[发明专利]棱柱型纵弯复合振子直线超声电机

说明书

                        技术领域

本发明属于超声电机技术领域，特别是涉及一种直线型超声电机。

                        背景技术

目前，传统的直线电磁电机广泛应用于各个领域，但它存在以下问题：

气隙较大，有边缘效应，传动刚度小，不适于大的冲击或动负荷的场合，使用稀土永磁体成本较高；电机本身在停止状态时没有保持位置的功能；体积大，不适于小型化；产生磁场，对周围环境不电磁干扰，且有电磁噪声等。

在机器人及自动化工艺装备中，传统电磁电机的缺点尤为突出，如功率/重量比小，传动精度不高，响应慢等。迫切需要一个反应快速灵敏、大推力、高精度，能够避免上述缺点的新型直线电机。超声电机由于具有功率密度大、无电磁干扰、低速大扭矩、运行无噪声、无输入自锁等卓越特性，在非连续运动、机床进给运动、伺服驱动控制领域具有广阔的应用前景，在或者更小的尺寸范围内将有可能替代传统的电磁电机。

超声电机是利用压电元件的逆压电效应使弹性体(定子)在超声频段产生微观机械振动(振动频率在20KHz以上)，通过定子和转子(或动子)之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子(或动子)的宏观的单方向转动(或直线运动)运动的一种新型电机。它与传统的电磁电机相比有着完全不同的原理和结构，具有电磁电机所没有的优点，因此，已引起人们的广泛关注。虽然有些直线型超声电机得到了应用，如X-Y记录仪、卡片驱动装置、半导体加工，但总的看，直线型超声电机目前仍处在研究阶段。国外已开发出多种直线超声电机的原理样机，而国内则侧重于高分辨率微作动器的研究，对大推力大行程直线超声电机的研究甚少。

                        发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种大推力、结构简单、易于设计的棱柱型纵弯复合振子直线超声电机。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

棱柱型纵弯复合振子直线超声电机，包括有驱动振子、动子、机架，以及用于紧固驱动振子、动子、机架的锁定机构，所述驱动振子包括压电元件和金属弹性体，所述压电元件包括可产生弯曲振动的弯振压电陶瓷片和可产生直线振动的纵振压电陶瓷片，所述金属弹性体设置有至少一个与动子接触的凸齿，所述动子为侧面设置有导向凸起的滑块，其导向凸起与机架所设置的直线导向槽相对应。

本发明通过弯振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片所产生的弯曲震动和纵向震动相复合，驱动金属弹性体的凸齿周期性地带动动子的运动，由于动子与机架通过凸起和直线导向操配合，所以，动子的运动为直线运动，使得本发明为直线超声电机。

本发明所述弯振压电陶瓷片为长方形薄片结构，并沿厚度方向极化，且按长方形的长度方向分为对称的两个区域，两个区域的极化方向相反，所以接上输入信号后，长方形薄片的两个区域振动变形方向刚好相反，实现了弯曲震动；所述纵振压电陶瓷片也为长方形薄片结构，且不分区沿厚度方向极化，接上输入信号好，整个长方形薄片做纵向振动。

为了使得本发明的压电元件振动效果更加明显，本发明的压电陶瓷片可以采用多层复合结构，所述两个长方形弯振压电陶瓷片按照极化方向相反相互贴合，成双层弯振压电陶瓷片；所述两个长方形纵振压电陶瓷片也按照极化方向相反相互贴合，成双层纵振压电陶瓷片。

为了与压电陶瓷片更好的配合，使得压电陶瓷片由于逆压电效应所产生的振动变形能更好的带动金属弹性体的变形，所述金属弹性体也采用长方形结构，其末端中间部分设置有凸齿，凸齿可在变形过程驱动动子。

本发明的驱动振子还包括接线端子、中间隔垫、预紧螺栓，所述预紧螺栓为中间带轴肩的双头螺栓，所述弯振压电陶瓷片、纵振压电陶瓷片、金属弹性体的长方形中心均设置有通孔，预紧螺栓两端往轴肩方向分别依次套入双层纵振压电陶瓷片、中间隔垫、双层弯振压电陶瓷片及金属弹性体，所述接线端子采用中间带有通孔的金属薄片，作为压电元件的接线端，其分别夹于双层弯振压电陶瓷片和双层纵振压电陶瓷片的每个陶瓷片两侧。

所述机架的内侧面设有可安放预紧螺栓的轴肩的垂直导向槽，所述垂直导向槽垂直于其底部所设置的直线导线槽。

本发明所述锁定机构包括预紧螺钉、机架上盖板、预紧弹簧，所述预紧弹簧设置于驱动振子的上端，所述预紧螺钉穿过机架上盖板与预紧弹簧连接。通过改变预紧螺钉的进给深度及预紧弹簧的弹性变形，从而可调节的给驱动振子施加一定的预紧力。

为了使得锁定机构更方便锁紧及调节预紧力，所述预紧弹簧和驱动振子之间还设置有一定重量的质量块。