纵扭复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法

摘要

本发明公开了一种纵扭复合激振超声电机、驱动平台及其驱动方法，以解决对于单独采用梁结构或盘结构弹性体超声电机整体输出性能不理想等技术问题。本发明包括固定底座、第一弹性体、第二弹性体、转动体、键、推力球轴承、蝶形弹簧、螺母和输出轴，第一弹性体为梁结构，第二弹性体为板结构，压电陶瓷片采用d₃₁与d₁₅激振模式。施加超声频段内激励电信号于压电陶瓷片，激发第一弹性体和第二弹性体分别产生扭转和弯曲振动模态，利用振动模态的叠加耦合，产生驱动行波形成驱动摩擦力，实现本发明正反两个方向的运动输出。本发明具有输出功率大、电机运行平稳以及应用范围广等技术优势，在精密驱动与微定位技术领域具有广泛的应用前景。

主权项

一种纵扭复合激振超声电机，由固定底座（1）、第一弹性体（2）、第二弹性体（3）、转动体（4）、键（5）、推力球轴承（6）、蝶形弹簧（7）、螺母（8）和输出轴（9）组成；所述固定底座（1）为板结构，所述固定底座（1）一侧端部表面沿圆周方向均匀设置有n个通孔（1‑1）结构，其中n为大于等于1的整数，所述固定底座（1）一侧端部表面中心位置设有螺纹孔（1‑2）结构，所述固定底座（1）另一侧端部表面中心位置设有沉头孔（1‑3）结构，所述固定底座（1）螺纹孔（1‑2）结构与沉头孔（1‑3）结构中心位置设有通孔（1‑4）结构；所述第一弹性体（2）由前匹配端（2‑1）、通电电极片（2‑2）、环形压电陶瓷片（2‑3）、后匹配端（2‑4）、绝缘套筒（2‑5）和矩形压电陶瓷片（2‑6）组成，所述前匹配端（2‑1）为中空阶梯轴结构，所述前匹配端（2‑1）一侧端部设置有外螺纹（2‑1‑1）结构，所述前匹配端（2‑1）另一侧端部设置有外螺纹（2‑1‑3）结构，所述前匹配端（2‑1）阶梯圆环面与另一侧端部外螺纹（2‑1‑3）结构之间的外圆柱表面（2‑1‑2）套接安装绝缘套筒（2‑5），所述前匹配端（2‑1）两侧端部表面中心位置设有通孔（2‑1‑4）结构，所述环形压电陶瓷片（2‑3）采用d₁₅激振模式，且其均沿厚度方向极化，所述通电电极片（2‑2）为设置有凸耳结构的圆环形铜片，4i片环形压电陶瓷片（2‑3）与4i+1片通电电极片（2‑2）通过绝缘套筒（2‑5）相互间隔套接于前匹配端（2‑1）阶梯圆环面与外螺纹（2‑1‑3）结构之间的外圆柱表面（2‑1‑2）上，其中i为大于等于1的整数，所述绝缘套筒（2‑5）为薄壁圆环状结构；所述后匹配端（2‑4）为中空圆柱体结构，所述后匹配端（2‑4）一侧端部设置有外螺纹（2‑4‑1）结构，所述后匹配端（2‑4）另一侧端部表面设置有螺纹孔（2‑4‑2）结构，所述后匹配端（2‑4）两侧端部表面中心位置设有通孔（2‑4‑3）结构，所述后匹配端（2‑4）外圆周表面沿圆周方向均匀设置有h个外平面（2‑4‑4）结构，其中h为大于等于1的整数；所述矩形压电陶瓷片（2‑6）采用d₃₁激振模式，且其均沿厚度方向极化，h片矩形压电陶瓷片（2‑6）沿圆周方向均匀布置于第一弹性体（2）后匹配端（2‑4）的外平面（2‑4‑4）结构上，所述布置于第一弹性体（2）后匹配端（2‑4）的外平面（2‑4‑4）结构上的矩形压电陶瓷片（2‑6）的形变方向与第一弹性体（2）中心轴线均成平行布置关系；所述第二弹性体（3）为平面型第二弹性体，所述平面型第二弹性体（3）一侧端部表面中心位置设有螺纹孔（3‑1）结构，所述平面型第二弹性体（3）另一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（3‑3）结构，所述平面型第二弹性体（3）圆形凹槽（3‑3）结构一侧端部表面设置有摩擦材料（3‑4），所述平面型第二弹性体（3）圆形凹槽（3‑3）结构与螺纹孔（3‑1）结构中心位置设有通孔（3‑2）结构；所述转动体（4）为板结构，所述转动体（4）一侧端部表面中心位置设有圆形凹槽（4‑1）结构，其与第二弹性体（3）的圆形凹槽（3‑3）结构相对布置，所述转动体（4）另一侧端部表面中心位置设有凸缘（4‑2）结构，所述转动体（4）凸缘（4‑2）结构端部表面设置有阶梯孔（4‑3）结构，所述转动体（4）端部表面中心位置设有通孔（4‑4）结构，所述转动体（4）凸缘（4‑2）结构内部设置有键槽（4‑5）结构；所述输出轴（9）为阶梯轴结构，所述输出轴（9）一侧端部设置有键槽（9‑1）结构，所述输出轴（9）靠近键槽（9‑1）结构一侧设置有外螺纹（9‑2）结构，所述输出轴（9）另一侧端部设置有外螺纹（9‑6）结构，所述输出轴（9）靠近两侧外螺纹（9‑2）与（9‑6）结构的外圆周表面（9‑3）与（9‑5）结构与推力球轴承（6）配合连接，所述输出轴（9）与推力球轴承（6）配合连接的外圆周表面（9‑3）与（9‑5）结构之间靠近键槽（9‑1）结构一侧设置有键槽（9‑4）结构；所述布置于第一弹性体（2）上的d₁₅激振模式的环形压电陶瓷片（2‑3）构成激振组A，所述布置于第一弹性体（2）上的d₃₁激振模式的的矩形压电陶瓷片（2‑6）构成激振组B。