CN101626205B - 矩形四足直线超声电机振子 - Google Patents

Abstract

矩形四足直线超声电机振子，涉及超声电机振子。它解决了现有超声电机定子存在的机械输出能力受制约的问题。它由四个前端盖、八对压电陶瓷片、四个法兰、四个预紧螺柱、绝缘套和电极片组成，所述前端盖包括水平变幅杆、竖直变幅杆和一个驱动足，驱动足为长方体，水平变幅杆和竖直变幅杆正交布置，水平变幅杆、竖直变幅杆和驱动足为一体件，相邻两个水平变幅杆的大端面通过预紧螺柱和法兰固定连接，在法兰和每个水平变幅杆之间的螺柱上均套有一对压电陶瓷片，相邻两个竖直变幅杆的大端面通过预紧螺柱和法兰固定连接，在法兰和每个竖直变幅杆之间的螺柱上均套有一对压电陶瓷片。本发明可以应用到超声电机制作领域。

Description

矩形四足直线超声电机振子

技术领域

本发明涉及到一种超声电机振子，具体涉及一种直线超声电机振子。

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

为了解决现有采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励的超声电机的定子存在的机械输出能力受制约的问题，而提出的一种矩形四足直线超声电机振子。

矩形四足直线超声电机振子，它由四个前端盖、八对压电陶瓷片、四个法兰、四个预紧螺柱、绝缘套和八对电极片组成；四个前端盖的结构和形状均相同；所述前端盖由水平变幅杆、竖直变幅杆和一个驱动足组成，水平变幅杆和竖直变幅杆均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，即所述的四棱柱体的一个侧面为弧面，另外三个侧面为平面；水平变幅杆和竖直变幅杆的大端面端的端面中心处均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足为长方体，驱动足的底端面与水平变幅杆的小端面端的端面相连接，竖直变幅杆小端面端的端面与驱动足的一个侧面相连接，所述水平变幅杆和竖直变幅杆正交布置；水平变幅杆、竖直变幅杆和驱动足为一体件；所述预紧螺柱的中间为方形截面轴段，预紧螺柱两端为旋向相反的螺纹；所述法兰中心处设置有方形孔，预紧螺柱的方形截面轴段穿过法兰中心处的方形孔达到过盈配合，所述四个预紧螺柱中的两个用于连接水平变幅杆，另外两个预紧螺柱用于连接竖直变幅杆；所述每个用于连接水平变幅杆的预紧螺柱两端的螺纹与相邻两个水平变幅杆的大端面端的盲孔螺纹啮合，所述相邻两个水平变幅杆大端面端的盲孔的螺纹旋向相反，在法兰和每个水平变幅杆之间的螺柱上都套有一对压电陶瓷片；所述每个用于连接竖直变幅杆的预紧螺柱两端的螺纹与相邻两个竖直变幅杆的大端面端的盲孔螺纹啮合，所述相邻两个竖直变幅杆大端面端的盲孔的螺纹旋向相反，在法兰和每个竖直变幅杆之间的预紧螺柱上都套有一对压电陶瓷片；在水平变幅杆和压电陶瓷片之间、一对压电陶瓷片之间以及竖直变幅杆和压电陶瓷片之间分别固定有电极片；在所述压电陶瓷片、电极片和预紧螺柱之间固定有绝缘套。

本发明的矩形四足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。

本发明的工作原理：矩形四足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压电陶瓷片(2)实现换能器的两个振动模态的激励，通过调整结构参数，实现振子两个振动模态特征频率的一致；变幅杆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。本发明的矩形四足直线超声电机振子中的压电陶瓷片采用幅值相等、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，驱动信号施加如图5所示，前端盖1相邻的所有电极片6与驱动电源的公共端V₀连接，每对陶瓷片2中间的电极片6分别与驱动信号V₁和V₂连接，利用压电陶瓷片的纵向振动在振子中激励出两个振动模态，所述两个振动模态如图6和图7所示，两个振动模态叠加在四个驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，动子为矩形，并且动子两个平行的内侧面分别和驱动足接触时，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。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。四个驱动足同时参与驱动，可以成倍提高电机的机械输出能力，并且该振子充分利用了振动产生了能量，可提高输出效率。

附图说明

图1是本发明的剖视图，图2是图1所示的矩形四足直线超声电机振子的结构示意图，图3是压电陶瓷片2的极化方向示意图，图4是前端盖1的结构示意图，图5是振子的驱动信号施加示意图，图6是图1所示的振子的一个基本振动模态振型示意图，图7是图1所示的振子的另一个基本振动模态振型示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式由四个前端盖1、八对压电陶瓷片2、四个法兰3、四个预紧螺柱4、绝缘套5和八对电极片6组成；四个前端盖1的结构和形状均相同；所述前端盖1由水平变幅杆1-1、竖直变幅杆1-2和一个驱动足1-3组成，水平变幅杆1-1和竖直变幅杆1-2均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，即所述的四棱柱体的一个侧面为弧面，另外三个侧面为平面的四棱柱体；水平变幅杆1-1和竖直变幅杆1-2的大端面端的端面中心处均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足1-3为长方体，驱动足1-3的底端面与水平变幅杆1-1的小端面端的端面相连接，竖直变幅杆1-2小端面端的端面与驱动足1-3的一个侧面相连接，所述水平变幅杆1-1和竖直变幅杆1-2正交布置；水平变幅杆1-1、竖直变幅杆1-2和驱动足1-3为一体件；所述预紧螺柱4的中间为方形截面轴段，预紧螺柱4两端为旋向相反的螺纹；所述法兰3中心处设置有方形孔，预紧螺柱4的方形截面轴段穿过法兰3中心处的方形孔达到过盈配合，并通过两端的螺纹与相邻两个水平变幅杆1-1的大端面端的盲孔螺纹啮合，所述相邻两个水平变幅杆1-1大端面端的螺纹孔的螺纹旋向相反，在法兰3和每个水平变幅杆1-1之间的螺柱上都套有一对压电陶瓷片2；所述相邻两个竖直变幅杆1-2大端面端的螺纹孔的螺纹旋向相反，预紧螺柱4的方形截面轴段穿过法兰3中心处的方形孔达到过盈配合，并通过两端的螺纹与相邻两个竖直变幅杆1-2的大端面端的盲孔螺纹啮合，在法兰3和每个竖直变幅杆1-2之间的预紧螺柱4上都套有一对压电陶瓷片2；在水平变幅杆1-1和压电陶瓷片2之间、两个压电陶瓷片2之间以及竖直变幅杆1-2和压电陶瓷片2之间分别固定有电极片6；在所述压电陶瓷片2、电极片6和预紧螺柱4之间固定有绝缘套5。本实施方式的矩形四足直线超声电机振子在应用的时候，驱动信号连接如图5所示，和前端盖1相邻的所有电极片6与驱动电源的公共端V₀连接，每对陶瓷片2中间的电极片6分别与驱动信号V₁和V₂连接，

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述法兰3两侧每对压电陶瓷片2中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，水平变幅杆1-1之间的两组压电陶瓷片2的极化方式相反，竖直变幅杆1-2之间的两组压电陶瓷片2的极化方式相同。其他的组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述压电陶瓷片2的横截面为方形或圆形。

Claims (3)

1.矩形四足直线超声电机振子，它由四个前端盖(1)、八对压电陶瓷片(2)、四个法兰(3)、四个预紧螺柱(4)、绝缘套(5)和八对电极片(6)组成；四个前端盖(1)的结构和形状均相同；其特征在于所述前端盖(1)由水平变幅杆(1-1)、竖直变幅杆(1-2)和一个驱动足(1-3)组成，水平变幅杆(1-1)和竖直变幅杆(1-2)均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，即所述的四棱柱体的一个侧面为弧面，另外三个侧面为平面；水平变幅杆(1-1)和竖直变幅杆(1-2)的大端面端的端面中心处均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足(1-3)为长方体，驱动足(1-3)的底端面与水平变幅杆(1-1)的小端面端的端面相连接，竖直变幅杆(1-2)小端面端的端面与驱动足(1-3)的一个侧面相连接，所述水平变幅杆(1-1)和竖直变幅杆(1-2)正交布置；水平变幅杆(1-1)、竖直变幅杆(1-2)和驱动足(1-3)为一体件；所述预紧螺柱(4)的中间为方形截面轴段，预紧螺柱(4)两端为旋向相反的螺纹；所述法兰(3)中心处设置有方形孔，预紧螺柱(4)的方形截面轴段穿过法兰(3)中心处的方形孔达到过盈配合，所述四个预紧螺柱(4)中的两个用于连接水平变幅杆(1-1)，另外两个预紧螺柱(4)用于连接竖直变幅杆(1-2)；所述每个用于连接水平变幅杆(1-1)的预紧螺柱(4)两端的螺纹与相邻两个水平变幅杆(1-1)的大端面端的盲孔螺纹啮合，所述相邻两个水平变幅杆(1-1)大端面端的盲孔的螺纹旋向相反，在法兰(3)和每个水平变幅杆(1-1)之间的螺柱上都套有一对压电陶瓷片(2)；所述每个用于连接竖直变幅杆(1-2)的预紧螺柱(4)两端的螺纹与相邻两个竖直变幅杆(1-2)的大端面端的盲孔螺纹啮合，所述相邻两个竖直变幅杆(1-2)大端面端的盲孔的螺纹旋向相反，在法兰(3)和每个竖直变幅杆(1-2)之间的预紧螺柱(4)上都套有一对压电陶瓷片(2)；在水平变幅杆(1-1)和压电陶瓷片(2)之间、一对压电陶瓷片(2)之间以及竖直变幅杆(1-2)和压电陶瓷片(2)之间分别固定有电极片(6)；在所述压电陶瓷片(2)、电极片(6)和预紧螺柱(4)之间固定有绝缘套(5)。

2.根据权利要求1所述的矩形四足直线超声电机振子，其特征在于所述法兰(3)两侧每对压电陶瓷片(2)中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，相邻两个水平变幅杆(1-1)之间的两对压电陶瓷片(2)的极化方式相反，相邻两个竖直变幅杆(1-2)之间的两对压电陶瓷片(2)的极化方式相同。

3.根据权利要求1所述的矩形四足直线超声电机振子，其特征在于所述压电陶瓷片(2)的横截面为方形或圆形。

Images