母和输出轴组成。
所述固定底座为板结构，所述固定底座一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有n个通孔结构，其中n为大于等于1的整数；所述固定底座一侧端部表面中心位置设有螺纹孔结构，所述固定底座另一侧端部表面中心位置设有沉头孔结构，所述固定底座螺纹孔结构与沉头孔结构中心位置设有通孔结构。所述第一弹性体由前匹配端、通电电极片、环形压电陶瓷片、后匹配端和绝缘套筒组成；所述前匹配端为中空阶梯轴结构，所述前匹配端一侧端部设置有外螺纹结构，所述前匹配端另一侧端部设置有外螺纹结构，所述前匹配端阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹结构之间的外圆柱表面用于绝缘套筒的套接安装，所述前匹配端两侧端部表面中心位置设有通孔结构。所述环形压电陶瓷片采用d 33激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片与4i+1片通电电极片通过绝缘套筒相互间隔套接于前匹配端阶梯圆环面与外螺纹结构之间的外圆柱表面上，其中i为大于等于1的整数；所述绝缘套筒为薄壁圆环状结构。所述后匹配端为中空圆柱体结构，所述后匹配端一侧端部设置有外螺纹结构，所述后匹配端另一侧端部表面设置有螺纹孔结构，所述后匹配端两侧端部表面中心位置设有通孔结构，所述后匹配端外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器结构，其中h为大于等于1的整数。所述第二弹性体为平面型第二弹性体或梳齿性第二弹性体。所述转动体为板结构，所述转动体一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽结构，与第二弹性体的圆形凹槽结构相对布置；所述转动体另一侧端部表面中心位置设有凸缘结构，所述转动体凸缘结构端部表面设置有阶梯孔结构，所述转动体端部表面中心位置设有通孔结构，所述转动体凸缘结构内部设置有键槽结构。所述输出轴为阶梯轴结构，所述输出轴一侧端部设置有键槽结构，所述输出轴靠近键槽结构一侧设置有外螺纹结构，所述输出轴另一侧端部设置有外螺纹结构，所述输出轴与推力球轴承配合连接的外圆周表面上靠近键槽结构一侧设置有键槽结构。
所述布置于第一弹性体上的环形压电陶瓷片构成激振组A。
所述一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法具体为：所述激振组A通以某一超声频率（一般大于16kHz）的交流激励电信号，通过模态转换器结构激发其所在的第一弹性体产生扭转振动模态，激发的纵向振动激励第二弹性体产生弯曲振动模态，利用振动模态的叠加耦合，在第二弹性体与转动体的接触表面上产生驱动摩擦力，实现本发明的运动输出；所述交流激励电信号可为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。
本发明的有益效果是：本发明采用梁板复合方式的弹性体对超声电机进行激振，利用梁结构弹性体与板结构弹性体振动模态的叠加耦合，在实现电机定子较大振动幅值的同时，可获得电机定子与转子间较大的有效接触面积，使得超声电机的整机输出性能获得大幅度提升。本发明具有输出功率大、电机运行平稳、定位精度高、环境适应性强以及应用范围广等技术优势，在精密驱动与微定位技术领域中具有较大的应用与发展前景。
附图说明
图1所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的剖视图；
图2所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的固定底座的主视图；
图3所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的固定底座的剖视图；
图4所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的第一弹性体的主视图；
图5所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的第一弹性体的剖视图；
图6所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的第一弹性体中前匹配端的剖视图；
图7所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的第一弹性体中后匹配端的剖视图；
图8所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机第一弹性体中绝缘套筒的剖视图；
图9所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的第一弹性体中环形压电陶瓷片与通电电极片的布置方式与通电方法示意图；
图10所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的平面型第二弹性体的主视图；
图11所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的平面型第二弹性体的剖视图；
图12所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的梳齿接触型第二弹性体的主视图；
图13所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的梳齿接触型第二弹性体的剖视图；
图14所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的转动体的主视图；
图15所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的转动体的剖视图；
图16所示为本发明提出的一种夹心式模态转换超声电机的输出轴的局部剖视图；
图17所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的剖视图；
图18所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的固定外架的剖视图；
图19所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的固定外架的俯视图；
图20所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台中第一弹性体的主视图；
图21所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台中第一弹性体的剖视图；
图22所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台中第一弹性体的前匹配端的剖视；
图23所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台中第一弹性体的后匹配端的剖视图；
图24所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的旋转台的剖视图；
图25所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的旋转台的主视图；
图26所示为本发明提出的一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的紧固连接件的局部剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1~图11、图14~图16说明本实施方式。本实施方式提供了一种夹心式模态转换超声电机的具体实施方案。所述夹心式模态转换超声电机主要由固定底座1、第一弹性体2、第二弹性体3、转动体4、键5、推力球轴承6、蝶形弹簧7、螺母8和输出轴9组成。
所述固定底座1为板结构，所述固定底座1一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有n个通孔1-1结构，其用于实现本发明的固定安装，其中n为大于等于1的整数；所述固定底座1一侧端部表面中心位置设有螺纹孔1-2结构，其用于与第一弹性体2前匹配端2-1一侧端部的外螺纹2-1-1结构旋合连接实现第一弹性体2的紧固安装；所述固定底座1另一侧端部表面中心位置设有沉头孔1-3结构，其用于螺母8的布置与推力球轴承6的紧密配合，实现输出轴9一侧端部的紧固安装；所述固定底座1螺纹孔1-2结构与沉头孔1-3结构中心位置设有通孔1-4结构，其用于实现输出轴9的间隙布置。
所述第一弹性体2由前匹配端2-1、通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3、后匹配端2-4和绝缘套筒2-5组成；所述前匹配端2-1为中空阶梯轴结构，所述前匹配端2-1一侧端部设置有外螺纹2-1-1结构，其用于与固定底座1的螺纹孔1-2结构旋合连接实现第一弹性体2的固定安装；所述前匹配端2-1另一侧端部设置有外螺纹2-1-3结构，其用于与后匹配端2-4一侧端部的螺纹孔2-4-2结构旋合连接实现通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3和绝缘套筒2-5的夹紧连接；所述前匹配端2-1阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹2-1-3结构之间的外圆柱表面2-1-2用于绝缘套筒2-5的套接安装；所述前匹配端2-1两侧端部表面中心位置设有通孔2-1-4结构，其用于实现输出轴9的间隙布置。所述环形压电陶瓷片2-3采用d 33激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片2-2为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片2-3与4i+1片通电电极片2-2通过绝缘套筒2-5相互间隔套接于前匹配端2-1阶梯圆环面与外螺纹2-1-3结构之间的外圆柱表面2-1-2上，其中i为大于等于1的整数；所述绝缘套筒2-5为薄壁圆环状结构。所述后匹配端2-4为中空圆柱体结构，所述后匹配端2-4一侧端部设置有外螺纹2-4-1结构，其用于与第二弹性体3的螺纹孔3-1旋合连接实现第一弹性体2与第二弹性体3的紧固连接；所述后匹配端2-4另一侧端部表面设置有螺纹孔2-4-2结构，其用于与第一弹性体2前匹配端2-1一侧端部外螺纹2-1-3结构旋合连接实现通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3和绝缘套筒2-5的夹紧连接；所述后匹配端2-4两侧端部表面中心位置设有通孔2-4-3结构，其用于实现输出轴9的间隙布置；所述后匹配端2-4外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器2-4-4结构，其用于实现纵振模态与扭转振动模态的转换，其中h为大于等于1的整数；所述布置于后匹配端2-4外圆周表面上的模态转换器2-4-4结构为阵列多个矩形槽结构或阵列多个圆孔结构或阵列多个螺旋槽结构。
所述第二弹性体3为平面型第二弹性体，所述平面型第二弹性体3一侧端部表面中心位置设有螺纹孔3-1结构，其用于与第一弹性体2后匹配端2-4一侧端部外螺纹2-4-1结构旋合连接，实现第一弹性体2与第二弹性体3的紧固连接；所述平面型第二弹性体3另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽3-3结构；所述平面型第二弹性体3圆形凹槽3-3结构一侧端部表面设置有摩擦材料3-4，其用于增大第二弹性体3与转动体4接触表面的摩擦力，实现本发明高性能输出；所述平面型第二弹性体3圆形凹槽3-3结构与螺纹孔3-1结构中心位置设有通孔3-2结构，其用于实现输出轴9的间隙布置。
所述转动体4为板结构，所述转动体4一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽4-1结构，其与第二弹性体3的圆形凹槽3-3结构相对布置；所述转动体4另一侧端部表面中心位置设有凸缘4-2结构，所述转动体4凸缘4-2结构端部表面设置有阶梯孔4-3结构，其用于实现推力球轴承6的紧密配合；所述转动体4端部表面中心位置设有通孔4-4结构，其用于实现输出轴9的间隙布置；所述转动体4凸缘4-2结构内部设置有键槽4-5结构，其用于与键5配合连接实现转动体4和输出轴9旋转运动与动力的传递。
所述输出轴9为阶梯轴结构，所述输出轴9一侧端部设置有键槽9-1结构，其用于与负载配合连接实现本发明运动与动力的输出；所述输出轴9靠近键槽9-1结构一侧设置有外螺纹9-2结构，其用于与螺母8旋合连接实现本发明的加压预紧；所述输出轴9另一侧端部设置有外螺纹9-6结构，其用于与螺母8旋合连接实现本发明的加压预紧；所述输出轴9靠近两侧外螺纹9-2与9-6结构的外圆周表面9-3与9-5结构用于与推力球轴承6配合连接；所述输出轴9与推力球轴承6配合连接的外圆周表面9-3与9-5结构之间靠近键槽9-1结构一侧设置有键槽9-4结构，其用于与键5配合连接实现转动体4与输出轴9运动与动力传递。
所述布置于第一弹性体2上的环形压电陶瓷片2-3构成激振组A。
具体实施方式二：结合图13~图19说明本实施方式。本实施方式提供了一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台的具体实施方案。所述一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台主要由固定外架1、第一弹性体2、第二弹性体3、转动平台4、滚动体5、推力球轴承6、蝶形弹簧7、紧固连接件8和内六角螺栓9组成，所述一种应用夹心式模态转换超声电机的驱动平台中第二弹性体3与具体实施方式一中第二弹性体3的结构组成与连接方式相同。
所述固定外架1为一侧端部设置有法兰的薄壁圆环体结构，所述固定外架1法兰四周沿圆周方向均匀设置有q个通孔1-1结构，其用于实现固定外架1的固定安装，其中q为大于等于1的整数；所述固定外架1薄壁圆环体靠近法兰部分设置有通孔1-2结构，其用于实现通电导线的引出；所述固定外架1薄壁圆环体靠近悬臂端部内侧设置有圆弧状滑道1-3结构，其用于与滚动体5配合连接实现转动平台4的旋转导向与支撑；所述固定外架1法兰一侧端部表面中心位置设有阶梯孔1-4结构，其用于实现第一弹性体2的安装布置；所述所述固定外架1法兰另一侧端部表面中心位置设有阶梯孔1-6结构，其用于实现内六角螺栓9的安装布置；所述固定外架1法兰端部表面阶梯孔1-4结构中心位置设有通孔1-5结构，其用于与内六角螺栓9间隙配合实现第一弹性体2的紧固安装。
所述第一弹性体2由前匹配端2-1、通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3、后匹配端2-4和绝缘套筒2-5组成；所述前匹配端2-1为阶梯轴结构，所述前匹配端2-1一侧端部设置有螺纹孔2-1-1结构，其用于与内六角螺栓9旋合连接实现第一弹性体2的固定安装；所述前匹配端2-1另一侧端部设置有外螺纹2-1-3结构，其用于与后匹配端2-4一侧端部的螺纹孔2-4-2结构旋合连接实现通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3和绝缘套筒2-5的夹紧连接；所述前匹配端2-1阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹2-1-3结构之间的外圆柱表面2-1-2用于绝缘套筒2-5的套接安装。所述环形压电陶瓷片2-3采用d 33激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片2-2为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片2-3与4i+1片通电电极片2-2通过绝缘套筒2-5相互间隔套接于前匹配端2-1阶梯圆环面与外螺纹2-1-3结构之间的外圆柱表面2-1-2上，其中i为大于等于1的整数；所述绝缘套筒2-5为薄壁圆环状结构。所述后匹配端2-4为圆柱体结构，所述后匹配端2-4一侧端部设置有外螺纹2-4-1结构，其用于与第二弹性体3的螺纹孔3-1旋合连接实现第一弹性体2与第二弹性体3的紧固连接；所述后匹配端2-4另一侧端部表面设置有螺纹孔2-4-2结构，其用于与第一弹性体2前匹配端2-1一侧端部外螺纹2-1-3结构旋合连接实现通电电极片2-2、环形压电陶瓷片2-3和绝缘套筒2-5的夹紧连接；所述后匹配端2-4另一侧端部位置设有螺纹孔2-4-3结构，其用于与紧固连接件8旋合连接实现驱动平台的加压预紧；所述后匹配端2-4外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器2-4-4结构，其用于实现纵振模态与扭转振动模态的转换，其中h为大于等于1的整数；所述布置于后匹配端2-4外圆周表面上的模态转换器2-4-4结构为阵列多个矩形槽结构或阵列多个圆孔结构或阵列多个螺旋槽结构。
所述转动平台4为板结构，所述转动平台4一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽4-1结构，其与第二弹性体3的圆形凹槽3-3结构相对布置；所述转动平台4另一侧端部表面中心位置设有沉头孔4-2结构，其用于实现推力球轴承6的紧密配合；所述转动平台4圆形凹槽4-1结构与沉头孔4-2结构之间设置有通孔4-3结构，其用于实现紧固连接件8的间隙布置；所述转动平台4外圆周表面设置有圆弧形滑道4-5结构，其用于与滚动体5配合连接实现转动平台4的旋转导向与支撑；所述转动平台4另一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有r个螺纹孔4-4结构，其用于与负载旋合连接实现驱动平台旋转运动与动力的输出，其中r为大于等于1的整数。
所述紧固连接件8为一侧端部设有内六角孔的圆柱体结构，所述紧固连接件8另一侧端部设置有外螺纹8-1结构，其用于与第一弹性体2后匹配端2-4一侧端部的螺纹孔2-4-3旋合连接实现驱动平台的加压预紧；所述紧固连接件8内六角孔与外螺纹8-1结构之间的外圆柱表面8-2用于与推力球轴承6紧密配合连接。
所述布置于第一弹性体2上的环形压电陶瓷片2-3构成激振组A。
具体实施方式三：本实施方式提供了一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法的具体实施方案。
所述一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法的具体实施方案为：所述激振组A通以某一超声频率（一般大于16kHz）的交流激励电信号，通过模态转换器2-4-4结构激发其所在的第一弹性体2产生扭转振动模态，激发的纵向振动激励第二弹性体3产生弯曲振动模态，利用振动模态的叠加耦合，在第二弹性体3与转动体4或转动平台4的接触表面上产生驱动摩擦力，实现本发明的运动输出；所述交流激励电信号可为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。
具体实施方式四：结合图8与图9说明本实施方式。本实施方式提供了一种夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台中第二弹性体3的一种梳齿型第二弹性体的实现方式。
所述第二弹性体3为梳齿型第二弹性体，所述梳齿型第二弹性体3一侧端部表面中心位置设有螺纹孔3-1结构，其用于与第一弹性体2后匹配端2-4一侧端部外螺纹2-4-1旋合连接，实现第一弹性体2与第二弹性体3的紧固连接；所述梳齿型第二弹性体3另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽3-3结构；所述梳齿型第二弹性体3圆形凹槽3-3结构一侧端部表面设置有梳齿3-6结构，所述梳齿型第二弹性体3梳齿3-6结构表面设置有摩擦材料3-4，其用于增大第二弹性体3与转动体4或转动台4接触表面的摩擦力，实现本发明高性能输出；所述梳齿型第二弹性体3圆形凹槽3-3结构与螺纹孔3-1结构中心位置设有通孔3-2结构，其用于实现输出轴9或紧固连接件8的间隙布置。
Claims (4)
1.一种夹心式模态转换超声电机，由固定底座（1）、第一弹性体（2）、第二弹性体（3）、转动体（4）、键（5）、推力球轴承（6）、蝶形弹簧（7）、螺母（8）和输出轴（9）组成；所述固定底座（1）为板结构，所述固定底座（1）一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有n个通孔（1-1）结构，其中n为大于等于1的整数，所述固定底座（1）一侧端部表面中心位置设有螺纹孔（1-2）结构，所述固定底座（1）另一侧端部表面中心位置设有沉头孔（1-3）结构，所述固定底座（1）螺纹孔（1-2）结构与沉头孔（1-3）结构中心位置设有通孔（1-4）结构；所述第一弹性体（2）由前匹配端（2-1）、通电电极片（2-2）、环形压电陶瓷片（2-3）、后匹配端（2-4）和绝缘套筒（2-5）组成，所述前匹配端（2-1）为中空阶梯轴结构，所述前匹配端（2-1）一侧端部设置有外螺纹（2-1-1）结构，所述前匹配端（2-1）另一侧端部设置有外螺纹（2-1-3）结构，所述前匹配端（2-1）阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹（2-1-3）结构之间的外圆柱表面（2-1-2）套接安装绝缘套筒（2-5）；所述前匹配端（2-1）两侧端部表面中心位置设有通孔（2-1-4）结构；所述环形压电陶瓷片（2-3）采用d 33激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片（2-2）为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片（2-3）与4i+1片通电电极片（2-2）通过绝缘套筒（2-5）相互间隔套接于前匹配端（2-1）阶梯圆环面与外螺纹（2-1-3）结构之间的外圆柱表面（2-1-2）上，其中i为大于等于1的整数，所述绝缘套筒（2-5）为薄壁圆环状结构；所述后匹配端（2-4）为中空圆柱体结构，所述后匹配端（2-4）一侧端部设置有外螺纹（2-4-1）结构，所述后匹配端（2-4）另一侧端部表面设置有螺纹孔（2-4-2）结构，所述后匹配端（2-4）两侧端部表面中心位置设有通孔（2-4-3）结构，所述后匹配端（2-4）外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器（2-4-4）结构，其中h为大于等于1的整数；所述第二弹性体（3）为平面型第二弹性体，所述平面型第二弹性体（3）一侧端部表面中心位置设有螺纹孔（3-1）结构，所述平面型第二弹性体（3）另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（3-3）结构，所述平面型第二弹性体（3）圆形凹槽（3-3）结构一侧端部表面设置有摩擦材料（3-4），所述平面型第二弹性体（3）圆形凹槽（3-3）结构与螺纹孔（3-1）结构中心位置设有通孔（3-2）结构；所述转动体（4）为板结构，所述转动体（4）一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（4-1）结构，其与第二弹性体（3）的圆形凹槽（3-3）结构相对布置，所述转动体（4）另一侧端部表面中心位置设有凸缘（4-2）结构，所述转动体（4）凸缘（4-2）结构端部表面设置有阶梯孔（4-3）结构，所述转动体（4）端部表面中心位置设有通孔（4-4）结构，所述转动体（4）凸缘（4-2）结构内部设置有键槽（4-5）结构；所述输出轴（9）为阶梯轴结构，所述输出轴（9）一侧端部设置有键槽（9-1）结构，所述输出轴（9）靠近键槽（9-1）结构一侧设置有外螺纹（9-2）结构，所述输出轴（9）另一侧端部设置有外螺纹（9-6）结构，所述输出轴（9）靠近两侧外螺纹（9-2）与（9-6）结构的外圆周表面（9-3）与（9-5）结构与推力球轴承（6）配合连接，所述输出轴（9）与推力球轴承（6）配合连接的外圆周表面（9-3）与（9-5）结构之间靠近键槽（9-1）结构一侧设置有键槽（9-4）结构；所述布置于第一弹性体（2）上的环形压电陶瓷片（2-3）构成激振组A。
2.一种根据权利要求1所述的夹心式模态转换驱动平台，其特征在于：为一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台，所述一种使用夹心式模态转换超声电机的驱动平台由固定外架（1）、第一弹性体（2）、第二弹性体（3）、转动平台（4）、滚动体（5）、推力球轴承（6）、蝶形弹簧（7）、紧固连接件（8）和内六角螺栓（9）组成；所述固定外架（1）为一侧端部设置有法兰的薄壁圆环体结构，所述固定外架（1）法兰四周沿圆周方向均匀设置有q个通孔（1-1）结构，其中q为大于等于1的整数，所述固定外架（1）薄壁圆环体靠近法兰部分设置有通孔（1-2）结构，所述固定外架（1）薄壁圆环体靠近悬臂端部内侧设置有圆弧状滑道（1-3）结构，所述固定外架（1）法兰一侧端部表面中心位置设有阶梯孔（1-4）结构，所述所述固定外架（1）法兰另一侧端部表面中心位置设有阶梯孔（1-6）结构，所述固定外架（1）法兰端部表面阶梯孔（1-4）结构中心位置设有通孔（1-5）结构；所述第一弹性体（2）由前匹配端（2-1）、通电电极片（2-2）、环形压电陶瓷片（2-3）、后匹配端（2-4）和绝缘套筒（2-5）组成，所述前匹配端（2-1）为阶梯轴结构，所述前匹配端（2-1）一侧端部设置有螺纹孔（2-1-1）结构，所述前匹配端（2-1）另一侧端部设置有外螺纹（2-1-3）结构，所述前匹配端（2-1）阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹（2-1-3）结构之间的外圆柱表面（2-1-2）套接安装绝缘套筒（2-5）；所述环形压电陶瓷片（2-3）采用d 33激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片（2-2）为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片（2-3）与4i+1片通电电极片（2-2）通过绝缘套筒（2-5）相互间隔套接于前匹配端（2-1）阶梯圆环面与外螺纹（2-1-3）结构之间的外圆柱表面（2-1-2）上，其中i为大于等于1的整数；所述绝缘套筒（2-5）为薄壁圆环状结构；所述后匹配端（2-4）为圆柱体结构，所述后匹配端（2-4）一侧端部设置有外螺纹（2-4-1）结构，所述后匹配端（2-4）另一侧端部表面设置有螺纹孔（2-4-2）结构，所述后匹配端（2-4）另一侧端部位置设有螺纹孔（2-4-3）结构，所述后匹配端（2-4）外圆周表面上沿圆周方向均匀设置有h个模态转换器（2-4-4）结构，其中h为大于等于1的整数；所述转动平台（4）为板结构，所述转动平台（4）一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（4-1）结构，所述转动平台（4）另一侧端部表面中心位置设有沉头孔（4-2）结构，所述转动平台（4）圆形凹槽（4-1）结构与沉头孔（4-2）结构之间设置有通孔（4-3）结构，所述转动平台（4）外圆周表面设置有圆弧形滑道（4-5）结构，所述转动平台（4）另一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有r个螺纹孔（4-4）结构，其中r为大于等于1的整数；所述紧固连接件（8）为一侧端部设有内六角孔的圆柱体结构，所述紧固连接件（8）另一侧端部设置有外螺纹（8-1）结构，所述紧固连接件（8）内六角孔与外螺纹（8-1）结构之间的外圆柱表面（8-2）与推力球轴承（6）紧密配合连接；所述布置于第一弹性体（2）上的环形压电陶瓷片（2-3）构成激振组A。
3.一种如权利要求1或2所述的夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法，其特征在于：所述夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的驱动方法具体为激振组A通以某一超声频率（大于16kHz）的交流激励电信号，交流激励电信号为正弦、方波或锯齿波等周期电信号。
4.一种根据权利要求1或2所述的夹心式模态转换超声电机及使用该电机的驱动平台的第二弹性体（3），其特征在于：为一种梳齿型第二弹性体，所述梳齿型第二弹性体（3）一侧端部表面中心位置设有螺纹孔（3-1）结构，所述梳齿型第二弹性体（3）另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（3-3）结构，所述梳齿型第二弹性体（3）圆形凹槽（3-3）结构一侧端部表面设置有梳齿（3-6）结构，所述梳齿型第二弹性体（3）梳齿（3-6）结构表面设置有摩擦材料（3-4），所述梳齿型第二弹性体（3）圆形凹槽（3-3）结构与螺纹孔（3-1）结构中心位置设有通孔（3-2）结构。
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| CN106179929A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-12-07 | 杨林 | 旋转超声加工振动装置 |
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