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1、(10)申请公布号 CN 102843064 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 0 6 4 A *CN102843064A* (21)申请号 201210371158.0 (22)申请日 2012.09.29 H02N 2/00(2006.01) (71)申请人哈尔滨工业大学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街92号 (72)发明人肖才伟 程廷海 赵岩 (54) 发明名称 柔性可置换螺纹副驱动超声电机 (57) 摘要 柔性可置换螺纹副驱动超声电机，属于超声 振动应用领域。该超声电机性能不受螺纹副材料 和螺纹结构尺寸参数的限制，消除了。
2、螺纹副传动 的行程误差，提高电机的输出性能、应用灵活性及 定位精度。柔性可置换螺纹副驱动超声电机主要 包括螺纹输出轴、可换螺纹副驱动元件和超声激 励振子。激振元件固结在被激振子的周侧面上至 少四个平侧面或凹槽内。可换螺纹副驱动元件为 整体式或分段式，匹配安装固结在配对的安装中 心孔内，螺纹输出轴与可换螺纹副驱动元件螺纹 连接，配对输出旋转和直线运动。本发明提高了该 类超声电机性能输出柔性和应用灵活多样性，改 善电机的输出特性，用于航空航天、汽车工业、医 疗器械、光学驱动和精密定位系统等领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书6页 附图9页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (。
3、12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 9 页 1/2页 2 1.一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机主要包括螺纹输出轴（1）、 可换螺纹副驱动元件（2）和超声激励振子（3），其特征是：可换螺纹副驱动元件（2）的外形 为圆柱形，超声激励振子（3）由被激振体（31）和至少四个激振元件（32）组成，被激振体 （31）的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元件 （32）与平侧面或凹槽的数量相同，每个平侧面上或者凹槽内固结一个激振元件（32），激振 元件（32）的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体（31）的侧面，被激振体（31）的中 。
4、心沿其长度方向贯通加工有圆柱形中心孔，可换螺纹副驱动元件（2）嵌入圆柱形中心孔内， 且二者过盈配合，可换螺纹副驱动元件（2）的中心沿其长度方向贯通加工有螺纹孔，螺纹输 出轴（1）与可换螺纹副驱动元件（2）的螺纹孔相匹配，配对输出旋转和直线运动。 2.如权利要求1所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：输出螺纹轴（1）和 可换螺纹副驱动元件（2）均由耐磨材料制成，输出螺纹轴（1）和可换螺纹副驱动元件（2）相 匹配的螺纹副涂覆有减摩耐磨涂层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al2O3或AlN。 3.根据权利要求1或2所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：被激振体 （31）的材料热膨。
5、胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件（2）材料热膨胀系数。 4.一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机包括螺纹输出轴（1）、超声 激励振子（3）和两个可换螺纹副驱动元件（2），其特征是：可换螺纹副驱动元件（2）的外 形为圆柱形，超声激励振子（3）由被激振体（31）和至少四个激振元件（32）组成，被激振 体（31）的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元 件（32）与平侧面或凹槽的数量相同，每个平侧面上或者凹槽内固结一个激振元件（32），激 振元件（32）的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体（31）的侧面，被激振体（31）两 端面中心沿长度方向有相同尺寸对。
6、称结构的圆柱形安装孔，一个连接孔同轴连通两个安装 孔，连接孔的孔径小于安装孔的孔径，安装孔和连接孔均为圆柱形孔，每个安装孔内嵌入一 个可换螺纹副驱动元件（2），可换螺纹副驱动元件（2）与安装孔过盈配合，每个可换螺纹副 驱动元件（2）的中心沿其长度方向设有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件（2）的螺 纹孔同轴设置，螺纹输出轴（1）与两个可换螺纹副驱动元件（2）的螺纹孔相匹配，配对输出 旋转和直线运动。 5.如权利要求4所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：输出螺纹轴（1）和 可换螺纹副驱动元件（2）均由耐磨材料制成，输出螺纹轴（1）和可换螺纹副驱动元件（2）相 匹配的螺纹副涂覆有减摩耐。
7、磨涂层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al2O3或AlN。 6.根据权利要求4或5所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：被激振体 （31）的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件（2）材料热膨胀系数。 7.一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机包括螺纹输出轴（1）、超声 激励振子（3）和两个可换螺纹副驱动元件（2），其特征是：可换螺纹副驱动元件（2）的外形 为具有锥角为的圆台形，超声激励振子（3）由被激振体（31）和至少四个激振元件（32） 组成，被激振体（31）的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹 槽，激振元件（32）与平侧面或凹槽的数量相同，。
8、每个平侧面上或者凹槽内固结一个激振元 件（32），激振元件（32）的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体（31）的侧面，被激振 体（31）两端面的中心加工一个安装孔，被激振体（31）两端面中心沿长度方向有相同尺寸 对称结构的具有锥角为的圆台形安装孔，一个连接孔同轴连通两个圆台形安装孔，圆台 权 利 要 求 书CN 102843064 A 2/2页 3 形安装孔与可换螺纹副驱动元件（2）的外形相匹配连接孔为圆柱形孔，连接孔的孔径小于 圆台形孔的小端孔径，每个安装孔内嵌于一个可换螺纹副驱动元件（2），可换螺纹副驱动元 件（2）与被激振体（31）锥角自锁紧配对联结安装，可换螺纹副驱动元件（2）的中。
9、心沿其长 度方向设有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件（2）的螺纹孔同轴设置，螺纹输出轴 （1）与两个可换螺纹副驱动元件（2）的螺纹孔相匹配，螺纹输出轴（1）与两个可换螺纹副驱 动元件（2）螺纹连接。 8.如权利要求7所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：输出螺纹轴（1）和 可换螺纹副驱动元件（2）均由耐磨材料制成，输出螺纹轴（1）和可换螺纹副驱动元件（2）相 匹配的螺纹副涂覆有减摩耐磨涂层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al2O3或AlN。 9.如权利要求7所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：具有一定锥角圆 台形的可换螺纹副驱动元件（2）的锥角小于等于3。 10.根据。
10、权利要求7、8或9所述的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，其特征是：被激振 体（31）的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件（2）材料热膨胀系数。 权 利 要 求 书CN 102843064 A 1/6页 4 柔性可置换螺纹副驱动超声电机 技术领域 0001 本发明属于超声振动应用领域，具体涉及一种利用超声振动激励的柔性可置换螺 纹副驱动超声电机。 背景技术 0002 基于超声驱动原理利用柱状定子弯曲振动模态的螺纹副驱动超声电机主要通过 激发定子空间上至少两个弯曲振动模态，利用振动的耦合在定子的内表面螺纹副产生驱动 行波，实现螺纹杆输出轴的旋转-直线运动输出。该类螺纹副驱动超声电机具有结构简单。
11、、 输出力/质量比密度大、易于微型化、定位精度较高等特点。 0003 目前，基于螺纹副驱动超声电机有几种典型结构：定子为多面体结构的利用面 内弯曲振动模态耦合驱动行波的螺纹驱动多面体超声电机（如专利号为CN1767347A、 CN1964175A与CN101364775A），利用环状超薄结构定子面内弯曲振动模态驻波驱动的螺 纹驱动型超声电机（专利号为CN101056073B）；为了降低电机定子的共振工作频率，提出 了一种定子采用悬臂梁结构的一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线电机（专利号 为CN200910080339.6），该类电机主要是利用柱状悬臂梁结构定子的空间正交弯曲振动 模态的耦合。
12、产生驱动行波，实现输出轴的运动输出；另一种有代表意义的螺纹驱动型柱 状旋转-直线超声电机主要有定子为粘贴压电片的金属管式与压电管式两种类型的超 声波导螺杆电动机（如专利号为US2006049720-A1、US2005258714-A1、US7170214-B2、 US7309943-B2、CN101040395A、CN1879232A的专利），该超声波导螺杆电动机主要是利用两 端自由约束的柱体定子空间上正交的两个一阶弯曲振动相互耦合，在定子自由端的内表 面产生驱动行波，定子与输出轴通过螺纹副传动，在轴向负载力的作用下实现输出轴的旋 转-直线运动输出；前面所提及的螺纹驱动型超声电机定子所用的压电。
13、元件多采用d 31 振动 模式，在电机的微型化制造方面存在一定的优势，特别是对于超声波导螺杆电动机来说，该 优势体现得更为明显，但是不可避免的存在输出力较小的实际问题。为了提高电机的输出 力，改善负载特性，出现了一类利用压电元件d 33 振动模式的压电片夹心式旋转直线超声电 机（如专利号为CN200710304683.X与CN201110304078.9）以及利用模态转换型的压电螺纹 传动直线超声电机（专利号为CN201110120487.3）。 0004 从已有公开发明的螺纹副驱动超声电机实施方式来看，定子上的螺纹驱动部分与 定子加工为一整体，定子与螺纹输出轴间多采用螺纹副单一配对形式连接传。
14、动，表现为电 机的机械输出性能单一、缺少灵活性，无法满足日益增长的电机应用场合多样化所带了的 需求；此外，由于螺纹副驱动超声电机主要采用螺纹副传动形式，所以传动螺纹副的配对材 料，结构形式和尺寸参数对电机的输出性能，如输出力/矩，输出速度，输出功率、输出效率 以及电机运行时的轴向跳动、定位精度等有较大程度的影响。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机，该超声电机可使弯曲 说 明 书CN 102843064 A 2/6页 5 振动模态的螺纹副驱动超声电机的性能不受螺纹副材料和螺纹结构尺寸参数的限制，消除 了螺纹副传动的行程误差，提高电机的输出性能、应用灵活性以及。
15、定位精度。 0006 超声电机主要包括利用压电激励振动的超声振子，可换螺纹副驱动元件和螺纹输 出轴。激振元件固结在被激振子的周侧面上至少四个平侧面或凹槽内。可换螺纹副驱动元 件为整体式或分段式，匹配安装固结在配对的安装中心孔内，螺纹输出轴与可换螺纹副驱 动元件螺纹连接，配对输出旋转和直线运动。 0007 实现上述目的，本发明的具体技术方案如下： 柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机主要包括螺纹输出轴、可换螺纹副 驱动元件和超声激励振子，可换螺纹副驱动元件的外形为圆柱形，超声激励振子由被激振 体和至少四个激振元件组成，被激振体的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形 方位的平侧面或凹。
16、槽，激振元件与平侧面或凹槽的数量相同，每个平侧面上或者凹槽内固 结一个激振元件，激振元件的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体的侧面，被激振 体的中心沿其长度方向贯通加工有圆柱形中心孔，可换螺纹副驱动元件嵌入圆柱形中心孔 内，且二者过盈配合，可换螺纹副驱动元件的中心沿其长度方向贯通加工有螺纹孔，螺纹输 出轴与可换螺纹副驱动元件的螺纹孔相匹配，配对输出旋转和直线运动。 0008 柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机包括螺纹输出轴、超声激励振 子和两个可换螺纹副驱动元件，可换螺纹副驱动元件的外形为圆柱形，超声激励振子由被 激振体和至少四个激振元件组成，被激振体的周侧面上至少均布加工有四个。
17、结构对称成正 方形方位的平侧面或凹槽，激振元件与平侧面或凹槽的数量相同，每个平侧面上或者凹槽 内固结一个激振元件，激振元件的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体的侧面，被 激振体两端面中心沿长度方向有相同尺寸对称结构的圆柱形安装孔，一个连接孔同轴连通 两个安装孔，连接孔的孔径小于安装孔的孔径，安装孔和连接孔均为圆柱形孔，每个安装孔 内嵌入一个可换螺纹副驱动元件，可换螺纹副驱动元件与安装孔过盈配合，每个可换螺纹 副驱动元件的中心沿其长度方向设有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件的螺纹孔同 轴设置，螺纹输出轴与两个可换螺纹副驱动元件的螺纹孔相匹配，配对输出旋转和直线运 动。 0009 柔性可置。
18、换螺纹副驱动超声电机，所述的超声电机包括螺纹输出轴、超声激励振 子和两个可换螺纹副驱动元件，可换螺纹副驱动元件的外形为具有锥角为的圆台形，超 声激励振子由被激振体和至少四个激振元件组成，被激振体的周侧面上至少均布加工有四 个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽，激振元件与平侧面或凹槽的数量相同，每个平 侧面上或者凹槽内固结一个激振元件，激振元件的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激 振体的侧面，被激振体两端面的中心加工一个安装孔，被激振体两端面中心沿长度方向有 相同尺寸对称结构的具有锥角为的圆台形安装孔，一个连接孔同轴连通两个圆台形安 装孔，圆台形安装孔与可换螺纹副驱动元件的外形相匹配连接孔为圆柱。
19、形孔，连接孔的孔 径小于圆台形孔的小端孔径，每个安装孔内嵌于一个可换螺纹副驱动元件，可换螺纹副驱 动元件与被激振体锥角自锁紧配对联结安装，可换螺纹副驱动元件的中心沿其长度方向设 有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件的螺纹孔同轴设置，螺纹输出轴与两个可换螺 纹副驱动元件的螺纹孔相匹配，螺纹输出轴与两个可换螺纹副驱动元件螺纹连接，配对输 出旋转和直线运动。 说 明 书CN 102843064 A 3/6页 6 0010 本发明相对于现有技术的有益效果是： 本发明提出的利用超声振子激励的可换螺纹副驱动旋转-直线电机的结构紧凑，螺纹 副可换，螺纹副材料不受超声振子的限制，振子材料与螺纹副材料配对灵活。
20、多样，输出性能 有明显的改善。可换螺纹副驱动元件中心螺纹孔和螺纹输出轴的直径、螺距、螺旋升角大小 可根据电机所需输出性能需求配对柔性置换实现超声电机性能柔性输出。分段式柔性可换 螺纹副减小电机的轴向跳动和电机行程误差，提高了电机性能的稳定性、可靠性和丰富功 能多样性。 0011 本发明显著提高该类螺纹副驱动超声电机性能输出柔性和应用灵活多样性，改善 电机的输出特性，促进弯曲振动模态激励的螺纹副驱动超声电机的实用化进程。本发明在 航空航天、汽车工业、医疗器械、光学驱动和精密定位系统等领域有着广阔的应用前景。 附图说明 0012 图1示出一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机主剖视图； 图2示出图1中A。
21、-A截面图，图中P为压电晶体材料的极化方向； 图3示出图1中所述电机的可置换螺纹副示意图； 图4示出图3的左视图； 图5示出区别于图3的一种柔性可置换螺纹副示意图（螺纹输出轴径大小柔性可换）； 图6示出图5的左视图； 图7示出一种柔性可置换螺纹副驱动超声电机的紧凑型超声振子主剖视图； 图8示出图7的B-B剖视图，图中P为压电晶体材料的极化方向； 图9示出一种柔性双分段可置换螺纹副驱动超声电机主剖视图(采用两个可换螺纹副 驱动元件)； 图10示出图9的C-C剖视图，图中P为压电晶体材料的极化方向； 图11示出图9中所述电机的双分段可置换螺纹副示意图(采用两个圆柱形可换螺纹 副驱动元件)； 图12。
22、示出图11的左视图； 图13示出区别于图11的柔性双分段可置换螺纹副示意图(采用两个圆柱形可换螺纹 副驱动元件)； 图14示出图13的左视图； 图15示出一种柔性双分段可置换螺纹副驱动超声电机的紧凑型超声振子示意图(采 用两个可换螺纹副驱动元件)； 图16示出图15的D-D剖视图，图中P为压电晶体材料的极化方向； 图17示出一种柔性双分段圆台形可置换螺纹副驱动超声电机主剖视图； 图18示出柔性双分段圆台形可置换螺纹副驱动超声电机的紧凑型超声振子主剖视 图； 图19示出图17中所述电机的柔性双分段圆台形驱动可置换螺纹副主剖视图； 图20示出图19的左视图。 0013 图中：螺纹输出轴1、可换螺纹。
23、副驱动元件2、超声激励振子3、被激振体31、激振元 件32。 说 明 书CN 102843064 A 4/6页 7 具体实施方式 0014 具体实施方式一：参见图1至图8，柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声 电机包括螺纹输出轴1、可换螺纹副驱动元件2和超声激励振子3，可换螺纹副驱动元件2 的外形为圆柱形，超声激励振子3由被激振体31和至少四个激振元件32组成，被激振体31 的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽（如图2和图8，凹 槽结构形式使得超声激励振子3结构更加紧凑，激振元件32与平侧面或凹槽的数量相同， 每个平侧面上或者凹槽内固结一个激振元件32（通过冷焊或。
24、环氧树脂胶固结），固结在凹 槽内的激振元件32的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体31的侧面，被激振体31 的中心沿其长度方向贯通加工有圆柱形中心孔，可换螺纹副驱动元件2嵌入圆柱形中心孔 内，且二者过盈配合，可换螺纹副驱动元件2的中心沿其长度方向贯通加工有螺纹孔，螺纹 输出轴1与可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔相匹配，配对输出旋转和直线运动。 0015 本具体实施方式提供的利用弯曲振动模态的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，被 激振体31的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件2材料热膨胀系数；超声激励振 子3的激振模态可根据激振元件32相应的安装布置方式选用一阶振动，二阶振动等系列弯 曲振动的。
25、振动模态，相应调节电机运行频率，实施激振。 0016 如图3和图5，可换螺纹副驱动元件2中心螺纹孔和螺纹输出轴1的直径、螺距、螺 旋升角大小可根据电机所需输出性能需求配对柔性置换，输出螺纹轴1和可换螺纹副驱动 元件2均由耐磨材料制成，输出螺纹轴1和可换螺纹副驱动元件2相匹配的螺纹副涂覆有 减摩耐磨涂层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al 2 O 3 或AlN。 0017 可换螺纹副驱动元件2与被激振体31紧固联结配对安装方式通过高温加热超声 振子3，低温冷却可换螺纹副驱动元件2，可换螺纹副驱动元件2嵌入被激振体31的圆柱形 中心孔内，且二者过盈配合，本实施方式的电机通过柔性置换配对的螺纹输。
26、出轴1、可换螺 纹副驱动元件2和超声激励振子3，提高电机的输出性能和达到电机性能柔性化设计的目 的。 0018 被激振体31为合金钢、铜合金、铝合金、钛合金金属材料或者复合材料，激振元件 32为具有压电效应的压电晶体材料，如PZT4、PZT-5、PZT-8或PMNT，螺纹输出轴1选为铜合 金、合金钢类金属或聚四氟乙烯类高聚物材料。 0019 本具体实施方式的（利用弯曲振动模态的）柔性可置换螺纹副驱动超声电机的激 振方式以超声激励振子3采用二阶弯曲振动模态为例进行说明，对于其它阶次的弯曲振动 模态的激振方式本领域工作者可类似获知。所用激振元件32采用d 31 振动模式，该类型压 电片沿厚度方向极。
27、化，P为压电晶体材料的极化方向，上下表面镀有薄的通电银极，通电激 励时应变即形变方向与极化方向相垂直。所用激振元件32分为两个激振组，其中一组4片 分别32a、32b、32c与32d；其中32a与32c通sin（t），32b与32d通sin（t+）；另一 组则通反向激励交流电；被激振体31接地；其中该交流电信号的频率一般应与该定子 二阶弯曲振动共振频率相吻合或相近，由此达到激发定子空间相互正交的二阶弯曲振动模 态的效果，相位差一般为90或270度，可正反方向的旋转-直线运动输出。 0020 本实施方式中，被激振体31的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件2材 料热膨胀系数。这样，当电机在运。
28、行时，随着温度的升高，超声振子与可换螺纹副驱动元件 说 明 书CN 102843064 A 5/6页 8 间的热胀使得它们间的配合更加的紧固，有效保证电机的更加可靠运行。 0021 具体实施方式二：参见图9至图16，柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超声 电机包括螺纹输出轴1、超声激励振子3和两个可换螺纹副驱动元件2，可换螺纹副驱动元 件2的外形为圆柱形，超声激励振子3由被激振体31和至少四个激振元件32组成，被激振 体31的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧面或凹槽（如图10和 图16，凹槽结构使超声激励振子3结构更加紧凑），激振元件32与平侧面或凹槽的数量相 同，每个平。
29、侧面上或者凹槽内固结一个激振元件32（通过冷焊或环氧树脂胶固结），固结在 凹槽内的激振元件32的外表面低于或者平齐于凹槽所在的被激振体31的侧面，被激振体 31两端面中心沿长度方向有相同尺寸对称结构的圆柱形安装孔，一个连接孔同轴连通两个 安装孔，连接孔的孔径小于安装孔的孔径，安装孔和连接孔均为圆柱形孔，每个安装孔内嵌 入一个可换螺纹副驱动元件2，可换螺纹副驱动元件2与安装孔过盈配合，每个可换螺纹副 驱动元件2的中心沿其长度方向设有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔 同轴设置，螺纹输出轴1与两个可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔相匹配，配对输出旋转和直 线运动。 0022 本具体实施方式提。
30、供的利用弯曲振动模态的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，被 激振体31的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件2材料热膨胀系数；超声激励振 子3的激振模态可根据激振元件32相应的安装布置方式选用一阶振动，二阶振动等系列弯 曲振动的振动模态，相应调节电机运行频率，实施激振。 0023 如图11和图13，两个可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔和螺纹输出轴1的直径、螺 距、螺旋升角大小可根据电机所需输出性能需求配对柔性置换，输出螺纹轴1和可换螺纹 副驱动元件2均由耐磨材料制成，输出螺纹轴1和可换螺纹副驱动元件2相匹配的螺纹副 涂覆有减摩耐磨涂层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al 2 O 3 或AlN。。
31、 0024 可换螺纹副驱动元件2与被激振体31过盈配合配对安装方式通过高温加热超声 振子3，低温冷却可换螺纹副驱动元件2。 0025 本实施方式的电机通过柔性置换配对的螺纹输出轴1、可换螺纹副驱动元件2和 超声激励振子3，提高电机的输出性能和达到电机性能柔性化设计的目的。 0026 被激振体31为31为合金钢、铜合金、铝合金、钛合金金属材料或者复合材料，激振 元件32为具有压电效应的压电晶体材料，如PZT4、PZT-5、PZT-8或PMNT，螺纹输出轴1选 为铜合金、合金钢类金属或聚四氟乙烯类高聚物材料。 0027 本具体实施方式的（利用弯曲振动模态的）柔性可置换螺纹副驱动超声电机的激 振方式。
32、以超声激励振子3采用二阶弯曲振动模态为例进行说明，对于其它阶次的弯曲振动 模态的激振方式本领域工作者可类似获知。所用激振元件32采用d 31 振动模式，该类型压 电片沿厚度方向极化，P为压电晶体材料的极化方向，上下表面镀有薄的通电银极，通电激 励时应变即形变方向与极化方向相垂直。所用激振元件32分为两个激振组，其中一组4片 分别32a、32b、32c与32d；其中32a与32c通sin（t），32b与32d通sin（t+）；另一 组则通反向激励交流电；被激振体31接地；其中该交流电信号的频率一般应与该定子 二阶弯曲振动共振频率相吻合或相近，由此达到激发定子空间相互正交的二阶弯曲振动模 态的效果。
33、，相位差一般为90或270度，可正反方向的旋转-直线运动输出。 0028 本实施方式中，被激振体31的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件2材 说 明 书CN 102843064 A 6/6页 9 料热膨胀系数。这样，当电机在运行时，随着温度的升高，超声振子与可换螺纹副驱动元件 间的热胀使得它们间的配合更加的紧固，有效保证电机更加可靠运行。 0029 具体实施方式三：参见图17至图20，柔性可置换螺纹副驱动超声电机，所述的超 声电机包括螺纹输出轴1、超声激励振子3和两个可换螺纹副驱动元件2，可换螺纹副驱动 元件2的外形为具有锥角为的圆台形，超声激励振子3由被激振体31和至少四个激振 元件3。
34、2组成，被激振体31的周侧面上至少均布加工有四个结构对称成正方形方位的平侧 面或凹槽，激振元件32与平侧面或凹槽的数量相同，每个平侧面上或者凹槽内固结一个激 振元件32（通过冷焊或环氧树脂胶固结），固结在凹槽内的激振元件32的外表面低于或者 平齐于凹槽所在的被激振体31的侧面，被激振体31两端面的中心加工一个安装孔，被激振 体31两端面中心沿长度方向有相同尺寸对称结构的具有锥角为的圆台形安装孔，一个 连接孔同轴连通两个圆台形安装孔，圆台形安装孔与可换螺纹副驱动元件2的外形相匹配 连接孔为圆柱形孔，连接孔的孔径小于圆台形孔的小端孔径，每个安装孔内嵌于一个可换 螺纹副驱动元件2，可换螺纹副驱动元件。
35、2与被激振体31锥角自锁紧配对联结安装，可换螺 纹副驱动元件2的中心沿其长度方向设有贯通的螺纹孔，两个可换螺纹副驱动元件2的螺 纹孔同轴设置，螺纹输出轴1与两个可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔相匹配，螺纹输出轴1 与两个可换螺纹副驱动元件2螺纹连接（配对输出旋转和直线运动）。 0030 如图18所示，本具体实施方式中，圆台形可换螺纹副驱动元件2的锥角和匹配安 装孔的锥角均小于等于3。 0031 本具体实施方式提供的利用弯曲振动模态的柔性可置换螺纹副驱动超声电机，被 激振体31的材料热膨胀系数小于等于可换螺纹副驱动元件2材料热膨胀系数。这样，当电 机在运行时，随着温度的升高，超声振子与可换螺纹副驱动。
36、元件间的热胀使得它们间的配 合更加的紧固，有效保证电机更加可靠运行。超声激励振子3的激振模态可根据激振元件 32相应的安装布置方式选用一阶振动，二阶振动等系列弯曲振动的振动模态，相应调节电 机运行频率，实施激振。 0032 两个可换螺纹副驱动元件2的螺纹孔和螺纹输出轴1的直径、螺距、螺旋升角大小 可根据电机所需输出性能需求配对柔性置换，输出螺纹轴1和可换螺纹副驱动元件2均由 耐磨材料制成，输出螺纹轴1和可换螺纹副驱动元件2相匹配的螺纹副涂覆有减摩耐磨涂 层，涂层材料为类钻碳涂层、纳米金刚石、Al 2 O 3 或AlN。 说 明 书CN 102843064 A 1/9页 10 图1 图2 说 明。
37、 书 附 图CN 102843064 A 10 2/9页 11 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102843064 A 11 3/9页 12 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102843064 A 12 4/9页 13 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102843064 A 13 5/9页 14 图9 图10 说 明 书 附 图CN 102843064 A 14 6/9页 15 图11 图12 图13 说 明 书 附 图CN 102843064 A 15 7/9页 16 图14 图15 说 明 书 附 图CN 102843064 A 16 8/9页 17 图16 图17 说 明 书 附 图CN 102843064 A 17 9/9页 18 图18 图19 图20 说 明 书 附 图CN 102843064 A 18 。