專(zhuān)利名稱(chēng)：具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于精密測(cè)量、計(jì)量、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)電器、家用電器、機(jī)器人、汽車(chē)、航空航天設(shè)備等各種場(chǎng)合的定位和驅(qū)動(dòng)的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)及其工作方法。
背景技術(shù)：
超聲波直線電機(jī)是利用壓電材料晶體在外電場(chǎng)作用下發(fā)生形變，以此為驅(qū)動(dòng)力來(lái)產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。這種超聲波直線電機(jī)有以下特點(diǎn)
1、它不需要像其它種類(lèi)直線電機(jī)那樣，是根據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電動(dòng)力的原理， 把電能轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。2、沒(méi)有定子和動(dòng)子部分的線圈和鐵心，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、制造方便。3、不受磁場(chǎng)影響、不產(chǎn)生電磁波。4、力矩大、響應(yīng)快，可低速運(yùn)行，速度易于控制。5、步距小、精度高。超聲波直線電機(jī)適用于精密測(cè)量、計(jì)量、辦公自動(dòng)化設(shè)備、工業(yè)電器、家用電器、機(jī)器人、汽車(chē)、航空航天設(shè)備等各種場(chǎng)合的定位和驅(qū)動(dòng)。超聲波直線電機(jī)的工作原理是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)。如果將壓電晶體置于外電場(chǎng)中，由于電場(chǎng)作用會(huì)引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷重心位移，這一極化位移又導(dǎo)致晶體發(fā)生形變。如果外加電場(chǎng)的極性與壓電體的極化方向一致，則壓電體與電場(chǎng)垂直方向的長(zhǎng)度增長(zhǎng)；反之，當(dāng)外加電場(chǎng)的極性與壓電體的極化方向相反，則壓電體與電場(chǎng)垂直方向的長(zhǎng)度縮短。去除電場(chǎng)后，壓電體恢復(fù)常態(tài)。重復(fù)地給壓電體施加電場(chǎng)和去除電場(chǎng)，壓電體就會(huì)重復(fù)地產(chǎn)生位移。這種位移就是超聲波直線電機(jī)的動(dòng)力。但是，現(xiàn)有的超聲波直線電機(jī)由于結(jié)構(gòu)和力傳遞方式的原因，存在推力小、效率低、損耗大、壽命短、速度慢等缺陷，需要改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種推力大、效率高、損耗小、速度快、使用壽命長(zhǎng)的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)。本發(fā)明的另一目的是提供一種基于上述具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)的工作方法。 本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電機(jī)動(dòng)子構(gòu)成，其特征在于，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通；所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向壓電條，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向壓電條，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧。 所述徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向壓電條、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向壓電條、以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧構(gòu)成左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的軸向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向壓電條、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向壓電條、 以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧構(gòu)成右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；當(dāng)電機(jī)只需單方向運(yùn)行的功能時(shí)只設(shè)立左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)或右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要正反向運(yùn)行的功能時(shí)則左右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都要設(shè)置，即左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)均至少為一個(gè)。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方式，所述左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為4個(gè)，且分為兩組，每組的兩個(gè)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿中心孔對(duì)稱(chēng)設(shè)置；所述右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為4個(gè)，且分為兩組，每組的兩個(gè)右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿中心孔對(duì)稱(chēng)設(shè)置；本發(fā)明中的左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的數(shù)目不限于此，也可根據(jù)實(shí)際需要另行選擇。所述徑向壓電條和軸向壓電條均通過(guò)電源線與外部電源相連，所述外部電源為電機(jī)的供電電源和控制電源；電源裝置和控制裝置按照預(yù)先的設(shè)定分別對(duì)電機(jī)各徑向壓電條、軸向壓電條的通電的時(shí)間、矢量、頻率以及邏輯順序進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的速度、推力、位移、運(yùn)行方向；上述參數(shù)可預(yù)先設(shè)置且可根據(jù)使用要求隨時(shí)修改?，F(xiàn)有的用于制造壓電條的壓電材料或原件，每次通斷電周期的位移(伸縮)最大只能做到器件尺寸的千分之幾，而可做到百分之幾的器件，尚在研制中，技術(shù)難度很大；且壓電條的成本高，如要增加每次通斷電周期的位移(伸縮)，必然增加壓電條的使用量，提高電機(jī)的制造成本。為了克服上述缺點(diǎn)，提高每個(gè)動(dòng)作周期的位移行程，從而提高電機(jī)的速度， 彌補(bǔ)該類(lèi)電機(jī)速度和降低制造成本，
本發(fā)明在所述徑向壓電條與電機(jī)動(dòng)子之間設(shè)置有徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)；軸向壓電條與徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)。作為上述結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方式，所述徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套A、大活塞A、小活塞A、以及設(shè)置在油缸套A內(nèi)的主油腔A和副油腔A構(gòu)成；所述大活塞A的一端置于主油腔A內(nèi)，其另一端與徑向壓電條接觸；所述小活塞A的一端置于副油腔A內(nèi)，其另一端靠近電機(jī)動(dòng)子；所述主油腔A和副油腔A相連通，且大活塞A與主油腔A的接觸面積大于畐O油腔A的截面積，彈簧與小活塞A相接觸，當(dāng)徑向壓電條傳遞給大活塞A的位移，經(jīng)過(guò)主油腔A傳遞到副油腔A，再由副油腔A傳遞到小活塞A時(shí)，位移相應(yīng)被放大，其位移放大值理論上與大活塞A \小活塞A的截面積的比值成正比；所述軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套B、大活塞B、小活塞B、以及設(shè)置在油缸套B內(nèi)的主油腔B和副油腔B構(gòu)成；所述大活塞B的一端置于主油腔B內(nèi)，其另一端與軸向壓電條接觸；所述小活塞B的一端置于副油腔 B內(nèi)，其另一端靠近小活塞A ；所述主油腔B和副油腔B相連通，且大活塞B與主油腔B的接觸面積大于副油腔B的截面積，當(dāng)軸向壓電條傳遞給大活塞B的位移，經(jīng)過(guò)主油腔B傳遞到副油腔B，再由副油腔B傳遞到小活塞B時(shí)，位移相應(yīng)被放大，其位移放大值理論上與大活塞 B \小活塞B的截面積的比值成正比。所述徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端外凹構(gòu)成卡槽，徑向壓電條遠(yuǎn)離中心孔的一端外凸構(gòu)成卡塊，所述卡塊設(shè)置在卡槽內(nèi)；采用此種結(jié)構(gòu)，使得徑向壓電條在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中始終位于徑向凹槽內(nèi)；進(jìn)一步的，所述卡塊靠近中心孔的一端端面與卡槽之間也設(shè)置有彈簧，從而在去除徑向壓電條的電場(chǎng)后，徑向壓電條在彈簧的彈力作用下，能回到徑向凹槽的頂端。所述定子殼體主要由定子殼體A和定子殼體B扣合在一起構(gòu)成，便于安裝和拆卸， 本發(fā)明中的定子殼體不限于由兩塊殼體組裝而成，也可根據(jù)實(shí)際情況另行設(shè)計(jì)。所述中心孔的內(nèi)壁上鑲嵌有若干個(gè)滾珠，所述電機(jī)動(dòng)子的外圓沿軸向設(shè)置有與滾珠位置相匹配的滑槽，電機(jī)動(dòng)子通過(guò)滑槽和滾珠與電機(jī)定子形成滑動(dòng)配合；由于采用了此種結(jié)構(gòu)，從而減小了電機(jī)動(dòng)子在中心孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)所受到的摩擦力。上述電機(jī)動(dòng)子和電機(jī)定子零部件的材質(zhì)可以是金屬材料也可以是非金屬材料。上述徑向壓電條和軸向壓電條為壓電材料加工而成的壓電零件，具有施加高頻電場(chǎng)時(shí)往長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，失去電場(chǎng)后恢復(fù)至自然狀態(tài)的特性，由于壓電材料屬于現(xiàn)有成熟技術(shù)，在此不再贅述。上述徑向凹槽優(yōu)先設(shè)計(jì)為垂直于中心孔的中軸線，由于電機(jī)動(dòng)子與中心孔為同心設(shè)置，即徑向凹槽優(yōu)先設(shè) 計(jì)為垂直于電機(jī)動(dòng)子的中軸線，在實(shí)際使用中，根據(jù)需要可有小角度的傾角；所述軸向凹槽平行于電子動(dòng)子的中軸線?；谏鲜鼍哂幸簤何灰品糯髾C(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)的工作方法，其特征在于，包括左驅(qū)動(dòng)過(guò)程和右驅(qū)動(dòng)過(guò)程，其中
左驅(qū)動(dòng)過(guò)程電機(jī)初始狀態(tài)下，向其左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽的限制，徑向壓電條向電機(jī)動(dòng)子方向伸長(zhǎng)，徑向壓電條與電機(jī)動(dòng)子之間形成緊配合；然后向位于徑向壓電條右側(cè)的軸向壓電條施加高頻電場(chǎng)， 軸向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽的限制，軸向壓電條向徑向壓電條方向伸長(zhǎng)并施加壓力，從而推動(dòng)徑向壓電條，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子向左側(cè)移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)結(jié)束后，去除徑向壓電條和軸向壓電條的高頻電場(chǎng)，徑向壓電條和軸向壓電條恢復(fù)常態(tài)，且在彈簧的作用下， 移動(dòng)到最右側(cè)；
右驅(qū)動(dòng)過(guò)程當(dāng)電機(jī)動(dòng)子左移到極限位置后，向右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽的限制，徑向壓電條向電機(jī)動(dòng)子方向伸長(zhǎng)，徑向壓電條與電機(jī)動(dòng)子之間形成緊配合；然后向位于徑向壓電條左側(cè)的軸向壓電條施加高頻電場(chǎng)，軸向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽的限制，軸向壓電條向徑向壓電條方向伸長(zhǎng)并施加壓力，從而推動(dòng)徑向壓電條，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子向右側(cè)移動(dòng)；
重復(fù)上述左驅(qū)動(dòng)過(guò)程和右驅(qū)動(dòng)過(guò)程，電機(jī)動(dòng)子即相對(duì)于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的直線往返運(yùn)動(dòng)。上述電機(jī)工作方法針對(duì)只有一個(gè)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和一個(gè)右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的情況，在實(shí)際工作中常常根據(jù)需要設(shè)計(jì)多個(gè)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)原理均建立在上述方法的基礎(chǔ)上，在此不再贅述。為了提高每個(gè)動(dòng)作周期的位移行程，從而提高電機(jī)的速度，彌補(bǔ)電機(jī)速度和降低制造成本，克服現(xiàn)有壓電條存在的不足，本發(fā)明涉及的工作方法還包括以下步驟
徑向液壓位移放大過(guò)程徑向壓電條與電機(jī)動(dòng)子之間形成緊配合的過(guò)程中，徑向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞A向電機(jī)動(dòng)子方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔A內(nèi)的液壓油向副油腔A 內(nèi)壓進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A向電機(jī)動(dòng)子方向運(yùn)動(dòng)，小活塞A端部與電機(jī)動(dòng)子之間形成緊配合，由于大活塞A與主油腔A的接觸面積大于副油腔A的截面積，徑向壓電條的位移必然被放大；軸向位移放大過(guò)程軸向壓電條推動(dòng)小活塞A向左或向右移動(dòng)的過(guò)程中，軸向壓電條沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞B向小活塞A方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔B內(nèi)的液壓油向副油腔B內(nèi)壓進(jìn)，從而推動(dòng)小活塞B向小活塞A方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A整體沿軸向方向移動(dòng)，由于大活塞B與主油腔B的接觸面積大于副油腔B的截面積，軸線壓電條的位移必然被放大。
綜上所述，本發(fā)明的有益效果是
(1)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的超聲波直線電機(jī)，在同等輸入功率下具有更大的推力；
(2)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的超聲波直線電機(jī)，可以具有更高的運(yùn)行速度；
(3)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的超聲波直線電機(jī)，具有更高的工作效率；
(4)本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有的超聲波直線電機(jī)，工作損耗小，使用壽命更長(zhǎng)；
(5)本發(fā)明通過(guò)設(shè)置徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)和軸線液壓位移放大機(jī)構(gòu)，提高了每個(gè)動(dòng)作周期的位移行程，從而提高電機(jī)的速度，彌補(bǔ)采用現(xiàn)有壓電材料制成的電機(jī)速度不高的缺陷，降低了電機(jī)的制造成本。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的剖視圖； 圖2為圖1中A向結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中另一剖視圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例2的剖視圖； 圖5為圖4中B向結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱(chēng)1 一電機(jī)動(dòng)子；2—徑向壓電條；3—軸向壓電條；4一彈簧；5—電源線；6—油缸套A ;7—大活塞A ;8—小活塞A ;9—主油腔A ;10—副油腔A ;11—滾珠；12—徑向壓電條A ； 13—徑向壓電條B ； 14—徑向壓電條C ； 15—徑向壓電條D ;16—軸向壓電條A ;17—軸向壓電條B ;18—軸向壓電條C ;19一軸向壓電條D ;20— 徑向壓電條E ;21—徑向壓電條F ;22—徑向壓電條G ;23—徑向壓電條H ;24—軸向壓電條 E ；25—軸向壓電條F ;26—軸向壓電條G ;27—軸向壓電條H ;28—油缸套B ;29—大活塞B ； 30—小活塞B ；31—主油腔B ；32—副油腔B ；33—定子殼體A ；34—定子殼體B。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例1
如圖1和2所示，本發(fā)明主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電機(jī)動(dòng)子1構(gòu)成，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述定子殼體主要由定子殼體A33和定子殼體B34扣合在一起構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通；所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向壓電條2，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向壓電條3，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧4。本發(fā)明中徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的彈簧凹槽，以及設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽構(gòu)成左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在其中設(shè)置徑向壓電條2、軸向壓電條3和彈簧4，用于驅(qū)動(dòng)電子動(dòng)子向左運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明中徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽，以及設(shè)置在徑向凹槽的軸向凹槽構(gòu)成右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在其中設(shè)置徑向壓電條2、軸向壓電條3和彈簧4， 用于驅(qū)動(dòng)電子動(dòng)子向右運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)只需單方向運(yùn)行的功能時(shí)只設(shè)立左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)或右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，當(dāng)需要正反向運(yùn)行的功能時(shí)則左右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都要設(shè)置，即左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)均至少為一個(gè)。 徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端外凹構(gòu)成卡槽，徑向壓電條2遠(yuǎn)離中心孔的一端外凸構(gòu)成卡塊，所述卡塊設(shè)置在卡槽內(nèi)，用于將徑向壓電條2固定在徑向凹槽中，使其不會(huì)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中從徑向凹槽中脫離；卡塊靠近中心孔的一端端面與卡槽之間也設(shè)置有彈簧4， 用于徑向壓電條2的復(fù)位；徑向壓電條2和軸向壓電條3均通過(guò)電源線5與外部電源相連， 用于向徑向壓電條2和軸向壓電條3施加高磁電場(chǎng)；所述中心孔的內(nèi)壁上鑲嵌有若干個(gè)滾珠11，所述電機(jī)動(dòng)子1的外圓沿軸向設(shè)置有與滾珠11位置相匹配的滑槽，從而減小了電機(jī)動(dòng)子1在中心孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)所受到的摩擦力。上述左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)數(shù)目可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改變，且分別對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)地分布于定子殼體上?，F(xiàn)針對(duì)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)均為4個(gè)，且各自分為兩組，每組的兩個(gè)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)或右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)均沿中心孔對(duì)稱(chēng)設(shè)置的情況，進(jìn)一步闡述本發(fā)明的工作原理及其過(guò)程；為了方便區(qū)分，如圖3所示，將左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的4個(gè)徑向壓電條分別命名為徑向壓電條A12、徑向壓電條B13、徑向壓電條C14、徑向壓電條D15，4個(gè)與徑向壓電條分別對(duì)應(yīng)的軸向壓電條A16、軸向壓電條B17、軸向壓電條C18、軸向壓電條D19 ；將右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的 4個(gè)徑向壓電條分別命名為徑向壓電條E20、徑向壓電條F21、徑向壓電條G22、徑向壓電條 H23，4個(gè)與徑向壓電條分別對(duì)應(yīng)的軸向壓電條E24、軸向壓電條F25、軸向壓電條G26、軸向壓電條H27。①電機(jī)初始狀態(tài)下，給左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條A12和徑向壓電條B13施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條A12和徑向壓電條B13沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽頂端位置的限制，徑向壓電條A12和徑向壓電條B13只能向動(dòng)子軸心方向伸長(zhǎng)，其結(jié)果是徑向壓電條A12 和徑向壓電條B13接觸電機(jī)動(dòng)子1，并對(duì)電機(jī)動(dòng)子1施加壓力，徑向壓電條Al2和徑向壓電條B13與電機(jī)動(dòng)子1之間形成緊配合；
②給軸向壓電條A16和軸向壓電條B17施加高頻電場(chǎng)，軸向壓電條A16和軸向壓電條 B17沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽右端的位置限制，，軸向壓電條A16和軸向壓電條B17 只能向左側(cè)方向伸長(zhǎng)，其結(jié)果是，軸向壓電條A16和軸向壓電條B17推動(dòng)徑向壓電條A12和徑向壓電條B13，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子1向左側(cè)移動(dòng)；
③給徑向壓電條C14和徑向壓電條D15施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條C14和徑向壓電條 D15沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽頂端位置的限制，徑向壓電條C14和徑向壓電條D15 只能向電機(jī)動(dòng)子1軸心方向伸長(zhǎng)，其結(jié)果是徑向壓電條C14和徑向壓電條D15接觸電機(jī)動(dòng)子1，并對(duì)電機(jī)動(dòng)子1施加壓力，徑向壓電條C14和徑向壓電條D15與電機(jī)動(dòng)子1之間形成緊配合；
④去除徑向壓電條A12、徑向壓電條B13、軸向壓電條A16和軸向壓電條B17的電場(chǎng)， 徑向壓電條A12、徑向壓電條B13、軸向壓電條A16和軸向壓電條B17恢復(fù)至常態(tài)，并在彈簧 4的作用下，移動(dòng)到最右側(cè)；⑤給軸向壓電條C18和軸向壓電條D19施加高頻電場(chǎng)，軸向壓電條C18、軸向壓電條 D19沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽右端的位置限制，軸向壓電條C18和軸向壓電條D19 只能向左側(cè)方向伸長(zhǎng)，其結(jié)果是軸向壓電條C18和軸向壓電條D19推動(dòng)徑向壓電條C14和徑向壓電條D15，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子1向左側(cè)移動(dòng)；
⑥再次給徑向壓電條A12和徑向壓電條B13施加高頻電場(chǎng)，使其向電機(jī)動(dòng)子1軸心方向伸長(zhǎng)，對(duì)電機(jī)動(dòng)子1施加壓力，與電機(jī)動(dòng)子1之間形成緊配合；
⑦去除徑向壓電條C14、 徑向壓電條D15、軸向壓電條C18和軸向壓電條D19的電場(chǎng)， 徑向壓電條C14、徑向壓電條D15、軸向壓電條C18和軸向壓電條D19，并在彈簧4的作用下， 移動(dòng)到最右側(cè)。重復(fù)以上步驟，電機(jī)動(dòng)子1即相對(duì)于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)行方向是電機(jī)動(dòng)子1向左側(cè)運(yùn)動(dòng)。按照上述原理，設(shè)置右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條E20、徑向壓電條F21、徑向壓電條G22、徑向壓電條H23、軸向壓電條E24、軸向壓電條F25、軸向壓電條G26、軸向壓電條H27 的動(dòng)作步驟，即可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)子1向右側(cè)運(yùn)動(dòng)，其工作原理與左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)相同，在此不再贅述。本發(fā)明的電源裝置和控制裝置分別給軸向壓電條和徑向壓電條提供電源；電源裝置和控制裝置按照預(yù)先的設(shè)定分別對(duì)電機(jī)軸向壓電條和徑向壓電條的通電的時(shí)間、矢量、 頻率以及邏輯順序進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)的速度、推力、位移、運(yùn)行方向；上述參數(shù)可預(yù)先設(shè)置且可根據(jù)使用要求隨時(shí)修改。本發(fā)明可通過(guò)改變軸向壓電條和徑向壓電條以及相應(yīng)部件的幾何尺寸，從而改變電機(jī)的推力和速度。實(shí)施例2
由于現(xiàn)有的用于制造壓電條的壓電材料或原件，每次通斷電周期的位移(伸縮)最大只能做到器件尺寸的千分之幾，而可做到百分之幾的器件，尚在研制中，技術(shù)難度很大；且壓電條的成本高，如要增加每次通斷電周期的位移(伸縮)，必然增加壓電條的使用量，提高電機(jī)的制造成本。為了克服上述缺點(diǎn)，提高每個(gè)動(dòng)作周期的位移行程，從而提高電機(jī)的速度， 彌補(bǔ)該類(lèi)電機(jī)速度和降低制造成本，如圖4和5所示，本發(fā)明在徑向壓電條2與電機(jī)動(dòng)子1 之間設(shè)置有徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)；軸向壓電條3與徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例中，所述徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套A6、大活塞A7、小活塞A8、 以及設(shè)置在油缸套A6內(nèi)的主油腔A9和副油腔AlO構(gòu)成；所述大活塞A7的一端置于主油腔A6內(nèi)，其另一端與徑向壓電條2接觸；所述小活塞A8的一端置于副油腔AlO內(nèi)，其另一端靠近電機(jī)動(dòng)子1 ；所述主油腔A9和副油腔AlO相連通，且大活塞A7與主油腔A9的接觸面積大于副油腔AlO的截面積，彈簧4與小活塞A8相接觸；所述軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套B28、大活塞B29、小活塞B30、以及設(shè)置在油缸套B28內(nèi)的主油腔B31和副油腔 B32構(gòu)成；所述大活塞B29的一端置于主油腔B31內(nèi)，其另一端與軸向壓電條3接觸；所述小活塞B30的一端置于副油腔B32內(nèi)，其另一端靠近小活塞A8 ；所述主油腔B31和副油腔 B32相連通，且大活塞B29與主油腔B31的接觸面積大于副油腔B32的截面積?，F(xiàn)進(jìn)一步闡述本發(fā)明位移放大的工作原理及過(guò)程；徑向液壓位移放大過(guò)程徑向壓電條2與電機(jī)動(dòng)子1之間形成緊配合的過(guò)程中，徑向壓電條2沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞A7向電機(jī)動(dòng)子1方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔A9內(nèi)的液壓油向副油腔AlO內(nèi)壓進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A 8向電機(jī)動(dòng)子1方向運(yùn)動(dòng)，小活塞A 8端部與電機(jī)動(dòng)子1之間形成緊配合；當(dāng)徑向壓電條2傳遞給大活塞A7的位移，經(jīng)過(guò)主油腔A9傳遞到副油腔A10，再由副油腔AlO傳遞到小活塞A8時(shí)，徑向位移相應(yīng)被放大，其位移放大值理論上與 大活塞A7 \小活塞A8的截面積的比值成正比。軸向位移放大過(guò)程軸向壓電條3推動(dòng)小活塞A 8向左或向右移動(dòng)的過(guò)程中，軸向壓電條3沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞B29向小活塞A 8方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔B31內(nèi)的液壓油向副油腔B32內(nèi)壓進(jìn)，從而推動(dòng)小活塞B30向小活塞A 8方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A 8 整體沿軸向方向移動(dòng)；當(dāng)軸向壓電條3傳遞給大活塞B29的位移，經(jīng)過(guò)主油腔B31傳遞到副油腔B32，再由副油腔B32傳遞到小活塞B30時(shí)，軸向位移相應(yīng)被放大，其位移放大值理論上與大活塞B29 \小活塞B30的截面積的比值成正比。本實(shí)施例的其他部分與實(shí)施例1相同，在此不再贅述。如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電機(jī)動(dòng)子(1)構(gòu)成，其特征在于，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通； 所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向壓電條(2)，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向壓電條(3)，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的軸向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向壓電條(2)、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向壓電條(3)、以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧(4)構(gòu)成左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述徑向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽右側(cè)的彈簧凹槽、設(shè)置在徑向凹槽左側(cè)的軸向凹槽、設(shè)置在徑向凹槽內(nèi)的徑向壓電條(2)、設(shè)置在軸向凹槽內(nèi)的軸向壓電條(3)、以及設(shè)置在彈簧凹槽內(nèi)的彈簧(4)構(gòu)成右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；所述左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)均至少為一個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為4個(gè)，且分為兩組，每組的兩個(gè)左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿中心孔對(duì)稱(chēng)設(shè)置；所述右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)為4個(gè)，且分為兩組，每組的兩個(gè)右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)沿中心孔對(duì)稱(chēng)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向壓電條(2)和軸向壓電條(3)均通過(guò)電源線(5)與外部電源相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向壓電條(2)與電機(jī)動(dòng)子(1)之間設(shè)置有徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)；軸向壓電條(3)與徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套A(6)、大活塞A(7)、小活塞A(8)、以及設(shè)置在油缸套A (6)內(nèi)的主油腔A (9)和副油腔A (10)構(gòu)成；所述大活塞A (7)的一端置于主油腔A (6)內(nèi)，其另一端與徑向壓電條(2)接觸；所述小活塞A (8)的一端置于副油腔A (10)內(nèi)， 其另一端靠近電機(jī)動(dòng)子(1);所述主油腔A (9)和副油腔A (10)相連通，且大活塞A (7)與主油腔A (9)的接觸面積大于副油腔A (10)的截面積，彈簧(4)與小活塞A (8)相接觸； 所述軸向液壓位移放大機(jī)構(gòu)主要由油缸套B (觀)、大活塞B (四)、小活塞B (30)、以及設(shè)置在油缸套B (28)內(nèi)的主油腔B (31)和副油腔B (32)構(gòu)成；所述大活塞B (29)的一端置于主油腔B (31)內(nèi)，其另一端與軸向壓電條(3)接觸；所述小活塞B (30)的一端置于副油腔B (32)內(nèi)，其另一端靠近小活塞A (8);所述主油腔B (31)和副油腔B (32)相連通，且大活塞B (29)與主油腔B (31)的接觸面積大于副油腔B (32)的截面積。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述徑向凹槽遠(yuǎn)離中心孔的一端外凹構(gòu)成卡槽，徑向壓電條遠(yuǎn)離中心孔的一端外凸構(gòu)成卡塊，所述卡塊設(shè)置在卡槽內(nèi)，且卡塊靠近中心孔的一端端面與卡槽之間也設(shè)置有彈簧(4)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，其特征在于，所述中心孔的內(nèi)壁上鑲嵌有若干個(gè)滾珠(11)，所述電機(jī)動(dòng)子(1)的外圓沿軸向設(shè)置有與滾珠(11)位置相匹配的滑槽。
9.基于上述具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)的工作方法，其特征在于，包括左驅(qū)動(dòng)過(guò)程和右驅(qū)動(dòng)過(guò)程，其中左驅(qū)動(dòng)過(guò)程電機(jī)初始狀態(tài)下，向其左驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條(2)施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條(2)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽的限制，徑向壓電條(2)向電機(jī)動(dòng)子(1)方向伸長(zhǎng)，徑向壓電條(2)與電機(jī)動(dòng)子(1)之間形成緊配合；然后向位于徑向壓電條(2)右側(cè)的軸向壓電條(3)施加高頻電場(chǎng)，軸向壓電條(3)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽的限制，軸向壓電條(3)向徑向壓電條(2)方向伸長(zhǎng)并施加壓力，從而推動(dòng)徑向壓電條(2)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子(1)向左側(cè)移動(dòng)；驅(qū)動(dòng)結(jié)束后，去除徑向壓電條(2)和軸向壓電條(3)的高頻電場(chǎng)，徑向壓電條(2)和軸向壓電條(3)恢復(fù)常態(tài)，且在彈簧(4)的作用下，移動(dòng)到最右側(cè)；右驅(qū)動(dòng)過(guò)程當(dāng)電機(jī)動(dòng)子(1)左移到極限位置后，向右驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中的徑向壓電條(2)施加高頻電場(chǎng)，徑向壓電條(2)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受徑向凹槽的限制，徑向壓電條(2)向電機(jī)動(dòng)子(1)方向伸長(zhǎng)，徑向壓電條(2)與電機(jī)動(dòng)子(1)之間形成緊配合；然后向位于徑向壓電條(2)左側(cè)的軸向壓電條(3)施加高頻電場(chǎng)，軸向壓電條(3)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，由于受軸向凹槽的限制，軸向壓電條(3)向徑向壓電條(2)方向伸長(zhǎng)并施加壓力，從而推動(dòng)徑向壓電條(2)，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)動(dòng)子(1)向右側(cè)移動(dòng)；重復(fù)上述左驅(qū)動(dòng)過(guò)程和右驅(qū)動(dòng)過(guò)程，電機(jī)動(dòng)子(1)即相對(duì)于電機(jī)定子進(jìn)行連續(xù)的直線往返運(yùn)動(dòng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的工作方法，其特征在于，還包括以下步驟徑向液壓位移放大過(guò)程徑向壓電條(2)與電機(jī)動(dòng)子(1)之間形成緊配合的過(guò)程中，徑向壓電條(2)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞A (7)向電機(jī)動(dòng)子(1)方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔A (9) 內(nèi)的液壓油向副油腔A (10)內(nèi)壓進(jìn)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A (8)向電機(jī)動(dòng)子(1)方向運(yùn)動(dòng)，小活塞A (8)端部與電機(jī)動(dòng)子(1)之間形成緊配合；軸向位移放大過(guò)程軸向壓電條(3)推動(dòng)小活塞A (8)向左或向右移動(dòng)的過(guò)程中，軸向壓電條(3)沿長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)，推動(dòng)大活塞B (29)向小活塞A (8)方向運(yùn)動(dòng)，將主油腔B (31) 內(nèi)的液壓油向副油腔B (32)內(nèi)壓進(jìn)，從而推動(dòng)小活塞B (30)向小活塞A(8)方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)小活塞A (8)整體沿軸向方向移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)，主要由設(shè)置有中心孔的電機(jī)定子、以及貫穿設(shè)置在中心孔內(nèi)的電機(jī)動(dòng)子構(gòu)成，所述電機(jī)定子主要由定子殼體、以及設(shè)置在定子殼體上的徑向凹槽和軸向凹槽構(gòu)成，所述徑向凹槽和軸向凹槽分別沿中心孔呈徑向設(shè)置和軸向設(shè)置；所述徑向凹槽一端與中心孔相連通，且徑向凹槽的左側(cè)或右側(cè)設(shè)置有與其相連通的彈簧凹槽；軸向凹槽位于徑向凹槽的右側(cè)或左側(cè)，且與徑向凹槽相連通；所述徑向凹槽內(nèi)設(shè)置有徑向壓電條，軸向凹槽內(nèi)設(shè)置有軸向壓電條，彈簧凹槽內(nèi)設(shè)置有彈簧。本發(fā)明還公開(kāi)了一種基于上述具有液壓位移放大機(jī)構(gòu)的超聲波直線電機(jī)的工作方法。本發(fā)明推力大、效率高、損耗小、速度快、使用壽命長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H02N2/02GK102158121SQ20111008544
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者劉勤 申請(qǐng)人:劉勤