[发明专利]基于柔性铰链的直线超声电机夹持定位装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型直线超声电机装配和夹持技术，属超声电机技术领域。

背景技术

直线超声电机是20世纪80年代迅速发展和应用的一种新型微电机，它利用压电元件的逆压电效应和弹性体的超声振动，并通过定子和动子之间的摩擦作用，把弹性体的微幅振动转换成动子的宏观直线（旋转）运动，直接推动负载。它具有结构紧凑、低速大扭矩、响应快、定位精度高和电磁兼容性等优点。在航空航天、武器装备和精密驱动领域有着广泛的应用前景。

目前国内直线超声电机的研究发展很快，清华大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学等高校先后对直线超声电机展开了研究。在中国专利网上，从2004年开始陆续刊登了环形驻波直线超声电机【200510046044.9】、棱柱型纵弯复合振子直线超声电机【200610132316.1】、三角形弯板式压电直线超声电机 【200710045921.X】、H形驻波直线超声电机振子【200820014739.8】等。 近年来，南京航空航天大学研制成功了圆柱结构双轮足驱动直线超声电机及电激励方法 【200710020963.8】、基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机【200810124426.2】等。但是现有的超声电机尚有输出功率小、效率低、寿命短等不足。经查阅，有些直线超声电机需要靠弹簧与刚体组成复杂结构进行夹持，而且设置不恰当，会产生多余的移动和转动，不能保证电机的正常运行。

直线超声电机定子的夹持状态是影响其的稳定性和输出效率的重要因素。目前直线超声电机主要通过弹簧支撑定子或定子的支持件进行夹持。这种夹持方法在支持件和用于固定定子的外框之间不可避免的存在间隙；工作中的超声电机在夹持部分存在相对摩擦作用，增加了定子振动的非线性；需要考虑弹簧的安装位置，占用大量的结构空间，同时加工耗时、装配复杂。

目前超声电机的夹持的研究报道很少，这方面的专利也很少。专利【CN101728972A】、基于连续变幅杆原理的K形直线超声电机的夹持定位装置提出了关于直线超声电机的夹持方法，该方法仍然是基于弹簧和导轨的夹持方式。本发明将电机结构简化为定子、动子、夹持部件和装载部件四部分，夹持部件包括夹持件和连接螺钉，定子通过夹持件、柔性铰链固定在夹框上。本项发明提高了电机结构的稳定性，优化了以前的夹持装置。另外，通过柔性铰链代替弹簧的作用，且消除了间隙和定子与外框的非线性接触。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新直线超声电机的夹持方法，改善了定子的振动特性，消除了模态重叠现象。

本发明通过以下技术方案实现发明目的：

一种基于柔性铰链的直线超声电机夹持定位装置，包括定子和动子导轨，定子上带有两个振子，所述定子呈V形结构， 通过带有柔性铰链的夹持件定位于开口外框内，所述开口外框上与动子导轨平行的边框上设有开口，所述定子的驱动足定位于开口外框的开口处。

所述的带有柔性铰链的夹持件为U形结构，包括设在其两端和中部的柔性圆弧片段以及支持臂，且柔性圆弧片段的厚度远远地小于结构的其它部分，形成柔性铰链，在带有柔性铰链的夹持件的臂尾处开有通孔，带有柔性铰链的夹持件通过通孔安装于开口外框上，支持臂分别与定子两振子垂直， 每个支持臂背定位于对应振子的两相邻压电陶瓷片组之间，并通过预紧螺栓固定在一起。

有益效果：

本发明在结构上，通过柔性铰链连接使定子和定子的支持框架形成一体，定子（定子支持件）与开口框架不再存在相对摩擦接触；在力学特性上，通过柔性铰链替代弹簧，同样能够施加合适的预压力；在性能方面，柔性铰链的存在减少支持框架在接触处（固定点处）的非线性作用。上述夹持方法，改善了定子的振动特性，消除了模态重叠现象。

该技术巧妙的把柔性圆弧片段运用到超声电机领域，简化了传统夹持技术，节省了空间，通过柔性夹持件连接定子，连接螺钉把柔性夹持件固定在外框上。柔性夹持件设计为圆弧状，这样有利于加工，同时，保证定子振动时的受力呈连续变化。该柔性夹持与外框连接为固支，防止了定子在振动时产生其他不必要的位移与振动，该夹持技术的使用有助于改善电机结构的稳定性、提高超声电机的输出力和输出效率。

V形超声直线电机的柔性夹持为U形结构，其两端和中部带柔性圆弧片段，其柔性圆弧片段的厚度远远地小于结构的其它部分，形成柔性铰链。在支持臂的臂尾带有圆形通孔，支持臂通过臂尾上的圆形通孔安装于矩形外框上；柔性铰链代替了传统直线超声电机弹簧的作用，消除了因弹簧带来的间隙、摩擦等一系列不稳定因素。中性线上的柔性圆弧片段能够消除装配应力，减少两个定子的互相干扰。