CN1474503A - 可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子 - Google Patents

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Abstract

可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子，它涉及超声电机应用领域。目前所有的直线或者作旋转运动的超声电机普遍存在输出力或力矩不大的缺陷。本发明的目的在于提供一种结构简单、能实现双向驱动的超声振子，它包括夹心式换能器(1)，两个夹心式换能器(1)通过支架(2)进行位置固定，经支架(2)固定后的两个夹心式换能器(1)之间形成的夹角(θ)为0～180°之间的角，支架(2)连接在夹心式换能器(1)的节面处。本发明可以实现高速、大功率输出的超声电机并且能够实现双向运动，采用这样振子的超声电机理论上可以达到上千瓦的输出功率，能够重载高速运行，它结构简单，成本低，适于批量生产。

Description

可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子
技术领域：本发明涉及一种超声电机上使用的振子。
背景技术：超声电机是一种利用超声振动能量，并通过摩擦作用来产生驱动力的电机，目前所有的直线或者作旋转运动的超声电机普遍存在输出力或力矩不大的缺陷。
发明内容：本发明的目的在于提供一种结构简单、能实现使超声电机作双向驱动的超声振子，它包括夹心式换能器1，两个夹心式换能器1通过支架2进行位置固定，经支架2固定后的两个夹心式换能器1之间形成的夹角θ为0～180°之间的角，支架2连接在夹心式换能器1的节面处。本发明将两个夹心式换能器通过支架连接在一起，其压电元件采用压电陶瓷片，以夹心式换能器作纵向激励来实现其驱动，利用一组或者多组此超声振子的组合，可以实现高速、大功率输出的超声电机并且能够实现双向运动。将本发明的超声振子一组或者几组通过连接件连接起来，将接触头作用于圆盘或者圆环上，则能驱动圆盘或者圆环旋转，实现旋转超声电机；将接触头作用于直线导轨上驱动导轨直线运动或者振子本身作为动子作直线运动，就能实现直线超声电机。采用本发明驱动振子的超声电机既具有驱动效率高，又有可以实现双向驱动的优点，夹心式换能器采用机电转换效率最高的纵向振动模式，容易实现大功率的输出，因此采用这样振子的超声电机理论上可以达到上千瓦的输出功率，能够重载高速运行，实验中的直线超声电机，最高速度能够达到800mm/s以上，在支架上加装15Kg以上的负载，仍然具有很好的速度稳定性，本发明的超声电机驱动振子可以作为工作机器人关节驱动器、高速直线工作台等的直接驱动器等，它结构简单，成本低，适于批量生产。
附图说明：图1是本发明的结构示意图，图2是由两组驱动振子组成的超声直线电机结构示意图。
具体实施方式一：参照图1，本实施方式包括夹心式换能器1，夹心式换能器又叫兰杰文振子，它包括前端盖1-1、后端盖1-2和纵向极化的压电陶瓷片1-3，前端盖1-1和后端盖1-2都由金属制成，前端盖1-1可由铝或钛合金制成，后端盖1-2可由钢或铜制成，前端盖的横截面为前头小、后头大，纵截面可以是阶梯形、抛物线形等，这样可以具有聚能效果，有螺钉4贯穿于后端盖1-2、压电陶瓷片1-3、前端盖1-1和支架2之间完成夹心式换能器1与支架2的连接，也可以在压电陶瓷片1-3与前端盖1-1、后端盖1-2、支架2、螺钉4之间粘胶，这样可以具有更好的振动效果，两个夹心式换能器1通过支架2进行位置固定，经支架2固定后的两个夹心式换能器1之间形成的夹角θ为0～180°之间的角，支架2连接在夹心式换能器1的节面处，节面是指夹心式换能器振动位移为零的面，应用的时候，由于精度所限，支架2连接在夹心式换能器1的节面位置附近也在本发明的保护范围，两个夹心式换能器1的下端都粘贴有摩擦片3，也可以将摩擦片3粘贴在振子所驱动物体的表面，这样可以提高输出效率，延长使用寿命，并且可以有效的消除噪声，摩擦片3用耐摩擦材料制成，本发明中夹心式换能器采用纵向极化的压电陶瓷实现纵向振动，两个夹心式换能器的前端盖不接触，若此振子作为动子，未加电压驱动前，两个夹心式换能器的前端盖同时与定子接触；若此振子作为定子，则未加驱动电压前，两个夹心式换能器的前端盖同时与动子接触。驱动时，一夹心式换能器工作，另一夹心式换能器悬浮，或者两夹心式换能器按PWM脉宽调制方式同时驱动。
具体实施方式二：参照图2，本实施方式的超声直线电机有四个夹心式换能器，其结构和谐振频率一致，用支架连接起来作为动子，在导轨上作直线运动。每个夹心式换能器的前端头都为接触头，当未给这四个夹心式换能器施加驱动电压时，四个夹心式换能器的前端盖接触头同时与导轨保持接触。当要实现向右方向运动时，给夹心式换能器1-b和夹心式换能器1-d施加频率与其自身谐振频率相同的驱动电压，夹心式换能器1-b和夹心式换能器1-d同时产生纵向伸缩振动，前端盖接触头做斜线运动，并将力作用于导轨，导轨施加给夹心式换能器一个向右和向上的反作用力，向上的力使动子悬浮，夹心式换能器1-a和夹心式换能器1-c脱离与导轨的接触失去阻碍作用，向右的力使动子实现向右方向的运动。同理，当要实现向左方向的运动时，给夹心式换能器1-a和夹心式换能器1-c施加与其自身谐振频率相同频率的驱动电压，夹心式换能器产生纵向伸缩振动，作用力于导轨，导轨给夹心式换能器一个向左和向上的反作用力，向上的力使动子悬浮，夹心式换能器1-b和夹心式换能器1-d脱离与导轨的接触，阻力为零，向左的力推动动子运动。另外，四个夹心式换能器也可同时驱动工作，这时采用PWM脉宽调制方式对其进行驱动控制。如果将这样超声振子一组或者几组通过连接件连接起来，将驱动作用于圆盘或者圆环上，则能驱动圆盘或者圆环旋转，实现旋转超声电机。

Claims (4)

1、一种可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子，它包括夹心式换能器(1)，其特征在于两个夹心式换能器(1)通过支架(2)进行位置固定，经支架(2)固定后的两个夹心式换能器(1)之间形成的夹角(θ)为0～180°之间的角，支架(2)连接在夹心式换能器(1)的节面处。
2、根据权利要求1所述的可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子，其特征在于两个夹心式换能器(1)的下端都粘贴有摩擦片(3)。
3、根据权利要求1或2所述的可实现直线或旋转运动的超声电机驻波驱动振子，其特征在于夹心式换能器包括前端盖(1-1)、后端盖(1-2)和纵向极化的压电陶瓷片(1-3)，有螺钉(4)贯穿于后端盖(1-2)、压电陶瓷片(1-3)、前端盖(1-1)和支架(2)之间完成夹心式换能器(1)与支架(2)的连接。
4、根据权利要求3所述的可实现直线或旋转运动的超声电机行波驱动振子，其特征在于在压电陶瓷片(1-3)与前端盖(1-1)、后端盖(1-2)、支架(2)、螺钉(4)之间粘胶。
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