一種仿生四足直線超聲電機的製作方法
2023-12-02 20:20:51
專利名稱：一種仿生四足直線超聲電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲電機，尤其涉及一種仿生四足直線超聲電機。
背景技術：
超聲電機是利用壓電元件的逆壓電效應和彈性體在超聲頻段產生振動，通過定子和動子之間的摩擦作用，把彈性體的微幅振動轉換為動子的宏觀直線運動驅動負載。直線超聲電機屬於駐波型超聲電機的一種，它不但具有體積小、重量輕、結構緊湊、功率密度大、響應快、低噪聲、無電磁幹擾等一般優點，而且還具有以下特點(1)結構簡單，生產和維護成本低；(2)結構設計靈活，可以實現多樣化設計，能夠使得裝置的小型化、輕型化；(3)可以直接實現直線式運動而且定位和速度控制精度高，可以達到納米級。由於上述諸多優點，超聲電機在微型機器人、液壓閥門控制、生物醫學工程、汽車、航空航天、精密定位儀、光學儀器等領域中有著廣泛的應用前景，因而對超聲電機的研究成為當前的一個熱點，所以超聲電機技術發展迅速，實際應用也越來越廣泛。然而，當前使用的一些直線型超聲電機仍有以下不足之處結構設計比較複雜、工藝性差、結構緊湊性不足、不便裝配、驅動力小、效率偏低、速度精度控制較低以及性能不夠穩定等等。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種仿生四足直線超聲電機，採用四足動物的仿生學外形設計，具有結構簡單而緊湊、便於裝配、性能穩定、速度控制精度高、驅動力大以及工作效率高等顯著優點。為了實現上述目的，本實用新型所採取的技術方案是一種仿生四足直線超聲電機，包括定子、動子和粘貼在定子上的壓電陶瓷，所述定子為方形直梁式，定子的底面設置有驅動足，此驅動足壓緊在所述動子的上表面，動子活動設置在滑軌上，滑軌通過螺釘固定在底座上，底座邊緣設置有支架，所述定子通過定位軸、配套的墊片和卡環結構設置在所述支架上；所述壓電陶瓷為三組呈線性陣列且對稱粘貼在所述定子頂面和底面工作模態最大應變位置的壓電陶瓷組，即分別粘貼在定子二階彎振的波峰、波谷以及定子一階縱振節點處的壓電陶瓷組I、壓電陶瓷組II和壓電陶瓷組III。作為本實用新型的一種優選技術方案，所述壓電陶瓷組III包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相反的方式粘貼，所述壓電陶瓷組I包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同的方式粘貼，所述壓電陶瓷組II包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同且與壓電陶瓷組I極化方向相反的方式粘貼。作為本實用新型的一種優選技術方案，所述驅動足為四個，與所述定子一體成型並分別位於定子底面的四個頂角處，驅動足的下表面塗有高性能摩擦材料。作為本實用新型的一種優選技術方案，所述定位軸為方形，所述定子上開設有與所述定位軸匹配的方形定位孔，定位軸貫穿定位孔，並在定位軸與定位孔的內壁之間夾設彈性材料，定位軸的兩端卡在所述支架上的L形槽內，定位軸與支架的接觸面之間夾設有彈片。作為本實用新型的一種優選技術方案，所述支架為U形結構。採用上述技術方案所產生的有益效果在於本實用新型具有結構簡單而緊湊、便於裝配、性能穩定、速度控制精度高、驅動力大以及工作效率高等顯著優點。採用四足動物的仿生學外形設計，在定子的底面設置四個驅動足，驅動足底面塗上高性能摩擦材料並壓緊在動子上，提高了驅動摩擦力、耐磨性以及速度控制的精準度；電機裝配過程簡單，只需 將定位軸推至L形槽的末端並卡定即可，方形定位軸使定子更加穩定，夾設在定位軸和定位孔內壁之間的彈性材料能夠有效降低定位軸對電機工作模態的影響，提高其穩定性；夾設在定位軸與支架接觸面之間的彈片可以很方便地用來施加預壓力；此外定子上壓電陶瓷的粘貼方式簡單，粘貼位置選擇在定子工作模態的最大應變位置，即定子二階彎振的波峰、波谷以及一階縱振的節點位置，利用壓電陶瓷的d31效應，使電機定子的振幅達到最大，有效增加驅動力並提高電機工作效率。
圖I是本實用新型一個具體實施方式
的結構示意圖。圖2是本實用新型滑軌與底座的裝配示意圖。圖3是本實用新型的剖視圖。圖4是壓電陶瓷粘貼位置、極化方式以及引線連接示意圖。圖中1、壓電陶瓷2、定子3、動子4、定位軸5、滑軌6、底座7、墊片8、卡環 9、螺釘 10、彈片 11、支架 12、L形槽 13、壓電陶瓷組I 14、壓電陶瓷組II15、壓電陶瓷組III 16、驅動足。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。參看附圖1-4，本實用新型一個具體實施方式
的結構中包括定子2、動子3和粘貼在定子2上的壓電陶瓷I，定子2為方形直梁式，定子2的底面設置有驅動足16，此驅動足16壓緊在動子3的上表面，動子3活動設置在滑軌5上，滑軌5通過螺釘9固定在底座6上，底座6邊緣設置有支架11，定子2通過定位軸4、配套的墊片7和卡環8結構設置在支架11上，滑軌5為U形結構；壓電陶瓷I為三組呈線性陣列且對稱粘貼在定子2頂面和底面工作模態最大應變位置的壓電陶瓷組，即分別粘貼在定子2 二階彎振的波峰、波谷(即x=0. 316L和x=0. 684L處)以及定子2 —階縱振節點處(即定子2的中間位置)的壓電陶瓷組I 13、壓電陶瓷組II 14和壓電陶瓷組III15，壓電陶瓷組I 13和壓電陶瓷組II 14所接通的正弦交流電與壓電陶瓷組III 15所接通的正弦交流電頻率和振幅均相同，但相位差相差90度。壓電陶瓷組III 15包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相反的方式粘貼，壓電陶瓷組I 13包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同的方式粘貼，所述壓電陶瓷組II 14包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同且與壓電陶瓷組I 13極化方向相反的方式粘貼。驅動足16為四個，與定子2 —體成型並分別固定在定子2底面的四個頂角處，驅動足16的下表面塗有高性能摩擦材料定位軸4為方形，定子2上開設有與定位軸4匹配的方形定位孔，定位軸4貫穿定位孔，並在定位軸4與定位孔的內壁之間夾設彈性材料，定位軸4的兩端卡在支架11上的L形槽12內，定位軸4與支架11的接觸面之間夾設有彈片10。本實用新型的工作原理是通電後能夠激發出電機定子2的一階縱振和二階彎振兩種模態，兩種模態在電機定子2兩端的四個驅動足16表面上合成同向微觀橢圓運動,驅動足16與動子3之間通過摩擦推動動子3沿著滑軌5作直線運動。本實用新型採用四足動物的仿生學外形設計，在定子2的底面設置四個驅動足16，驅動足16底面塗上高性能摩擦材料並壓緊在動子2上，提高了驅動摩擦力、耐磨性以及速度控制的精準度；電機裝配過程簡單，只需將定位軸4推至L形槽12的末端並卡定即可，方形定位軸4使定子更加穩定，夾設在定位軸4和定位孔內壁之間的彈性材料能夠有效降低定位軸4對電機工作模態的影響，提高其穩定性；夾設在定位軸4與支架11接觸面之間的彈片10可以很方便地用來施加並調節預壓力；此外定子2上壓電陶瓷I的粘貼方式簡單，粘貼位置選擇在定子2工作模態的最大應變位置，即定子2 二階彎振的波峰、波谷以及一階縱振的節點位置，利用壓電陶瓷的d31效應，使電機定子2的振幅達到最大，有效增加驅動力並提聞電機工作效率。本實用新型具有結構簡單而緊湊、便於裝配、性能穩定、速度控制精度高、驅動力大以及工作效率聞等顯者優點。上述描述僅作為本實用新型可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。
權利要求1.一種仿生四足直線超聲電機，包括定子、動子和粘貼在定子上的壓電陶瓷，其特徵在於所述定子為方形直梁式，定子的底面設置有驅動足，此驅動足壓緊在所述動子的上表面，動子活動設置在滑軌上，滑軌通過螺釘固定在底座上，底座邊緣設置有支架，所述定子通過定位軸、配套的墊片和卡環結構設置在所述支架上；所述壓電陶瓷為三組呈線性陣列且對稱粘貼在所述定子頂面和底面工作模態最大應變位置的壓電陶瓷組，即分別粘貼在定子二階彎振的波峰、波谷以及定子一階縱振節點處的壓電陶瓷組I、壓電陶瓷組II和壓電陶瓷組III。
2.根據權利要求I所述的仿生四足直線超聲電機，其特徵在於所述壓電陶瓷組III包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相反的方式粘貼，所述壓電陶瓷組I包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同的方式粘貼，所述壓電陶瓷組II包括兩片整體極化的壓電陶瓷，按照極化方向相同且與壓電陶瓷組I極化方向相反的方式粘貼。
3.根據權利要求I所述的仿生四足直線超聲電機，其特徵在於所述驅動足為四個，與所述定子一體成型並分別位於定子底面的四個頂角處，驅動足的下表面塗有高性能摩擦材料。
4.根據權利要求I所述的仿生四足直線超聲電機，其特徵在於所述定位軸為方形，所述定子上開設有與所述定位軸匹配的方形定位孔，定位軸貫穿定位孔，並在定位軸與定位孔的內壁之間夾設彈性材料，定位軸的兩端卡在所述支架上的L形槽內，定位軸與支架的接觸面之間夾設有彈片。
5.根據權利要求I所述的仿生四足直線超聲電機，其特徵在於所述支架為U形結構。
專利摘要本實用新型公開了一種仿生四足直線超聲電機，包括定子、動子和粘貼在定子上的壓電陶瓷，所述定子為方形直梁式，定子的底面設置有驅動足，此驅動足壓緊在所述動子的上表面，動子活動設置在滑軌上，滑軌通過螺釘固定在底座上，底座邊緣設置有支架，所述定子通過定位軸、配套的墊片和卡環結構設置在所述支架上；所述壓電陶瓷為三組呈線性陣列且對稱粘貼在所述定子頂面和底面工作模態最大應變位置的壓電陶瓷組，即分別粘貼在定子二階彎振的波峰、波谷以及定子一階縱振節點處的壓電陶瓷組Ⅰ、壓電陶瓷組Ⅲ和壓電陶瓷組Ⅱ。本實用新型採用四足動物的仿生學外形設計，具有結構簡單而緊湊、便於裝配、性能穩定、速度控制精度高、驅動力大以及工作效率高等顯著優點。
文檔編號H02N2/04GK202364154SQ20112052300
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者史維龍, 曾勁松, 羅文華, 郭長亮 申請人:鄭州大學