贴片式盘形结构旋转直线超声电机制造技术

本发明专利技术公开了一种贴片式盘形结构旋转直线超声电机，以解决现有旋转直线超声电机微型化困难，输出力小等问题。本发明专利技术的贴片式盘形结构旋转直线超声电机包括被激圆盘、激振元件和输出轴。被激圆盘为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘与输出轴之间通过螺纹连接传动。激振元件为压电陶瓷片，通过胶粘或冷焊工艺实现与被激圆盘固结，并沿周向均布于被激圆盘的表面，激励被激圆盘产生径向微幅的伸缩振动，利用振动耦合产生驱动行波，通过螺纹传动副实现输出轴的旋转直线运动输出。本发明专利技术具有结构简单、易于微型化、输出力大等优点，在精密驱动领域具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
贴片式盘形结构旋转直线超声电机
本专利技术涉及一种贴片式盘形结构旋转直线超声电机，属于超声电机

技术介绍
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。旋转直线超声电机是目前诸多类型超声电机中的一种，它相对于其它类超声电机相比，输出轴通过螺纹传动副实现旋转直线两自由度运动的输出，具有结构简单、易于微型化、定位精度高、输出力大等优势，广泛应用于精密驱动与传动的
根据被激振体（或称为定子）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。其中超声波导螺杆电动机主要是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，当前主要有定子为粘贴压电片的金属管式与压电管式两种类型的旋转直线超声电机（如专利号为US2006049720-A1、US7170214-B2、CN101040395A、CN1879232A的专利）；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（R3振动模态）和轴向伸缩振动（T1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（如专利号为JP2009261494-A的专利）；螺纹驱动多面体超声电机主要是将压电元件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（如专利号为CN1767347A、CN1964175A的专利）；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中，激发悬臂梁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（如专利号为ZL201110304078.9）。上述几种旋转直线超声电机虽然在定子的构成方式与驱动激励模式上有所不同，但其定子多采用梁结构，使得电机的微型化受限，输出力较小，限制了旋转直线超声电机的应用。
技术实现思路
为解决现有旋转直线超声电机微型化困难以及输出力小的实际问题，本专利技术公开了一种易于微型化、输出力大的贴片式盘形结构旋转直线超声电机。本专利技术所采用的技术方案是：所述的贴片式盘形结构旋转直线超声电机包括被激圆盘1、激振元件2和输出轴3。所述的被激圆盘1为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴3采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘1与输出轴3之间通过螺纹连接传动。激振元件2为PZT4或PZT8型压电陶瓷片，通过胶粘或冷焊工艺实现与被激圆盘1的固结，并沿周向均布于被激圆盘1的表面。通过在激振元件2上施加超声频率内的交变电信号，激励被激圆盘1产生径向微幅的伸缩振动，利用振动耦合产生驱动行波，通过螺纹传动副实现输出轴3的旋转直线运动输出。本专利技术提出的贴片式盘形结构旋转直线超声电机具有结构简单紧凑、易于微型化、输出力大等优点，在精密驱动与定位控制领域具有广泛的应用前景。附图说明图1所示为本专利技术提出的一种单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机的主视图；图2所示为本专利技术提出的一种单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机的俯视图；图3所示为本专利技术提出的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中被激圆盘的剖视图；图4所示为本专利技术提出的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中输出轴的示意图；图5所示为本专利技术提出的一种单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中被激圆盘的变形图；图6所示为本专利技术提出的一种两波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机的俯视图；图7所示为本专利技术提出的一种两波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中被激圆盘的变形图；图8所示为本专利技术提出的一种三波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机的俯视图；图9所示为本专利技术提出的一种三波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中被激圆盘的变形图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4和图5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贴片式盘形结构旋转直线超声电机的实施方案。该单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机主要由被激圆盘1、激振元件2和输出轴3组成。所述的被激圆盘1为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴3采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘1与输出轴3之间通过螺纹连接传动。激振元件2为PZT4或PZT8型压电陶瓷片，共8片具体为第一压电陶瓷片21、第二压电陶瓷片22、第三压电陶瓷片23、第四压电陶瓷片24、第五压电陶瓷片25、第六压电陶瓷片26、第七压电陶瓷片27、第八压电陶瓷片28，通过胶粘（如爱牢达环氧树脂胶）或冷焊工艺实现与被激圆盘1的固结，并沿周向均布于被激圆盘1的表面。其中第一压电陶瓷片21与第五压电陶瓷片25布置于被激圆盘1的双面对称位置，构成A1激振组；第三压电陶瓷片23与第七压电陶瓷片27布置于被激圆盘1的双面对称位置，构成A2激振组；A1激振组中第一压电陶瓷片21与A2激振组中第三压电陶瓷片23在被激圆盘1的同侧面对称布置。A1激振组与A2激振组构成A激振组。第二压电陶瓷片22与第六压电陶瓷片26布置于被激圆盘1的双面对称位置，构成B1激振组；第四压电陶瓷片24与第八压电陶瓷片28布置于被激圆盘1的双面对称位置，构成B2激振组；且B1激振组中第二压电陶瓷片22与B2激振组中第四压电陶瓷片24在被激圆盘1的同侧面对称布置。B1激振组与B2激振组构成B激振组。A激振组与B激振组满足空间正交布置关系。本实施方式的激励方法：参照图2与图5进行说明。A激振组中A1激振组施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，A2激振组施加使其产生缩短或伸长变形的交变电信号，且A1激振组第一压电陶瓷片21与第五压电陶瓷片25的变形同A2激振组第三压电陶瓷片23与第七压电陶瓷片27的变形具有相同相位。B激振组中B1激振组施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，B2激振组施加使其产生缩短或伸长变形的交变电信号，且B1激振组第二压电陶瓷片22与第六压电陶瓷片26的变形同B2激振组第四压电陶瓷片24与第八压电陶瓷片28的变形具有相同相位。A激振组与B激振组通电交变电信号的频率相同，且处于超声频段（一般大于16kHz），电压幅值相同，相位差满足90°或270°的正交关系。当相位差分别为90°和270°时，A激振组与B激振组激发被激圆盘1产生的变形叠加耦合形成单个波长的驱动行波，通过螺纹传动副，实现输出轴3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6和图7说明本实施方式。本实施方式提供了一种双波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机的实施方案。其组成部分和连接关系与具体实施方式一相同，区别在于激振元件2对被激圆盘1的激振模式不同。所述的激振元件2为PZT4或PZT8型压电陶瓷片，共16片具体为第一压电陶瓷片21、第二压电陶瓷片22、第三压电陶瓷片23、第四压电陶瓷片24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种贴片式盘形结构旋转直线超声电机，由被激圆盘（1）、激振元件（2）和输出轴（3）组成；其特征在于所述的被激圆盘（1）为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴（3）采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘（1）与输出轴（3）之间通过螺纹连接传动，激振元件（2）为压电陶瓷片，通过胶粘或冷焊工艺实现与被激圆盘（1）的固结，并沿周向均布于被激圆盘（1）的表面。

【技术特征摘要】
1.一种贴片式盘形结构旋转直线超声电机，它由被激圆盘（1）、激振元件（2）和输出轴（3）组成；所述的被激圆盘（1）为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴（3）采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘（1）与输出轴（3）之间通过螺纹连接传动，激振元件（2）为压电陶瓷片，通过胶粘或冷焊工艺实现与被激圆盘（1）的固结，并沿周向均布于被激圆盘（1）的表面；其特征在于：所述超声电机为一种单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机，该单波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中激振元件（2）为PZT4或PZT8型压电陶瓷片，共8片具体为第一压电陶瓷片（21）、第二压电陶瓷片（22）、第三压电陶瓷片（23）、第四压电陶瓷片（24）、第五压电陶瓷片（25）、第六压电陶瓷片（26）、第七压电陶瓷片（27）、第八压电陶瓷片（28），其中第一压电陶瓷片（21）与第五压电陶瓷片（25）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，构成A1激振组；第三压电陶瓷片（23）与第七压电陶瓷片（27）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，构成A2激振组；A1激振组中第一压电陶瓷片（21）与A2激振组中第三压电陶瓷片（23）在被激圆盘（1）的同侧面对称布置；A1激振组与A2激振组构成A激振组；第二压电陶瓷片（22）与第六压电陶瓷片（26）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，构成B1激振组；第四压电陶瓷片（24）与第八压电陶瓷片（28）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，构成B2激振组；且B1激振组中第二压电陶瓷片（22）与B2激振组中第四压电陶瓷片（24）在被激圆盘（1）的同侧面对称布置；B1激振组与B2激振组构成B激振组；A激振组与B激振组满足空间正交布置关系；通过在激振元件（2）上施加超声频率内的交变电信号，激励被激圆盘（1）产生径向微幅的伸缩振动，利用振动耦合产生驱动行波，通过螺纹传动副实现输出轴（3）的旋转直线运动输出。2.根据权利要求1中所述的贴片式盘形结构旋转直线超声电机，其特征在于激振元件（2）的激振方式为：A激振组中A1激振组施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，A2激振组施加使其产生缩短或伸长变形的交变电信号，且A1激振组中第一压电陶瓷片（21）与第五压电陶瓷片（25）的变形同A2激振组中第三压电陶瓷片（23）与第七压电陶瓷片（27）的变形具有相同相位；B激振组中B1激振组施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，B2激振组施加使其产生缩短或伸长变形的交变电信号，且B1激振组中第二压电陶瓷片（22）与第六压电陶瓷片（26）的变形同B2激振组中第四压电陶瓷片（24）与第八压电陶瓷片（28）的变形具有相同相位；A激振组与B激振组施加的交变电信号的频率相同，且处于超声频段，电压幅值相同，相位差满足90度或270度的正交关系；当相位差分别为90度和270度时，A激振组与B激振组激发被激圆盘（1）产生的变形叠加耦合形成单个波长的驱动行波，通过螺纹传动副，实现输出轴（3）的正反两个方向的旋转直线运动输出。3.根据权利要求2所述的贴片式盘形结构旋转直线超声电机，其特征在于：所述交变电信号为正弦波、方波或锯齿波。4.一种贴片式盘形结构旋转直线超声电机，它由被激圆盘（1）、激振元件（2）和输出轴（3）组成；所述的被激圆盘（1）为内孔具有内螺纹的盘形结构弹性体，输出轴（3）采用带有外螺纹的圆轴结构，被激圆盘（1）与输出轴（3）之间通过螺纹连接传动，激振元件（2）为压电陶瓷片，通过胶粘或冷焊工艺实现与被激圆盘（1）的固结，并沿周向均布于被激圆盘（1）的表面；其特征在于：所述超声电机为一种双波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机，该双波长激振模式的贴片式盘形结构旋转直线超声电机中激振元件（2）为PZT4或PZT8型压电陶瓷片，共16片具体为第一压电陶瓷片（21）、第二压电陶瓷片（22）、第三压电陶瓷片（23）、第四压电陶瓷片（24）、第五压电陶瓷片（25）、第六压电陶瓷片（26）、第七压电陶瓷片（27）、第八压电陶瓷片（28）、第九压电陶瓷片（29）、第十压电陶瓷片（210）、第十一压电陶瓷片（211）、第十二压电陶瓷片（212）、第十三压电陶瓷片（213）、第十四压电陶瓷片（214）、第十五压电陶瓷片（215）、第十六压电陶瓷片（216），其中激振元件（2）中第一压电陶瓷片（21）、第九压电陶瓷片（29）、第五压电陶瓷片（25）、第十三压电陶瓷片（213）构成A1激振组，其中第一压电陶瓷片（21）与第九压电陶瓷片（29）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第五压电陶瓷片（25）与第十三压电陶瓷片（213）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第一压电陶瓷片（21）与第五压电陶瓷片（25）同侧面180度布置，第九压电陶瓷片（29）与第十三压电陶瓷片（213）同侧面180度布置；激振元件（2）中第三压电陶瓷片（23）、第十一压电陶瓷片（211）、第七压电陶瓷片（27）、第十五压电陶瓷片（215）构成A2激振组，其中第三压电陶瓷片（23）与第十一压电陶瓷片（211）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第七压电陶瓷片（27）与第十五压电陶瓷片（215）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第三压电陶瓷片（23）与第十一压电陶瓷片（211）同侧面180度布置，第七压电陶瓷片（27）与第十五压电陶瓷片（215）同侧面180度布置；A1激振组与A2激振组成空间90度布置，A1激振组与A2激振组构成A激振组；激振元件（2）中第二压电陶瓷片（22）、第十压电陶瓷片（210）、第六压电陶瓷片（26）、第十四压电陶瓷片（214）构成B1激振组，其中第二压电陶瓷片（22）与第十压电陶瓷片（210）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第六压电陶瓷片（26）与第十四压电陶瓷片（214）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第二压电陶瓷片（22）与第六压电陶瓷片（26）同侧面180度布置，第十压电陶瓷片（210）与第十四压电陶瓷片（214）同侧面180度布置；激振元件（2）中第四压电陶瓷片（24）、第十二压电陶瓷片（212）、第八压电陶瓷片（28）、第十六压电陶瓷片（216）构成B2激振组，其中第四压电陶瓷片（24）与第十二压电陶瓷片（212）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第八压电陶瓷片（28）与第十六压电陶瓷片（216）布置于被激圆盘（1）的双面对称位置，第四压电陶瓷片（24）与第八压电陶瓷片（28）同侧面180度布置，第十二压电陶瓷片（212）与第十六压电陶瓷片（216）同侧面180度布置，B1激振组与B2激振组成空间90度布置，B1激振组与B2激振组构成B激振组，A激振组与B激振组满足45度布置关系；通过在激振元件（2）上施加超声频率内的交变电信号，激励被激圆盘（1）产生径向微幅的伸缩振动，利用振动耦合产生驱动行波，通过螺纹传动副实现输出轴（3）的旋转直线运动输出。5.根据权利要求4中所述的贴片式盘形结构旋转直线超声电机，其特征在于激振元件（2）的激振方式为：A激振组中A1激振组施加使其产生伸长或缩短变形的交变电信号，A2激振组施加使其产生缩短或伸长变形的交变电信号，且A1激振组中第一压电陶瓷片（21）、第九压电陶瓷片（29）、第五压电陶瓷片（25）、第十三压电陶瓷片（213）变形同A2激振组第三压电陶瓷片（23）、第十一压电陶瓷片（211）、第七压电陶瓷片（27）、第十五...

【专利技术属性】
技术研发人员：程廷海，王良，何丽鹏，高智，柳虹亮，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22