[发明专利]一种压电悬臂梁式超声波电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种压电悬臂梁式超声波电机，可以实现精密驱动与定位功能，属于超声波电机制造的技术领域。

技术背景

超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为电机定子的振动，然后通过电机定子和转子之间的摩擦耦合驱动电机转子作旋转(或直线)运动。超声波电机具有结构紧凑、低速大力矩、响应速度快、控制特性好、不受电磁干扰、定位精度高、噪声小、可直接驱动负载等优点，广泛应用于国防、军事、工业、医疗以及国民生产生活等各个领域。

国内外有较多的专利申请涉及压电超声波电机，典型的压电超声波电机结构主要是环行行波型、纵扭复合型等机构，这些压电振子结构复杂，加工工艺烦琐，如环行行波型超声波的压电振子表面加工了几十个齿状结构，纵扭复合型超声波电机通过设计结构复杂的压电振子以便调谐纵振模态和扭振模态的频率一致性。复杂结构的压电振子使得上述超声波电机难以微型化，不利于在空间尺寸要求比较严格的领域(如微驱动技术)的应用。

发明内容

本发明提出一种压电悬臂梁式超声波电机，以解决现有超声波电机压电振子结构复杂，难以微型化，不利于在空间尺寸要求比较严格的领域(如微驱动技术)的应用问题。

本发明采用的实施方案是：超声波电机由悬臂梁压电定子(1)、锥型转子(2)、输出轴(3)、弹簧(4)、调节螺母(5)、径向轴承(6)、推力轴承(7)和基座(8)组成。悬臂梁压电定子(1)由A、B两组四个具有完全相同结构的压电双晶片悬臂梁振子(101、102、103、104)和中心质量块(105)构成，每一个压电双晶片悬臂梁振子由两片极化方向相反的压电陶瓷通过胶粘剂粘接在金属基体的上、下表面，形成夹心结构。四个压电双晶片悬臂梁振子的一端与基座固定，另一端分别固定在中心质量块(105)的四个侧面上。中心质量块(105)的上表面两个对角上各加工一个直角型凸齿(106、107)，直角型凸齿(106、107)内侧面为锥面。径向轴承(6)安装于中心质量块(105)的中心孔，推力轴承(7)安装于基座底面的轴承孔内。锥型转子(2)通过固定螺钉与输出轴(3)固定成一体，输出轴(3)穿过径向轴承(6)和推力轴承(7)的轴承孔，并通过基座底面的弹簧(4)和调节螺母(5)的作用将锥型转子(2)压紧在压电定子(1)的直角凸齿(106、107)的内则锥面上，锥型转子(2)和悬臂梁压电定子(1)之间的预紧力可以通过调节螺母(5)和弹簧(4)调节。锥型转子(2)的径向位置由输出轴(3)和径向轴承(6)共同保证。

本发明实施方式中，悬臂梁压电定子(1)由悬臂梁压电定子A组由(101)与(102)压电双晶片悬臂梁振子组成，B组由(103)与(104)压电双晶片悬臂梁振子组成。压电双晶片悬臂梁振子(101)水平布置在中心质量块(5)的右侧，(102)水平布置在中心质量块(5)的左侧。压电双晶片悬臂梁振子(101)金属基体(1011)上表面压电片(1012)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(102)金属基体(1021)上表面压电片(1022)的极化方向相反。压电双晶片悬臂梁振子(103)水平布置在中心质量块(5)的前侧，(104)水平布置中心质量块(5)的后侧。压电双晶片悬臂梁振子(103)金属基体(1031)上表面压电片(1032)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(104)金属基体(1041)上表面压电片(1042)的极化方向相反。压电双晶片悬臂梁振子(103)金属基体(1031)上表面压电片(1032)的极化方向与压电双晶片悬臂梁振子(101)金属基体(1011)上表面压电片(1012)的极化方向相同。

本发明实施方式中，悬臂梁压电定子(1)中心质量块(105)的上表面两个对角上各加工一个直角型锥凸齿(106、107)，直角锥型凸齿(106、107)内侧面为锥面。