[发明专利]一种超声波近场悬浮驱动系统

说明书

本发明公开了一种超声波近场悬浮驱动系统，该系统根据压电驱动原理和超声波近场悬浮理论，下置的弯振压电换能器的超声频弯曲振动在辐射圆盘上表面上可产生挤压气膜，进而产生悬浮力使转子悬浮起来，借助转子下表面的纹理结构可使转子保持在辐射圆盘中心位置，提高了悬浮稳定性。上置的纵振压电换能器产生纵振声场，借助转子上表面的纹理结构可驱动转子沿固定方向旋转。通过改变转子上表面纹理方向，可实现转子旋转方向的改变。本发明采用两个压电换能器产生的声场实现对转子的稳定悬浮和定向驱动。本发明用于各种非接触操作或驱动的场合，也可应用于微小型陀螺仪系统中。

技术领域

本发明属于悬浮驱动技术领域，特别涉及一种超声波近场悬浮驱动系统。

背景技术

随着时代的发展，许多材料对表面精度的要求越来越高，传统接触式的操作方式有许多弊端，如在接触的过程中产生的微小颗粒会划伤材料表面、接触部位会产生污染、材料产生磨损变形等缺陷。而使用非接触操作对材料进行加工处理，可降低机械磨损，局部变形小，避免接触过程中污染材料，降低次品率以提高加工效率。非接触操作技术有磁悬浮、光悬浮、静电悬浮、气压悬浮、超声波悬浮等。但磁悬浮要求必须是导磁材料且系统较复杂，光悬浮产生的悬浮力很小，静电悬浮只适用于低温环境，气压悬浮需要外部供气过滤装置结构复杂。而超声波近场悬浮技术相比其他悬浮技术而言，整体结构简单紧凑，对被悬浮物体材料的物理性质和外部环境无特殊要求，具有可观的悬浮效果和驱动力。

超声波近场悬浮驱动系统是一种新型的非接触式驱动器，它具有能耗低、无污染、摩擦小、承载能力大、悬浮稳定和使用寿命长等特点，且不存在自锁问题。

发明内容

本发明提供一种超声波近场悬浮驱动系统，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种超声波近场悬浮驱动系统，包括可调支架、弯振压电换能器、纵振压电换能器和转子；

所述可调支架包括安装于纵向立柱上且呈上下设置的上导套和下导套，所述上导套和下导套均能够相对于立柱上下滑动，所述上导套上安装有上滑块，下导套上安装有下滑块；

所述弯振压电换能器包括辐射圆盘、阶梯型变幅杆、节面法兰A、和预紧螺栓A，所述阶梯型变幅杆的顶部设置有辐射圆盘，所述阶梯型变幅杆的外壁上套设有节面法兰A，节面法兰A固定连接于下滑块上，所述阶梯型变幅杆的下端面设置有纵向交替排布的压电陶瓷片A和铜电极片A，位于最下一层的铜电极片A底部设置有后盖板A，预紧螺栓A依次固定连接后盖板A、交替排布的压电陶瓷片A和铜电极片A，以及阶梯型变幅杆；

所述纵振压电换能器包括后盖板B、预紧螺栓B、节面法兰B和喇叭形变幅杆，所述后盖板B的下端面设置有纵向交替排布的铜电极片B和压电陶瓷片B，位于最下一层的压电陶瓷片B底部设置有喇叭形变幅杆，预紧螺栓B依次固定连接后盖板B、交替排布的铜电极片B和压电陶瓷片B，以及喇叭形变幅杆，所述喇叭形变幅杆的外壁上套设有节面法兰B，节面法兰B固定连接上滑块；

所述辐射圆盘的上端面与喇叭形变幅杆的下端面同轴设置，所述辐射圆盘的上端面与喇叭形变幅杆的下端面之间设置有转子，在正弦交流电压激励下，纵振压电换能器输出纵向振动；弯振压电换能器输出弯曲振动。

作为一个优选方案，所述立柱的下端固定安装于支撑平台上，与上滑块横向相邻的上导套的外壁上设置有上导套调整旋钮，与下滑块横向相邻的下导套的外壁上设置有下导套调整旋钮，所述立柱与上导套重合的上端设置有上导套固定旋钮，所述立柱与下导套重合的下端设置有下导套固定旋钮。

作为一个优选方案，所述预紧螺栓A自后盖板A的下端面依次插入后盖板A、交替排布的压电陶瓷片A和铜电极片A，以及阶梯型变幅杆的下端面；所述预紧螺栓A与交替排布的压电陶瓷片A和铜电极片A之间设置有绝缘套管A。

作为一个优选方案，所述辐射圆盘与阶梯型变幅杆采用同种材料，且连接为一体式。