專利名稱：可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機駐波驅動振子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲電機上使用的振子。
背景技術：
超聲電機是一種利用超聲振動能量，并通過摩擦作用來產生驅動力的電機，目前所有的直線或者作旋轉運動的超聲電機普遍存在輸出力或力矩不大的缺陷。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、能實現(xiàn)使超聲電機作雙向驅動的超聲振子，它包括夾心式換能器1，兩個夾心式換能器1通過支架2進行位置固定，經支架2固定后的兩個夾心式換能器1之間形成的夾角θ為0～180°之間的角，支架2連接在夾心式換能器1的節(jié)面處。本發(fā)明將兩個夾心式換能器通過支架連接在一起，其壓電元件采用壓電陶瓷片，以夾心式換能器作縱向激勵來實現(xiàn)其驅動，利用一組或者多組此超聲振子的組合，可以實現(xiàn)高速、大功率輸出的超聲電機并且能夠實現(xiàn)雙向運動。將本發(fā)明的超聲振子一組或者幾組通過連接件連接起來，將接觸頭作用于圓盤或者圓環(huán)上，則能驅動圓盤或者圓環(huán)旋轉，實現(xiàn)旋轉超聲電機；將接觸頭作用于直線導軌上驅動導軌直線運動或者振子本身作為動子作直線運動，就能實現(xiàn)直線超聲電機。采用本發(fā)明驅動振子的超聲電機既具有驅動效率高，又有可以實現(xiàn)雙向驅動的優(yōu)點，夾心式換能器采用機電轉換效率最高的縱向振動模式，容易實現(xiàn)大功率的輸出，因此采用這樣振子的超聲電機理論上可以達到上千瓦的輸出功率，能夠重載高速運行，實驗中的直線超聲電機，最高速度能夠達到800mm/s以上，在支架上加裝15Kg以上的負載，仍然具有很好的速度穩(wěn)定性，本發(fā)明的超聲電機驅動振子可以作為工作機器人關節(jié)驅動器、高速直線工作臺等的直接驅動器等，它結構簡單，成本低，適于批量生產。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖，圖2是由兩組驅動振子組成的超聲直線電機結構示意圖。
具體實施例方式
一參照圖1，本實施方式包括夾心式換能器1，夾心式換能器又叫蘭杰文振子，它包括前端蓋1-1、后端蓋1-2和縱向極化的壓電陶瓷片1-3，前端蓋1-1和后端蓋1-2都由金屬制成，前端蓋1-1可由鋁或鈦合金制成，后端蓋1-2可由鋼或銅制成，前端蓋的橫截面為前頭小、后頭大，縱截面可以是階梯形、拋物線形等，這樣可以具有聚能效果，有螺釘4貫穿于后端蓋1-2、壓電陶瓷片1-3、前端蓋1-1和支架2之間完成夾心式換能器1與支架2的連接，也可以在壓電陶瓷片1-3與前端蓋1-1、后端蓋1-2、支架2、螺釘4之間粘膠，這樣可以具有更好的振動效果，兩個夾心式換能器1通過支架2進行位置固定，經支架2固定后的兩個夾心式換能器1之間形成的夾角θ為0～180°之間的角，支架2連接在夾心式換能器1的節(jié)面處，節(jié)面是指夾心式換能器振動位移為零的面，應用的時候，由于精度所限，支架2連接在夾心式換能器1的節(jié)面位置附近也在本發(fā)明的保護范圍，兩個夾心式換能器1的下端都粘貼有摩擦片3，也可以將摩擦片3粘貼在振子所驅動物體的表面，這樣可以提高輸出效率，延長使用壽命，并且可以有效的消除噪聲，摩擦片3用耐摩擦材料制成，本發(fā)明中夾心式換能器采用縱向極化的壓電陶瓷實現(xiàn)縱向振動，兩個夾心式換能器的前端蓋不接觸，若此振子作為動子，未加電壓驅動前，兩個夾心式換能器的前端蓋同時與定子接觸；若此振子作為定子，則未加驅動電壓前，兩個夾心式換能器的前端蓋同時與動子接觸。驅動時，一夾心式換能器工作，另一夾心式換能器懸浮，或者兩夾心式換能器按PWM脈寬調制方式同時驅動。
具體實施方式
二參照圖2，本實施方式的超聲直線電機有四個夾心式換能器，其結構和諧振頻率一致，用支架連接起來作為動子，在導軌上作直線運動。每個夾心式換能器的前端頭都為接觸頭，當未給這四個夾心式換能器施加驅動電壓時，四個夾心式換能器的前端蓋接觸頭同時與導軌保持接觸。當要實現(xiàn)向右方向運動時，給夾心式換能器1-b和夾心式換能器1-d施加頻率與其自身諧振頻率相同的驅動電壓，夾心式換能器1-b和夾心式換能器1-d同時產生縱向伸縮振動，前端蓋接觸頭做斜線運動，并將力作用于導軌，導軌施加給夾心式換能器一個向右和向上的反作用力，向上的力使動子懸浮，夾心式換能器1-a和夾心式換能器1-c脫離與導軌的接觸失去阻礙作用，向右的力使動子實現(xiàn)向右方向的運動。同理，當要實現(xiàn)向左方向的運動時，給夾心式換能器1-a和夾心式換能器1-c施加與其自身諧振頻率相同頻率的驅動電壓，夾心式換能器產生縱向伸縮振動，作用力于導軌，導軌給夾心式換能器一個向左和向上的反作用力，向上的力使動子懸浮，夾心式換能器1-b和夾心式換能器1-d脫離與導軌的接觸，阻力為零，向左的力推動動子運動。另外，四個夾心式換能器也可同時驅動工作，這時采用PWM脈寬調制方式對其進行驅動控制。如果將這樣超聲振子一組或者幾組通過連接件連接起來，將驅動作用于圓盤或者圓環(huán)上，則能驅動圓盤或者圓環(huán)旋轉，實現(xiàn)旋轉超聲電機。
權利要求
1.一種可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機駐波驅動振子，它包括夾心式換能器(1)，其特征在于兩個夾心式換能器(1)通過支架(2)進行位置固定，經支架(2)固定后的兩個夾心式換能器(1)之間形成的夾角(θ)為0～180°之間的角，支架(2)連接在夾心式換能器(1)的節(jié)面處。
2.根據(jù)權利要求1所述的可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機駐波驅動振子，其特征在于兩個夾心式換能器(1)的下端都粘貼有摩擦片(3)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機駐波驅動振子，其特征在于夾心式換能器包括前端蓋(1-1)、后端蓋(1-2)和縱向極化的壓電陶瓷片(1-3)，有螺釘(4)貫穿于后端蓋(1-2)、壓電陶瓷片(1-3)、前端蓋(1-1)和支架(2)之間完成夾心式換能器(1)與支架(2)的連接。
4.根據(jù)權利要求3所述的可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機行波驅動振子，其特征在于在壓電陶瓷片(1-3)與前端蓋(1-1)、后端蓋(1-2)、支架(2)、螺釘(4)之間粘膠。
全文摘要
可實現(xiàn)直線或旋轉運動的超聲電機駐波驅動振子，它涉及超聲電機應用領域。目前所有的直線或者作旋轉運動的超聲電機普遍存在輸出力或力矩不大的缺陷。本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、能實現(xiàn)雙向驅動的超聲振子，它包括夾心式換能器(1)，兩個夾心式換能器(1)通過支架(2)進行位置固定，經支架(2)固定后的兩個夾心式換能器(1)之間形成的夾角(θ)為0～180°之間的角，支架(2)連接在夾心式換能器(1)的節(jié)面處。本發(fā)明可以實現(xiàn)高速、大功率輸出的超聲電機并且能夠實現(xiàn)雙向運動，采用這樣振子的超聲電機理論上可以達到上千瓦的輸出功率，能夠重載高速運行，它結構簡單，成本低，適于批量生產。
文檔編號H02N2/16GK1474503SQ03132540
公開日2004年2月11日 申請日期2003年7月30日 優(yōu)先權日2003年7月30日
發(fā)明者陳維山, 張帆, 劉軍考 申請人:哈爾濱工業(yè)大學