[发明专利]弯纵振动复合柱体直线超声波电机

说明书

技术领域

本发明是一种弯纵振动复合柱体直线超声波电机，属于超声波电机制造的技术领域。

背景技术

超声波电机利用逆压电效应将电能转化为电机定子的振动，然后通过电机定子和动子间摩擦耦合驱动电机动子运动。因而超声波电机具有一系列优点，与传统的电磁电机相比，它具有惯性小、响应快、控制特性好、不受磁场影响、同时本身也不产生磁场、定位精度高等特点。特别是它具有重量轻、结构简单、效率高、噪声小、低速大扭矩、可直接驱动负载等特性。直线超声电机不仅具备了超声电机一系列的优点，它还具有不需要丝杆机构进行运动转换，在闭环系统中能实现高精度定位等优点。在国外，直线超声波电机被广泛应用于半导体制造、电动医疗器械、工业自动化机器和计算机辅助制造等领域。上世纪90年代中期，国内开始了直线超声波电机的研究，并取得一定的成果。

近年来，由于直线超声波电机位置分辨率高的特点，在半导体工业和其他精密仪器装置领域，运用直线超声波电机产生大推力实现大范围运动的需求越来越大。

技术内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种弯纵振动复合柱体直线超声波电机，采用圆柱定子，圆柱定子柱体的弯曲振动控制驱动足和滑块接触面的摩擦力，利用圆柱定子柱体的纵向振动产生定子推力。该电机具有直线超声波电机的全部优点。此外，该电机还具有大推力和动态性能优良的特点。

技术方案：一种弯纵振动复合柱体直线超声波电机，该电机包括圆柱定子、预紧机构、底座板，底座板水平设置，导轨安装板纵向垂直固定于底座板的左端，导轨槽的底部固定于导轨安装板内侧中部，滑块滑动接触导轨槽的槽壁，滑块外侧与驱动足的左端接触，预紧机构横向固定在底座板的右端，圆柱定子纵向设置在驱动足与预紧机构之间，驱动足右端固定于圆柱定子左侧，圆柱定子右侧与预紧机构的直线运动球支座左端弧线凹槽接触。

上述的弯纵振动复合柱体直线超声波电机的圆柱定子包括五个匹配块，从圆柱定子左端到右端相邻两个匹配块之间设有一个陶瓷片对且依次设置第一弯振陶瓷片对、第一纵振陶瓷片对、第二纵振陶瓷片对、第二弯振陶瓷片对，各陶瓷片对由两个压电陶瓷片之间夹有一个电极片构成，上述各陶瓷片对、电极片、匹配块带有通孔，通孔的内壁与螺杆螺纹配合。预紧机构包含直线运动球支座、弹簧、安放座、预压滑块、调节螺栓、轴承、导轨轴，直线运动球支座底部与底座板接触，安放座垂直固定于底座板的右端，调节螺栓与安放座中孔的内壁螺纹配合，调节螺栓左端设有预压滑块，在直线运动球支座右侧与预压滑块左端之间横向设置弹簧，弹簧两侧水平设置导轨轴，导轨轴左端设有轴承与直线运动球支座中部连接，导轨轴右端贯穿固定于安放座外侧。

本发明弯纵振动复合柱体直线超声波电机，距圆柱定子两端三分之一圆柱定子长度处分别设置驱动足。第一弯振陶瓷片对与第二弯振陶瓷片对反向极化且绕轴位置上互差180度，第一纵振陶瓷片对、第二纵振陶瓷片对同向极化，上述各陶瓷片对设置在两个驱动足之间。圆柱定子中点处和距圆柱定子两端六分之一圆柱定子长度处分别设有夹持槽，三个预紧机构的直线运动球支座左端弧线凹槽分别与夹持槽接触。

通过预紧机构的直线运动球支座固定圆柱定子，圆柱定子在直线运动球支座的夹持位置有凹槽以便于固定，通过调节预紧机构上的调节螺栓，调整对圆柱定子的预压力。圆柱定子安有两个驱动足驱动导轨上滑块运动。该电机的圆柱定子由匹配块和压电陶瓷片组成，在每两片压电陶瓷片之间设有电极片，从圆柱定子左端到右端依次设置左匹配块、第一弯振陶瓷片对、第一中间匹配块、第一纵振陶瓷片对、第二中间匹配块、第二纵振陶瓷片对、第三中间匹配块、第二弯振陶瓷片对、右匹配块。上述各陶瓷片对、电极片、匹配块带有通孔，通孔的内壁与螺杆螺纹配合。左匹配块和右匹配块通过螺杆连接并紧配合中间匹配块和压电陶瓷片。压电陶瓷对两相激励弯曲振动的压电陶瓷的电极分割为两个区，并且相互反向极化，两相激励纵向振动的压电陶瓷为一个分区，从每组陶瓷片中间引出电极接入激励电源，陶瓷片与定子匹配块相接触的面接地。对纵向振动和弯曲振动陶瓷片施加频率相同相位相差90°的激励电源，产生相位差为90°的两种振动模态，使定子驱动足接触面质点产生椭圆运动，从而推动滑块滑行，通过交换两激励电源相序就可以改变滑块的运动方向。