《利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机.pdf（19页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102843063 A (43)申请公布日 2012.12.26 C N 1 0 2 8 4 3 0 6 3 A *CN102843063A* (21)申请号 201210325651.9 (22)申请日 2012.09.05 H02N 2/00(2006.01) (71)申请人哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街92号 (72)发明人包钢 程廷海 高焓 郭向东 肖承丰 王维 张宏宇 (74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人牟永林 (54) 发明名称 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动 型旋转直线超声电。
2、机 (57) 摘要 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动 型旋转直线超声电机，属于超声电机技术领域。 它解决了柱状定子弯曲振动模态的螺纹驱动型旋 转-直线超声电机微型化时输出力矩小的问题。 它包括螺纹输出轴、金属管弹性套筒和m组压电 陶瓷片，或者包括螺纹输出轴、压电陶瓷管、两个 金属帽和p组外电极，本发明为通过激发自由定 子空间上相互正交的两个高阶弯曲振动，如二阶 或三阶弯曲振动模态，利用振动的叠加与耦合，在 由金属管弹性套管和m组压电陶瓷片组成的定子 驱动端的内表面产生驱动行波，定子与螺纹输出 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。本发明作为旋转 直线超声。
3、电机。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书7页 附图9页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 9 页 1/2页 2 1.一种利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，其特征在 于：它包括螺纹输出轴(1)、金属管弹性套筒(2)和m组压电陶瓷片(3)，m为正整数， 金属管弹性套筒(2)套接在螺纹输出轴(1)的外表面，并与螺纹输出轴(1)通过螺纹 副相配合连接，金属管弹性套筒(2)横截面的外轮廓呈正n边形，n的取值为4的整数倍， 金属管弹性套筒(2)外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片(3)，每组压电陶瓷片。
4、 (3)由n片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷片(3)的n片压电陶瓷片对应分布在金属管弹性 套筒(2)外表面的每个平面上； 压电陶瓷片(3)沿厚度方向极化，压电陶瓷片(3)的上表面和下表面均镀有银电极。 2.一种利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，其特征在 于：它包括螺纹输出轴(1)、金属管弹性套筒(2)和m组压电陶瓷片(3)，m为正整数， 金属管弹性套筒(2)套接在螺纹输出轴(1)的外表面，并与螺纹输出轴(1)通过螺纹 副相配合连接，金属管弹性套筒(2)横截面的外轮廓为由圆弧和两条直线段组成的形状， 其中圆弧大于或等于二分之一圆周，两条直线段等长且相互垂直； 金属管弹性套筒。
5、(2)外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片(3)，每组压电陶瓷片 (3)由两片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷片(3)的两片压电陶瓷片对应分布在金属管弹 性套筒(2)外表面的两个平面上； 压电陶瓷片(3)沿厚度方向极化，压电陶瓷片(3)的上表面和下表面均镀有银电极。 3.根据权利要求1或2所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线 超声电机，其特征在于：所述m组压电陶瓷片(3)分别位于金属管弹性套筒(2)的m阶弯曲 振动的m个振幅的中心波幅处。 4.根据权利要求1或2所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线 超声电机，其特征在于：所述压电陶瓷片(3)通过环氧树脂胶与金属管。
6、弹性套筒(2)外表面 粘接固定。 5.根据权利要求1或2所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线 超声电机，其特征在于：所述金属管弹性套筒(2)的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合 金； 压电陶瓷片(3)的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 6.一种利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，其特征在 于：它包括螺纹输出轴(1)、压电陶瓷管(4)、两个金属帽(5)和p组外电极(6-2)，p为正整 数， 压电陶瓷管(4)的两端分别粘接一个金属帽(5)形成定子，所述定子套接在螺纹输出 轴(1)外侧，并且两个金属帽(5)与螺纹输出轴(1)通过螺纹副相配合连接， 压电陶瓷管。
7、(4)内表面上覆盖有内电极(6-1)，压电陶瓷管(4)的外表面上沿轴向均匀 分布p组外电极(6-2)，每组外电极(6-2)包括q个外电极，q的取值为4的整数倍，每组外 电极(6-2)中的q个外电极沿压电陶瓷管(4)的圆周方向均匀分布固定， 压电陶瓷管(4)沿径向方向极化。 7.根据权利要求6所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超 声电机，其特征在于：所述压电陶瓷管(4)与金属帽(5)之间采用环氧树脂胶粘接固定。 8.根据权利要求6或7所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线 权 利 要 求 书CN 102843063 A 2/2页 3 超声电机，其特征在于：所述。
8、金属帽(5)的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合金； 压电陶瓷管(4)的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 9.根据权利要求1、2或6所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直 线超声电机，其特征在于：所述螺纹输出轴(1)的两端为平头结构或者为球端结构。 10.根据权利要求1、2或6所述的利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转 直线超声电机，其特征在于：螺纹输出轴(1)的材质为铜合金、合金钢类金属或聚四氟乙烯 类高聚物材料。 权 利 要 求 书CN 102843063 A 1/7页 4 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超 声电机 技术领域 0001 本发明涉及一。
9、种利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电 机，属于超声电机技术领域。 背景技术 0002 利用柱状定子弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转-直线超声电机是诸多类超声电 机中的一种，相对于其它类超声电机，该类超声电机的定子与输出轴通过螺纹副传动，通过 激发定子空间上相互正交的两个弯曲振动模态，利用振动的耦合与叠加，在定子驱动端的 内表面产生驱动行波，它能够较容易的实现螺纹输出轴旋转-直线自由度运动的输出。它 与圆盘行波类超声电机相比，具有结构简单、易于微型化及定位精度高的特点。 0003 基于螺纹副传动的螺纹驱动型超声电机根据超声电机定子结构与激振模式的不 同可分为以下几种：定子为多面体。
10、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，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，这两类电机的定子多采用多面体或圆环状结构，通过激发定子的面内振动模态实现电 机输出部件的旋转-直线运动。 0004 为了降低电机定子的共振频率，还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，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，该超声波导螺杆电。
11、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；上述螺 纹驱动型超声电机定子所用的压电元件多采用d 31 振动模式，该种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，但却同时不可避免的存在输出力较小的实际问题。 0005 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，以及利用模态转换型的压电螺纹传动直线超声电机，与 利用压电元件d。
12、 31 振动模式的螺纹驱动型超声电机相比，该类电机在输出力上具有明显优 势，但存在微型化较困难的问题。 发明内容 0006 本发明是为了解决柱状定子弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转-直线超声电机微 型化时输出力矩小的问题，提供一种利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直 线超声电机。 0007 本发明的第一种技术方案： 说 明 书CN 102843063 A 2/7页 5 0008 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输 出轴、金属管弹性套筒和m组压电陶瓷片，m为正整数， 0009 金属管弹性套筒套接在螺纹输出轴的外表面，并与螺纹输出轴通过螺纹副相配合 连接，。
13、金属管弹性套筒横截面的外轮廓呈正n边形，n的取值为4的整数倍， 0010 金属管弹性套筒外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片，每组压电陶瓷片由n 片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷片的n片压电陶瓷片对应分布在金属管弹性套筒外表面 的每个平面上； 0011 压电陶瓷片沿厚度方向极化，压电陶瓷片的上表面和下表面均镀有银电极。 0012 本发明的第二种技术方案： 0013 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输 出轴、金属管弹性套筒和m组压电陶瓷片，m为正整数， 0014 金属管弹性套筒套接在螺纹输出轴的外表面，并与螺纹输出轴通过螺纹副相配合 连接，金属管弹性套筒横截面的。
14、外轮廓为由圆弧和两条直线段组成的形状，其中圆弧大于 或等于二分之一圆周，两条直线段等长且相互垂直； 0015 金属管弹性套筒外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片，每组压电陶瓷片由两 片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷片的两片压电陶瓷片对应分布在金属管弹性套筒外表面 的两个平面上； 0016 压电陶瓷片沿厚度方向极化，压电陶瓷片的上表面和下表面均镀有银电极。 0017 上述两种技术方案中，所述m组压电陶瓷片分别位于金属管弹性套筒的m阶弯曲 振动的m个振幅的中心波幅处。 0018 所述压电陶瓷片通过环氧树脂胶与金属管弹性套筒外表面粘接固定。 0019 所述金属管弹性套筒的材质为钛合金、铜合金、合金钢或。
15、铝合金； 0020 压电陶瓷片的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 0021 本发明的第三种技术方案： 0022 利用柱状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输 出轴、压电陶瓷管、两个金属帽和p组外电极，p为正整数， 0023 压电陶瓷管的两端分别粘接一个金属帽形成定子，所述定子套接在螺纹输出轴外 侧，并且两个金属帽与螺纹输出轴通过螺纹副相配合连接， 0024 压电陶瓷管内表面上覆盖有内电极，压电陶瓷管的外表面上沿轴向均匀分布p组 外电极，每组外电极包括q个外电极，q的取值为4的整数倍，每组外电极中的q个外电极 沿压电陶瓷管的圆周方向均匀分布固定， 0025 压电陶瓷管。
16、沿径向方向极化。 0026 所述压电陶瓷管与金属帽之间采用环氧树脂胶粘接固定。 0027 所述金属帽的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合金； 0028 压电陶瓷管的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 0029 上述三种技术方案中： 0030 所述螺纹输出轴的两端为平头结构或者为球端结构。 0031 螺纹输出轴的材质为铜合金、合金钢类金属或聚四氟乙烯类高聚物材料。 0032 本发明的优点是：本发明通过激发自由定子空间上相互正交的两个高阶弯曲振 说 明 书CN 102843063 A 3/7页 6 动，如二阶或三阶弯曲振动模态，利用振动的叠加与耦合，在由金属管弹性套管和m组压电 陶瓷片组成的定子驱。
17、动端的内表面产生驱动行波，定子与螺纹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。本发明所述超声电机的性能有明 显的改善，尤其在输出力方面，在满足微型化的同时，其最大输出力与现在技术相比可提高 约50以上。 0033 本发明工作效率高，机械特性好，促进了弯曲振动模态旋转-直线型超声电机的 实用化和微型化进程。 0034 本发明在航空航天、医疗器械、智能机器人、数码产品以及精密驱动系统等领域有 着广阔的应用前景。 附图说明 0035 图1为本发明实施方式一所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图中 压电陶瓷片为两组，金属管弹性套管横截面的外轮廓呈正方形；图中“。
18、+”号和“-”号表示压 电陶瓷片的极化方向； 0036 图2为图1的沿轴向的剖视图； 0037 图3为图1的侧视方向剖视图；图中箭头表示压电陶瓷片的极化方向； 0038 图4为图1所示超声电机的二阶弯曲振动模态示意图； 0039 图5为本发明实施方式一所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图中 压电陶瓷片为三组，金属管弹性套管横截面的外轮廓呈正方形； 0040 图6为图5的沿轴向的剖视图； 0041 图7为图5所示超声电机的三阶弯曲振动模态示意图； 0042 图8为本发明实施方式二所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图中 压电陶瓷片为两组； 0043 图9为图8的侧视方向剖视图；。
19、 0044 图10为图8所示超声电机的二阶弯曲振动模态示意图； 0045 图11为本发明实施方式二所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图 中压电陶瓷片为三组； 0046 图12为图11所示超声电机的三阶弯曲振动模态示意图； 0047 图13为本发明实施方式六所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图 中外电极为两组； 0048 图14为图13的沿轴向的剖视图； 0049 图15为图13所示超声电机的二阶弯曲振动模态示意图； 0050 图16为本发明实施方式六所述螺纹驱动型旋转直线超声电机的结构示意图，图 中外电极为三组； 0051 图17为图16的沿轴向的剖视图； 0052 图18。
20、为图16所示超声电机的三阶弯曲振动模态示意图。 具体实施方式 0053 具体实施方式一：下面结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述利用柱状 说 明 书CN 102843063 A 4/7页 7 定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输出轴1、金属管弹性 套筒2和m组压电陶瓷片3，m为正整数， 0054 金属管弹性套筒2套接在螺纹输出轴1的外表面，并与螺纹输出轴1通过螺纹副 相配合连接，金属管弹性套筒2横截面的外轮廓呈正n边形，n的取值为4的整数倍， 0055 金属管弹性套筒2外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片3，每组压电陶瓷片3 由n片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷。
21、片3的n片压电陶瓷片对应分布在金属管弹性套筒 2外表面的每个平面上； 0056 压电陶瓷片3沿厚度方向极化，压电陶瓷片3的上表面和下表面均镀有银电极。 0057 图1至图4所示为利用二阶弯曲振动模态对称结构金属管定子的旋转-直线超声 电机，其金属管弹性套筒2为对称结构，金属管弹性套筒2的横截面为四方的中空柱状对称 结构，并且其内孔中加工有螺纹副，金属管弹性套筒2与两组压电陶瓷片3构成超声电机的 定子，螺纹输出轴1的外表面加工有与金属管弹性套筒2相配合的螺纹副。 0058 本实施方式中所有压电陶瓷片3采用d 31 振动模式，压电陶瓷片3表面上具有薄的 银电极，当压电陶瓷片3通电激励时应变即形变方。
22、向与极化方向相垂直。图1至图4中，压 电陶瓷片3沿金属管弹性套筒2轴向分为两个激振组，沿金属管弹性套筒2轴向相邻的压 电陶瓷片3的极化方向相反，沿金属管弹性套筒2圆周方向，压电陶瓷片3的按极化方向均 分为两组，一组为由外向内，一组为由内向外。压电陶瓷片3的极化方向与通电方式相互配 合，能够达到最大的输出力矩。 0059 图2和图3所示，将两组压电陶瓷片3放置于金属管弹性套筒2的二阶弯曲振动 的两个振幅的中心波幅处，超声电机使用时可通过法兰与螺钉配合固定在定子的振动节点 处。具体通电方式为：第一组激振组中两片相对设置的一对压电陶瓷片3通交流电信号可 以为sint，为交流电信号的频率，t为时间；另。
23、外一对压电陶瓷片3通交流电信号为 为相位差；第二组激振组中与第一组激振组中一对压电陶瓷片3相应的那对压电 陶瓷片3通交流电信号为-sint，第二组激振组中与第一组激振组中另外一对压电陶瓷 片3相应的那对压电陶瓷片3通交流电信号为金属管弹性套筒2外表面接地。其 中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，利用振动 耦合在定子的两个自由端的内表面耦合产生驱动行波，在轴向负载力的作用下经由螺纹副 实现螺纹输出轴1一个方向的旋转-直线运动输出；当相位差由90变为270度时，可使螺 纹输出轴1产生相。
24、反方向的旋转-直线运动输出，参见图4。 0060 图5至图7为利用三阶弯曲振动模态对称结构金属管定子的旋转-直线超声电 机，其压电陶瓷片3为三组，三组压电陶瓷片3形成三个激振组，三组压电陶瓷片3分别放 置于金属管弹性套筒2的三阶弯曲振动的三个振幅的中心波幅处，超声电机使用时可通过 法兰与螺钉配合固定在定子的振动节点处，如图6和图7所示，具体通电方式为：第一激振 组中一对相对的压电陶瓷片3通交流电信号可以为sint，另对一对陶瓷片3通第 二激振组中压电陶瓷片3与第一激振组中相应的压电陶瓷片3的通电信号相反；第二激振 组中压电陶瓷片3的通电方向与上述类同，金属管弹性套筒2接地。其中该交流电信号的 。
25、频率一般应与该定子三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 互正交的三阶弯曲振动模态的效果，相位差一般为90或270度，利用振动耦合在定子的两 说 明 书CN 102843063 A 5/7页 8 个自由端的内表面耦合产生驱动行波，在轴向负载力的作用下经由螺纹副实现螺纹输出轴 1一个方向的旋转-直线运动输出；当相位差由90变为270度时，可使螺纹输出轴1产生 相反方向的旋转-直线运动输出，参见图7。 0061 具体实施方式二：下面结合图8至图12说明本实施方式，本实施方式所述利用柱 状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输出轴1、金属管弹 性套筒2和m组。
26、压电陶瓷片3，m为正整数， 0062 金属管弹性套筒2套接在螺纹输出轴1的外表面，并与螺纹输出轴1通过螺纹副 相配合连接，金属管弹性套筒2横截面的外轮廓为由圆弧和两条直线段组成的形状，其中 圆弧大于或等于二分之一圆周，两条直线段等长且相互垂直； 0063 金属管弹性套筒2外表面上沿轴向均匀分布m组压电陶瓷片3，每组压电陶瓷片3 由两片压电陶瓷片组成，每组压电陶瓷片3的两片压电陶瓷片对应分布在金属管弹性套筒 2外表面的两个平面上； 0064 压电陶瓷片3沿厚度方向极化，压电陶瓷片3的上表面和下表面均镀有银电极。 0065 图8至图10是利用二阶弯曲振动模态非对称结构金属管定子的旋转-直线超声 电。
27、机，金属管弹性套筒2的横截面为半圆半方的中空柱状非对称结构，其内孔中加工有螺 纹副，金属管弹性套筒2和两组压电陶瓷片3构成超声电机定子，螺纹输出轴1上加工有与 金属管弹性套筒2相配合的螺纹副。 0066 压电陶瓷片3采用d 31 振动模式，其上下表面镀有薄的银电极，通电激励时应变即 形变方向与极化方向相垂直。压电陶瓷片3沿金属管弹性套筒2圆周方向分为两个激振组， 每组压电陶瓷片3的极化方向均为由外向内或由内向外。压电陶瓷片3的极化方向与通电 方式相互配合，能够达到最大的输出力矩。 0067 将两组压电陶瓷片3放置于金属管弹性套筒2的二阶弯曲振动的两个振幅的中 心波幅处，超声电机使用时可通过法兰。
28、与螺钉配合固定在定子的振动节点处，参见图9和 图10，具体通电方式为：第一激振组中两片压电陶瓷片3分别通交流电信号可以为sint 与-sint，第二激振组中两片压电陶瓷片3不通电，金属管弹性套筒2接地。本实施方式 中交流电信号的频率一般应与该非对称结构定子的二阶弯曲振动共振频率相吻合或相 近，由此达到激发定子一个方向的二阶弯曲振动模态的效果，由于定子采用非对称结构，由 此可通过利用振动耦合在定子的两个自由端的内表面耦合产生驱动行波，在轴向负载力的 作用下经由螺纹副实现螺纹输出轴1一个方向的旋转-直线运动输出；当第二激振组中两 片压电陶瓷片3分别通交流电信号sint与-sint时，第一激振组中两。
29、片压电陶瓷片3 不通电，金属管弹性套筒2接地。利用相同原理则可实现螺纹输出轴1相反方向的旋转-直 线运动输出。 0068 图11和图12为利用三阶弯曲振动模态非对称结构金属管定子的旋转-直线超声 电机，金属管弹性套筒2横截面为半圆半方的中空柱状非对称结构，其内孔中加工有螺纹 副，金属管弹性套筒2与三组压电陶瓷片3构成超声电机的定子，螺纹输出轴1外表面上加 工有与金属管弹性套筒2相配合的螺纹副。 0069 压电陶瓷片3采用d 31 振动模式，该类型压电片沿厚度方向极化，上下表面镀有薄 的银电极，通电激励时应变即形变方向与极化方向相垂直。所有压电陶瓷片3沿圆周方向 分为两个激振组，每个激振组包括3。
30、片压电陶瓷片3，两个激振组的压电陶瓷片3放置于金 说 明 书CN 102843063 A 6/7页 9 属管弹性套筒2的三阶弯曲振动的三个振幅的中心波幅处，超声电机使用时可通过法兰与 螺钉配合固定在定子的振动节点处，参见图12。 0070 具体通电方式为：第一个激振组中三片压电陶瓷片3分别通交流电信号可以为 sint、-sint与sint，第二个激振组中三片压电陶瓷片3不通电，金属管弹性套筒2 接地。其中该交流电信号的频率一般应与该非对称结构定子的三阶弯曲振动共振频率 相吻合或相近，由此达到激发定子一个方向的三阶弯曲振动模态的效果，由于定子采用非 对称结构，由此可通过利用振动耦合在定子的两个自。
31、由端的内表面耦合产生驱动行波，在 轴向负载力的作用下经由螺纹副实现螺纹输出轴1一个方向的旋转-直线运动输出；当第 二激振组中三片压电陶瓷片3分别通交流电信号sint、-sint与sint，第一激振组 中三片压电陶瓷片3不通电，金属管弹性套筒2接地，利用相同原理则可实现螺纹输出轴1 相反方向的旋转-直线运动输出。 0071 具体实施方式三：下面结合图2和图6说明本实施方式，本实施方式为对实施方式 一或二的进一步说明，所述m组压电陶瓷片3分别位于金属管弹性套筒2的m阶弯曲振动 的m个振幅的中心波幅处。 0072 具体实施方式四：本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，所述压电陶 瓷片3通过环。
32、氧树脂胶与金属管弹性套筒2外表面粘接固定。 0073 压电陶瓷片3与金属管弹性套筒2也可以通过冷焊的方式固定。 0074 具体实施方式五：本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，所述金 属管弹性套筒2的材质为钛合金、铜合金、合金钢或铝合金； 0075 压电陶瓷片3的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 0076 本实施方式所述的压电陶瓷片3的材质可以为PZT4、PZT-5、PZT-8或PMNT。 0077 具体实施方式六：下面结合图13至图18说明本实施方式，本实施方式所述利用柱 状定子高阶弯曲振动模态的螺纹驱动型旋转直线超声电机，它包括螺纹输出轴1、压电陶瓷 管4、两个金属帽5和p组。
33、外电极6-2，p为正整数， 0078 压电陶瓷管4的两端分别粘接一个金属帽5形成定子，所述定子套接在螺纹输出 轴1外侧，并且两个金属帽5与螺纹输出轴1通过螺纹副相配合连接， 0079 压电陶瓷管4内表面上覆盖有内电极6-1，压电陶瓷管4的外表面上沿轴向均匀 分布p组外电极6-2，每组外电极6-2包括q个外电极，q的取值为4的整数倍，每组外电极 6-2中的q个外电极沿压电陶瓷管4的圆周方向均匀分布固定， 0080 压电陶瓷管4沿径向方向极化。 0081 图13至图15所示，为利用二阶弯曲振动模态压电管定子的旋转-直线超声电机， 压电陶瓷管4外表面均匀分布有八个沿径向极化的供激励振动通电所用的外电。
34、极6-2，为 了有效激振外电极优选布置于相应弯曲振动的振动波幅中心处，主要利用压电管定子的二 阶或更高阶弯曲振动模态，电机使用时可通过法兰与螺钉配合固定在定子的振动节点处； 金属帽5内孔加工有螺纹副，螺纹输出轴1的外表面加工有与金属帽5相配合的螺纹副。 0082 压电陶瓷管4沿径向方向极化，采用d 31 振动模式，该八个外电极沿压电陶瓷管4 的轴向分为两个激振组，具体通电方式为：第一激振组中四片外电极6-2沿圆周方向顺次 通交流电信号可以为sint、-sint和第二个激振组中外电极6-2与第 一个激振组中相应的外电极6-2的通电信号相反；压电陶瓷管4内表面虚地。其中该交流 说 明 书CN 10。
35、2843063 A 7/7页 10 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，利用振动耦合在 定子的两个自由端金属帽5的内表面耦合产生驱动行波，在轴向负载力的作用下经由螺纹 副实现螺纹输出轴1一个方向的旋转-直线运动输出；当相位差由90变为270度时，可使 螺纹输出轴1产生相反方向的旋转-直线运动输出，参见图13与图14。 0083 图16至图18所示，为利用三阶弯曲振动模态压电管定子的旋转-直线超声电机， 压电陶瓷管4外表面均匀分布有十二个沿径向极化的供激励振动通电所用的外电极，为了 有效激。
36、振外电极优选布置于相应弯曲振动的振动波幅中心处，主要利用压电管定子的三阶 或更高阶弯曲振动模态，电机使用时可通过法兰与螺钉配合固定在定子的振动节点处；该 十二个外电极可分为三组进行激振，该十二个外电极沿压电陶瓷管4的轴向分为三个激振 组，具体通电方式为：第一激振组中四片外电极6-2沿圆周方向顺次通交流电信号可以为 sint、-sint和第二个激振组中外电极6-2与第一个激振组中相应的 外电极6-2的通电信号相反；第三个激振组中外电极6-2与第一个激振组中相应的外电极 6-2的通电信号相同，压电陶瓷管4内表面虚地。其中该交流电信号的频率一般应与该 定子三阶弯曲振动共振频率相吻合或相近，由此达到激。
37、发定子空间相互正交的三阶弯曲振 动模态的效果，相位差一般为90或270度，利用振动耦合在定子的两个自由端金属帽5的 内表面耦合产生驱动行波，在轴向负载力的作用下经由螺纹副实现螺纹输出轴1一个方向 的旋转-直线运动输出；当相位差由90变为270度时，可使螺纹输出轴1产生相反方向的 旋转-直线运动输出，参见图18。 0084 具体实施方式七：本实施方式为对实施方式六的进一步说明，本实施方式所述压 电陶瓷管4与金属帽5之间采用环氧树脂胶粘接固定。 0085 压电陶瓷管4与金属帽5之间还可以通过冷焊的方式固定。 0086 具体实施方式八：本实施方式为对实施方式六或七的进一步说明，所述金属帽5 的材质为。
38、钛合金、铜合金、合金钢或铝合金； 0087 压电陶瓷管4的材质为具有压电效应的压电陶瓷材料。 0088 具体实施方式九：本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五、六、七或八的进一步 说明，所述螺纹输出轴1的两端为平头结构或者为球端结构。 0089 具体实施方式十：本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五、六、七、八或九的进 一步说明，螺纹输出轴1的材质为铜合金、合金钢类金属或聚四氟乙烯类高聚物材料。 0090 本发明所述上述各个实施方式中，压电陶瓷片3或压电陶瓷管4采用的压电材料 也可选择磁致收缩材料或静电材料等智能材料。 说 明 书CN 102843063 A 10 1/9页 11 图1 图。
39、2 说 明 书 附 图CN 102843063 A 11 2/9页 12 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102843063 A 12 3/9页 13 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102843063 A 13 4/9页 14 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102843063 A 14 5/9页 15 图9 图10 图11 说 明 书 附 图CN 102843063 A 15 6/9页 16 图12 图13 说 明 书 附 图CN 102843063 A 16 7/9页 17 图14 图15 说 明 书 附 图CN 102843063 A 17 8/9页 18 图16 图17 说 明 书 附 图CN 102843063 A 18 9/9页 19 图18 说 明 书 附 图CN 102843063 A 19 。