連接在橫直段兩端的堅直段；固定部的堅直段縱向開設(shè)貫穿的安裝孔，且固定部的 橫直段在端部分別連接有一連接臂，各連接臂皆設(shè)置有用于與芯板1配合連接的連接部a; 上夾持件3固定部的堅直段與下夾持件4固定部的堅直段相背設(shè)置，且上夾持件3、下夾持 件4通過穿過安裝孔的螺紋連接組件鎖緊；為了增大電機(jī)的性能，以及便于調(diào)整預(yù)壓力，本 發(fā)明所述壓電復(fù)合振子為兩對，由四組壓電復(fù)合振子共同作用，因此，連接臂與固定部的堅 直段形成T形狀，使得兩對壓電復(fù)合振子分設(shè)在固定部的兩側(cè)，兩兩相對地設(shè)置在夾持裝 置上，所述圓桿5設(shè)置在上夾持裝置和下夾持裝置中間，并與四組壓電復(fù)合振子上的V形槽 1. 1接觸；所述連接部a、連接部b為配合使用的凸起1.2、插槽結(jié)構(gòu)，其中：所述凸起1.2設(shè) 置在芯板1上，而插槽則開設(shè)在連接臂上，且凸起1. 2為矩形塊，而插槽為與矩形塊適配的 矩形槽。為了調(diào)節(jié)預(yù)壓力，在連接螺栓7的端部設(shè)置了一個彈簧片8,如圖7所示，這樣一 來可以通過調(diào)節(jié)預(yù)壓力來控制電機(jī)的運(yùn)動速度。所述彈簧片8,如圖7所示，為半環(huán)形結(jié)構(gòu)， 并在兩側(cè)分別設(shè)置有一個安裝槽8. 1。具體地說，本發(fā)明所述的上夾持件3,如圖4所示，其 連接臂上的插槽為上插槽3. 2,固定部上的安裝孔為螺紋孔3. 1，端部采用墊片6 ;下夾持件 44,如圖5所示，其連接臂上的插槽為下插槽4. 2,固定部上的安裝孔為通孔4. 1，端部采用 彈黃片8。
[0030] 本發(fā)明通過對四組壓電復(fù)合振子施加同頻、同向、同型的正向鋸齒波信號，如圖8 所示，激勵其產(chǎn)生二階彎曲振動。通過對矩形壓電復(fù)合振子的模態(tài)分析，可知在V形槽1. 1 位置的振動振幅最大，這也是設(shè)置V形槽1. 1的原因。同時兩個凸起1. 2處在矩形壓電復(fù) 合振子的二階振動模態(tài)的節(jié)線上，因此可用于其固定安裝。正向鋸齒波信號在〇至^的一 個周期內(nèi)分為兩個過程，其中〇至h為上升信號段，^至r:為下降信號段，并且r。>f:-r。。 由此，下降信號段是一個陡落的過程。在電機(jī)工作的整個激勵過程中，鋸齒波信號的幅值都 大于等于0。壓電復(fù)合振子驅(qū)動圓桿5在一個激勵周期內(nèi)的工作過程如圖9所示，在0至 ~時間段內(nèi)，上升信號從〇增加到最大幅值激勵，壓電復(fù)合振子開始從平衡位置運(yùn)動到二階 彎振最大處，V形槽1. 1由于壓電復(fù)合振子的彎振而向前運(yùn)動，在這一階段，圓桿5與V形 槽1. 1接觸，由于靜摩擦力作用，因此圓桿5與壓電復(fù)合振子處于接觸并抱緊的狀態(tài)，并且 圓桿5隨著壓電復(fù)合振子向前彎曲變形而向前直線運(yùn)動；re至?xí)r間段內(nèi)，陡落的下降信 號從最大幅值快速降低至0,壓電復(fù)合振子快速從二階彎振最大處回復(fù)至平衡位置，V形槽 1. 1由于壓電復(fù)合振子的彎振而快速向后運(yùn)動，而此時圓桿5由于慣性作用繼續(xù)保持向前 直線運(yùn)動，因此壓電復(fù)合振子與圓桿5處于非抱緊狀態(tài)且運(yùn)動方向相反，這一過程中，圓桿 5的慣性力克服摩擦力做功而減速向前運(yùn)動。由于一個周期內(nèi)的激勵信號分為兩個不同變 化段，因此圓桿5的運(yùn)動速度是不等的。當(dāng)下一個上升信號施加時，圓桿5又重復(fù)上述的運(yùn) 動過程，因此只要激勵信號不發(fā)生幅值、相位的變化，圓桿5將一直向前直線運(yùn)動。當(dāng)施加 負(fù)向鋸齒波信號時，圓桿5將做相反方向的直線運(yùn)動。
[0031] 通過四組壓電復(fù)合振子的共同作用，圓桿5的運(yùn)動速度、輸出力矩以及運(yùn)動精度 都得到了大大的提升，能滿足微型作動情況下的高速度、高精度和大力矩的需求。同時，對 于復(fù)合激勵信號要求的方波信號或者其他類型的激勵信號都可以作為激勵信號來驅(qū)動圓 桿5實現(xiàn)雙向的直線運(yùn)動。
[0032] 根據(jù)實際應(yīng)用需求，可以將圓桿5固定，定子部分(夾持裝置及其上的復(fù)合壓電振 子）作為運(yùn)動部件，或者將定子部分固定，圓桿5作為運(yùn)動部件。兩者均能實現(xiàn)雙向的直線 運(yùn)動。
【主權(quán)項】
1. 一種慣性式壓電超聲電機(jī)，包括壓電復(fù)合振子、夾持裝置和圓桿，其特征在于，所述 壓電復(fù)合振子成對設(shè)置，前述成對設(shè)置的兩個壓電復(fù)合振子，分別為第一壓電復(fù)合振子、第 二壓電復(fù)合振子，對稱地分設(shè)在圓桿軸線兩側(cè)；所述壓電復(fù)合振子包括芯板以及兩片壓電 陶瓷片，所述的兩片壓電陶瓷片分別粘貼在芯板處于厚度方向上的內(nèi)外兩側(cè)面，芯板安裝 在夾持裝置中，而圓桿則與第一壓電復(fù)合振子的芯板、第二壓電復(fù)合振子的芯板之間所形 成的夾持安裝部相接觸；壓電陶瓷片與相應(yīng)的激勵電源連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述夾持裝置包括兩個分 體設(shè)置的夾持件，分別為上夾持件、下夾持件；各夾持件包括固定部以及連接臂；所述固定 部呈"門"設(shè)置，包括橫直段以及連接在橫直段兩端的堅直段；固定部的堅直段縱向開設(shè)貫 穿的安裝孔，且固定部的橫直段在端部分別連接有一連接臂，各連接臂皆設(shè)置有用于與芯 板配合連接的連接部a;上夾持件固定部的堅直段與下夾持件固定部的堅直段相背設(shè)置， 且上夾持件、下夾持件通過穿過安裝孔的螺紋連接組件鎖緊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述芯板，為一矩形板，在 其長度方向的一個側(cè)邊的中部位置開設(shè)夾持槽，在所述夾持槽的兩側(cè)對稱地設(shè)置一個與連 接部a配合的連接部b;所述芯板、夾持件之間通過連接部a、連接部b之間的配合連接而連 成一體；所述夾持安裝部通過第一壓電復(fù)合振子芯板上的夾持槽和第二壓電復(fù)合振子芯板 上的夾持槽構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述夾持槽呈V形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述連接部a、連接部b為 配合使用的凸起、插槽結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述凸起設(shè)置在芯板上，而 插槽則開設(shè)在連接臂上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述壓電復(fù)合振子為兩對， 所述連接臂與固定部的堅直段形成T形狀；兩對壓電復(fù)合振子分設(shè)在固定部的兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述上夾持件、下夾持件的 兩側(cè)堅直段端部之間均通過一墊片連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述慣性式壓電超聲電機(jī)，其特征在于，所述上夾持件、下夾持件所 配裝的墊片中，有一片為彈簧片，且配裝彈簧片的夾持件的堅直段所開設(shè)的安裝孔為通孔， 而另一夾持件的堅直段所開設(shè)的安裝孔為螺紋孔。
10. -種權(quán)利要求1所述慣性式壓電超聲電機(jī)的控制方法，其特征在于，包括以下步 驟：將壓電復(fù)合振子上芯板兩側(cè)的壓電陶瓷片均與同頻、同向、同型的鋸齒波激勵信號連 接；當(dāng)給壓電陶瓷片施加慢升電信號時，激勵壓電復(fù)合振子產(chǎn)生彎曲模態(tài)，并選擇芯板的面 外二階彎振作為工作模態(tài)，此時壓電復(fù)合振子在夾持安裝部對圓桿施加夾持力，壓電復(fù)合 振子將鎖住并抱緊圓桿，圓桿由于摩擦力作用將會隨著壓電復(fù)合振子的向前彎曲而向前直 線運(yùn)動；而當(dāng)慢升電信號施加到最大值時，瞬間轉(zhuǎn)換為快降電信號，壓電復(fù)合振子將快速從 彎曲狀態(tài)恢復(fù)至原來的平衡位置，此時，由于圓桿自身慣性力的作用克服了壓電復(fù)合振子 回復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的摩擦力，促使圓桿繼續(xù)保持向前直線運(yùn)動的狀態(tài)；當(dāng)快降電信號快速回復(fù) 至〇,下一個周期的慢升電信號又開始激勵；重復(fù)上述的激勵過程，圓桿始終保持向前的直 線運(yùn)動。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種慣性式壓電超聲電機(jī)及其控制方法，所述慣性式壓電超聲電機(jī)，包括壓電復(fù)合振子、夾持裝置和圓桿，所述壓電復(fù)合振子成對設(shè)置，前述成對設(shè)置的兩個壓電復(fù)合振子，分別為第一壓電復(fù)合振子、第二壓電復(fù)合振子，對稱地分設(shè)在圓桿軸線兩側(cè)；所述壓電復(fù)合振子包括芯板以及分別粘貼在芯板兩側(cè)面的兩片壓電陶瓷片，芯板安裝在夾持裝置中，圓桿通過第一壓電復(fù)合振子的芯板與第二壓電復(fù)合振子的芯板之間所形成的夾持安裝部夾持固定。因此，不僅具有結(jié)構(gòu)簡單、大力矩、高速度、高精度、大行程、易于控制、方便使用等優(yōu)點(diǎn)，而且易于加工和實現(xiàn)微型化，可用于手機(jī)、相機(jī)、顯微鏡等儀器設(shè)備的聚焦系統(tǒng)或者精密器械的驅(qū)動部分。
【IPC分類】H02N2-06, H02N2-02, H02N2-04
【公開號】CN104578898
【申請?zhí)枴緾N201410728481
【發(fā)明人】趙淳生, 皮奧特爾·瓦西爾耶夫, 王亮, 楊穎 , 王寅, 金家楣, 謝爾蓋·鮑羅廷, 達(dá)柳斯·馬澤卡
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月5日