[发明专利]贴片式盘形结构旋转直线超声电机

说明书

技术领域

本发明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。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技术领域。

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。

发明内容

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，本发明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。

本发明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。

本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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所示为本发明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