CN101626203A - 弯振模态梁式直线超声电机振子 - Google Patents

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Abstract

弯振模态梁式直线超声电机振子，它属于压电超声电机技术领域，用于压电超声电机。它解决了现有技术因陶瓷材料抗拉强度低和机电耦合效率低造成的超声电机的机械输出能力受到制约的问题。它由两个驱动足、两个端盖、两个绝缘套、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片、法兰盘、两个薄壁梁和安装座组成，法兰盘的端面上沿其轴线各伸出一根螺柱，每个螺柱上套有一对压电陶瓷片，每个螺柱的悬伸端端部旋合有端盖，每个端盖的末端上都设置一个驱动足，所述每片压电陶瓷片由切分后组合的、对称的两个半片压电陶瓷片组成，两个半片压电陶瓷片之间极化方向相反，法兰两侧的两对压电陶瓷片的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片中的压电陶瓷片的极化方向相反。

Description

弯振模态梁式直线超声电机振子
技术领域
本发明涉及一种弯振模态直线超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动，具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。
出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的d31模式(压电陶瓷沿长度方向伸缩)机电耦合效率和陶瓷材料抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限制，这样的激励方式使得超声电机的机械输出能力受到严重制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种弯振模态梁式直线超声电机振子，以解决现有技术因陶瓷材料抗拉强度低和机电耦合效率低造成的超声电机的机械输出能力受到制约的问题。
它由两个驱动足1-1、两个端盖1、两个绝缘套6、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片2、法兰盘3、四个电极片7、两个薄壁梁5和两个安装座4组成，法兰盘3的两个端面上沿其轴线各伸出一根螺柱3-1，每个螺柱3-1上套有一对压电陶瓷片2且螺柱3-1与压电陶瓷片2之间设置有绝缘套6，每个螺柱3-1的悬伸端端部都旋合有一个端盖1从而把压电陶瓷片2压紧在法兰盘3与端盖1之间，端盖1是截面为方形并且从其首端到末端逐渐变细的四棱柱体，每个端盖1的末端上都设置一个驱动足1-1，法兰盘3和压电陶瓷片2之间以及两个压电陶瓷片2之间分别固定有电极片7，所述每片压电陶瓷片由切分后重新组合的、形状对称的两个半片压电陶瓷片2-1组成，两个半片压电陶瓷片2-1之间极化方向相反，法兰3两侧的两对压电陶瓷片2的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片2中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，两个薄壁梁5对称固定在法兰盘3的两个侧面上且薄壁梁5的板面垂直于法兰盘3的轴线，两个薄壁梁5的悬伸端各与一个安装座4相固定。
本发明的弯振模态梁式直线超声电机振子中的两对压电陶瓷片2采用幅值相等、频率为换能器自身谐振频率、相位差为+90°的交流电压信号激励，利用压电陶瓷片的纵向振动在振子中激励出两个正交的弯曲振动模态，两个弯曲振动模态叠加在两个驱动足表面质点上产生椭圆运动轨迹，进而通过驱动足和动子之间的摩擦耦合实现动子的宏观运动输出，两个驱动足同时参与驱动，可以成倍的提高电机的机械输出能力。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。本发明的弯振模态梁式直线超声电机振子中的压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷高机电耦合效率的d33模式(压电陶瓷沿厚度方向伸缩)工作，解决了粘贴压电陶瓷片式压电超声电机机电耦合效率低、机械输出能力差的问题。本发明采用沿厚度方向极化的两对压电陶瓷片实现换能器的两个正交的弯曲振动模态的激励，由于采用同型模态，不存在模态间的频率简并问题；端盖采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高；薄壁梁4实现了弹性支撑和振动隔离，将安装座5与其它构件的联接对振子的弯曲振动模态的影响程度降到最低。本发明的弯振模态梁式直线超声电机振子具有结构简单、设计灵活、机电耦合效率高、可实现大力矩输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点。
附图说明
图1是本发明所述的弯振模态梁式直线超声电机振子的剖视图，图2是图1所示的弯振模态梁式直线超声电机振子的立体结构示意图，图3是图1中两对压电陶瓷片2的极化方向示意图，图4是图1所示的振子的一个基本弯曲振动模态振型示意图，图5是振子的另一个基本弯曲振动模态振型示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3具体说明本实施方式。本实施方式由两个驱动足1-1、两个端盖1、两个绝缘套6、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片2、法兰盘3、四个电极片7、两个薄壁梁5和两个安装座4组成，法兰盘3的两个端面上沿其轴线各伸出一根螺柱3-1，每个螺柱3-1上套有一对压电陶瓷片2且螺柱3-1与压电陶瓷片2之间设置有绝缘套6，每个螺柱3-1的悬伸端端部都旋合有一个端盖1从而把压电陶瓷片2压紧在法兰盘3与端盖1之间，端盖1是截面为方形并且从其首端到末端逐渐变细的四棱柱体，每个端盖1的末端上都设置一个驱动足1-1，法兰盘3和压电陶瓷片2之间以及两个压电陶瓷片2之间分别固定有电极片7，所述每片压电陶瓷片由切分后重新组合的、形状对称的两个半片压电陶瓷片2-1组成，两个半片压电陶瓷片2-1之间极化方向相反，法兰3两侧的两对压电陶瓷片2的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片2中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，两个薄壁梁5对称固定在法兰盘3的两个侧面上且薄壁梁5的板面垂直于法兰盘3的轴线，两个薄壁梁5的悬伸端各与一个安装座4相固定。
所述法兰盘3、螺柱3-1、薄壁梁5和安装座4为一体件；所述薄壁梁5可以实现弹性支撑和振动隔离的效果，能够将振子与其它构件的联接对振子的弯曲振动模态的影响程度降到最低。所述驱动足1-1为截面与端盖1末端端面相等的块体。
本实施方式的弯振模态梁式直线超声电机振子在应用的时候，位于法兰盘3和压电陶瓷片2之间的两个电极片7与驱动电源的公共端连接，位于压电陶瓷片2之间的两个电极片7分别与驱动电源的两相驱动信号连接。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的弯振模态梁式直线超声电机振子的区别在于，所述压电陶瓷片2的横截面为方形或圆形。

Claims (3)

1、弯振模态梁式直线超声电机振子，其特征在于它由两个驱动足(1-1)、两个端盖(1)、两个绝缘套(6)、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片(2)、法兰盘(3)、四个电极片(7)、两个薄壁梁(5)和两个安装座(4)组成，法兰盘(3)的两个端面上沿其轴线各伸出一根螺柱(3-1)，每个螺柱(3-1)上套有一对压电陶瓷片(2)且螺柱(3-1)与压电陶瓷片(2)之间设置有绝缘套(6)，每个螺柱(3-1)的悬伸端端部都旋合有一个端盖(1)从而把压电陶瓷片(2)压紧在法兰盘(3)与端盖(1)之间，端盖(1)是截面为方形并且从其首端到末端逐渐变细的四棱柱体，每个端盖(1)的末端上都设置一个驱动足(1-1)，法兰盘(3)和压电陶瓷片(2)之间以及两个压电陶瓷片(2)之间分别固定有电极片(7)，所述每片压电陶瓷片由切分后重新组合的、形状对称的两个半片压电陶瓷片(2-1)组成，两个半片压电陶瓷片(2-1)之间极化方向相反，法兰(3)两侧的两对压电陶瓷片(2)的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片(2)中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，两个薄壁梁(5)对称固定在法兰盘(3)的两个侧面上且薄壁梁(5)的板面垂直于法兰盘(3)的轴线，两个薄壁梁(5)的悬伸端各与一个安装座(4)相固定。
2、根据权利要求1所述的弯振模态梁式直线超声电机振子，其特征在于所述压电陶瓷片(2)的横截面为方形或圆形。
3、根据权利要求1所述的弯振模态梁式直线超声电机振子，其特征在于所述驱动足(1-1)为截面与端盖(1)末端端面相等的块体。
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