CN101630924A - T型直线超声电机振子 - Google Patents

Abstract

T型直线超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。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。它的T型前端盖由三个变幅杆小端面结合并按T型布置，驱动足连接变幅杆的连接位置，且三个变幅杆和驱动足为一体件；压电陶瓷片沿厚度方向极化，同一个变幅杆上每相邻两片的极化方向相反，在同一轴线上的两个变幅杆上的压电陶瓷片的极化方式相反，每个紧固螺钉都穿过后端盖、压电陶瓷片和法兰连在盲孔上，压电陶瓷片和法兰位于后端盖和变幅杆之间，且压电陶瓷片分别位于法兰的两侧；每对压电陶瓷片之间、变幅杆和压电陶瓷片之间，以及压电陶瓷片与法兰之间均有一片电极片；紧固螺钉外部固定有绝缘套。本发明应用到超声电机制作领域。

Description

T型直线超声电机振子

技术领域

本发明涉及到一种T型直线超声电机振子，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，本发明提供了一种T型直线超声电机振子。

本发明的T型直线超声电机振子包括T型前端盖、六对压电陶瓷片、三个后端盖、三个紧固螺钉、三个绝缘套、三个法兰和十二片电极片；所述T型前端盖包括三个变幅杆、一个驱动足和一个耐磨衬垫；变幅杆是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，驱动足为长方体，三个变幅杆小端面一体连接，并按T型布置，驱动足的一个端面连接于三个变幅杆相连接的位置，并且驱动足的中心线与其中一个变幅杆的中心线相重合，另两个变幅杆对称设置在所述的中心线的两侧，并位于一条中心线上；三个变幅杆和驱动足为一体件；每个变幅杆的大端面的中心设置有一个带内螺纹的盲孔，耐磨衬垫固定在驱动足的另一个端面上；所述三个后端盖、三个法兰和六对压电陶瓷片的中心均设置有通孔，所述的压电陶瓷片沿厚度方向极化，每个紧固螺钉都穿过一个后端盖、两对压电陶瓷片和一个法兰连接在一个变幅杆的盲孔内，所述的两对压电陶瓷片和一个法兰位于后端盖和变幅杆之间，并且所述的两对压电陶瓷片分别位于所述的法兰的两侧；同一个变幅杆上每相邻两片压电陶瓷片的极化方向相反，设置在同一轴线上的两个变幅杆上的压电陶瓷片的极化方式相反，即依次从内向外的位于同一位置的压电陶瓷片的极化方向相同；每对压电陶瓷片之间、变幅杆和与其相邻的一个压电陶瓷片之间，以及法兰和与其相邻的一个压电陶瓷片之间均固定有一片电极片；在压电陶瓷片、电极片、法兰与紧固螺钉之间固定有绝缘套。

本发明的T型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；前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。

本发明的T型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T型直线超声电机振子的剖视图；图2是本发明所述的T型直线超声电机振子的立体结构示意图；图3是压电陶瓷片2的极化方向示意图；图4是T型前端盖1的结构示意图；图5是T型直线超声电机振子的电极片7上施加的驱动信号示意图；图6和图7是T型直线超声电机振子的两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，本实施方式包括T型前端盖1、六对压电陶瓷片2、三个后端盖3、三个紧固螺钉4、三个绝缘套5、三个法兰6和十二片电极片7；其特征在于所述T型前端盖1包括三个变幅杆1-1、一个驱动足1-3和一个耐磨衬垫1-2；变幅杆1-1是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，驱动足1-3为长方体，三个变幅杆1-1小端面一体连接，并按T型布置，驱动足1-3的一个端面连接于三个变幅杆1-1相连接的位置，并且驱动足1-3的中心线与其中一个变幅杆1-1的中心线相重合，另两个变幅杆1-1对称设置在所述的中心线的两侧，并位于一条中心线上；三个变幅杆1-1和驱动足1-3为一体件；每个变幅杆1-1的大端面的中心设置有一个带内螺纹的盲孔，耐磨衬垫1-2固定在驱动足1-3的另一个端面上；所述三个后端盖3、三个法兰6和六对压电陶瓷片2的中心均设置有通孔，所述的压电陶瓷片2沿厚度方向极化，每个紧固螺钉4都穿过一个后端盖3、两对压电陶瓷片2和一个法兰6连接在一个变幅杆1-1的盲孔内，所述的两对压电陶瓷片2和一个法兰6位于后端盖3和变幅杆1-1之间，并且所述的两对压电陶瓷片2分别位于所述的法兰6的两侧；同一个变幅杆1-1上每相邻两片压电陶瓷片2的极化方向相反，设置在同一轴线上的两个变幅杆1-1上的压电陶瓷片2的极化方式相反，即依次从内向外的位于同一位置的压电陶瓷片2的极化方向相同；每对压电陶瓷片2之间、变幅杆1-1和与其相邻的一个压电陶瓷片2之间，以及法兰6和与其相邻的一个压电陶瓷片2之间均固定有一片电极片7；在压电陶瓷片2、电极片7、法兰6与紧固螺钉4之间固定有绝缘套5。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于压电陶瓷片2和后端盖3的横截面为方形或圆形。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于法兰6侧面中心位置加工有锥形定位孔6-1。其它组成和连接方式与具体实施方式一或二相同。所述锥形定位孔6-1用于实现振子的支撑以及振子和动子之间的预紧力的施加。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同点在于耐磨衬垫1-2采用高分子摩擦材料。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。耐磨衬垫1-2用于增大驱动足1-2和动子之间的摩擦力。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

本发明的驱动信号连接如图5所示，变幅杆1-1和其中一对压电陶瓷片2之间，以及另一对压电陶瓷片2与法兰6之间的电极片7与驱动电源的公共端V₀连接；设置在同一轴线上的四对压电陶瓷片2之间的电极片7与驱动信号V₁连接；另两对压电陶瓷片2之间的电极片7与驱动信号V₂连接。

本发明的T型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)，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(T型直线超声电机振子的两个振动模态如图6所示)，两个振动模态叠加在驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，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。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。

Claims (4)

1.T型直线超声电机振子，它包括T型前端盖(1)、六对压电陶瓷片(2)、三个后端盖(3)、三个紧固螺钉(4)、三个绝缘套(5)、三个法兰(6)和十二片电极片(7)；其特征在于所述T型前端盖(1)包括三个变幅杆(1-1)、一个驱动足(1-3)和一个耐磨衬垫(1-2)；变幅杆(1-1)是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，驱动足(1-3)为长方体，三个变幅杆(1-1)小端面一体连接，并按T型布置，驱动足(1-3)的一个端面连接于三个变幅杆(1-1)相连接的位置，并且驱动足(1-3)的中心线与其中一个变幅杆(1-1)的中心线相重合，另两个变幅杆(1-1)对称设置在所述的中心线的两侧，并位于一条中心线上；三个变幅杆(1-1)和驱动足(1-3)为一体件；每个变幅杆(1-1)的大端面的中心设置有一个带内螺纹的盲孔，耐磨衬垫(1-2)固定在驱动足(1-3)的另一个端面上；所述三个后端盖(3)、三个法兰(6)和六对压电陶瓷片(2)的中心均设置有通孔，所述的压电陶瓷片(2)沿厚度方向极化，每个紧固螺钉(4)都穿过一个后端盖(3)、两对压电陶瓷片(2)和一个法兰(6)连接在一个变幅杆(1-1)的盲孔内，所述的两对压电陶瓷片(2)和一个法兰(6)位于后端盖(3)和变幅杆(1-1)之间，并且所述的两对压电陶瓷片(2)分别位于所述的法兰(6)的两侧；同一个变幅杆(1-1)上每相邻两片压电陶瓷片(2)的极化方向相反，设置在同一轴线上的两个变幅杆(1-1)上的压电陶瓷片(2)的极化方式相反，即依次从内向外的位于同一位置的压电陶瓷片(2)的极化方向相同；每对压电陶瓷片(2)之间、变幅杆(1-1)和与其相邻的一个压电陶瓷片(2)之间，以及法兰(6)和与其相邻的一个压电陶瓷片(2)之间均固定有一片电极片(7)；在压电陶瓷片(2)、电极片(7)、法兰(6)与紧固螺钉(4)之间固定有绝缘套(5)。

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

3.根据权利要求1或2所述的T型直线超声电机振子，其特征在于法兰(6)侧面中心位置加工有锥形定位孔(6-1)。

4.根据权利要求3所述的T型直线超声电机振子，其特征在于耐磨衬垫(1-2)采用高分子摩擦材料。

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