CN101651428A - 悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子 - Google Patents

Abstract

悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，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。本发明的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子包括圆环和一个悬臂弯振夹心换能器，所述悬臂弯振夹心换能器包括悬臂、前端盖、后端盖、绝缘套、两对弯振压电陶瓷片、紧固螺钉和电极片，悬臂与圆环下端面固定连接，悬臂与圆环下端面之间有通槽，所述前端盖、后端盖和悬臂通过紧固螺钉固定连接，前端盖和悬臂之间以及后端盖和悬臂之间均固定有一对弯振压电陶瓷片。本发明可以应用到超声电机制作领域。

Description

悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子

技术领域

本发明涉及一种悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，属于压电超声电机领域。

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

本发明是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，本发明提供了一种悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子。

悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，包括圆环和一个悬臂弯振夹心换能器，所述圆环的上端面均匀分布多个梳状驱动齿，圆环内侧加工有薄壁环，薄壁环内侧加工有法兰，所述圆环、薄壁环和法兰同轴，所述悬臂弯振夹心换能器包括悬臂、前端盖、后端盖、绝缘套、两对弯振压电陶瓷片、紧固螺钉和电极片，所述前端盖、后端盖和悬臂均为长方体，所述悬臂与圆环下端面固定连接，所述悬臂、圆环、薄壁环、法兰和驱动齿为一体件，所述前端盖中心开有一个通孔，所述后端盖中心开有一个螺纹孔，所述前端盖、一对弯振压电陶瓷片、悬臂、另一对弯振压电陶瓷片和后端盖依次通过紧固螺钉固定连接，前端盖和悬臂之间以及后端盖和悬臂之间均固定有一对弯振压电陶瓷片，相邻两片弯振压电陶瓷片之间以及弯振压电陶瓷片与悬臂之间分别固定有电极片，在所述弯振压电陶瓷片、电极与紧固螺钉之间均固定有绝缘套。

本发明的悬臂弯振换能器圆环型驻波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弯振压电陶瓷片实现换能器的弯曲振动的激励，通过调整结构参数实现换能器弯振固有频率和圆环弯振固有频率之间的简并。本发明的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子中的弯振压电陶瓷片采用频率为振子自身谐振频率的交流电压信号激励时，利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出弯曲振动，进而通过连接换能器和圆环的悬臂实现圆环弯振模态的激励，圆环上形成驻波悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子振型如图5所示，动齿表面质点产生斜线运动轨迹，进而通过驱动齿和转子之间的摩擦耦合实现转子的宏观运动输出。薄壁环可以实现弹性支撑和振动隔离，将振子与其它构件的联接对圆环的弯曲振动模态的影响程度降到最低。

本发明的悬臂弯振换能器圆环型驻波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是本发明所述的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子的剖视图，图2是图1所示的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子的立体结构示意图，图3是图1所示振子中悬臂弯振夹心换能器的剖视图，图4是是图1所示振子中弯振压电陶瓷片2的极化方向示意图，图5是图1所示的振子的振型示意图(周向展开图，为圆环六阶弯振模态的振型示意图)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，包括圆环1-1和一个悬臂弯振夹心换能器10，所述圆环1-1的上端面均匀分布多个梳状驱动齿1-5，圆环1-1内侧加工有薄壁环1-2，薄壁环1-2内侧加工有法兰1-3，所述圆环1-1、薄壁环1-2和法兰1-3同轴，所述悬臂弯振夹心换能器10包括悬臂1-4、前端盖3、后端盖4、绝缘套6、两对弯振压电陶瓷片2、紧固螺钉5和电极片7，所述前端盖3、后端盖4和悬臂1-4均为长方体，所述悬臂1-4与圆环1-1下端面固定连接，所述悬臂1-4、圆环1-1、薄壁环1-2、法兰1-3和驱动齿1-5为一体件，所述前端盖3中心开有一个通孔，所述后端盖4中心开有一个螺纹孔，所述前端盖3、一对弯振压电陶瓷片2、悬臂1-4、另一对弯振压电陶瓷片2和后端盖4依次通过紧固螺钉5固定连接，前端盖3和悬臂1-3之间以及后端盖4和悬臂1-3之间均固定有一对弯振压电陶瓷片2，相邻两片弯振压电陶瓷片2之间以及弯振压电陶瓷片2与悬臂1-3之间分别固定有电极片7，在所述弯振压电陶瓷片2、电极片7与紧固螺钉5之间均固定有绝缘套6。

具体实施方式二、结合图4说明本实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一所述的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子的区别在于，各弯振压电陶瓷片2均沿厚度方向极化，每片弯振压电陶瓷片2对称分成上半片2-1和下半片2-2，所述一对弯振压电陶瓷片2中的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，两对弯振压电陶瓷片2的极化方式相反。

本实施方式中两对弯振压电陶瓷片2的极化方式相反，前端盖3向后端盖4的方向位于同一位置的弯振压电陶瓷片2极化方向相反。

具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的本实施方式与具体实施方式一所述的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子的区别在于，所述弯振压电陶瓷片2的横截面为矩形。

Claims (3)

1、悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，包括圆环(1-1)和一个悬臂弯振夹心换能器(10)，其特征在于所述圆环(1-1)的上端面均匀分布多个梳状驱动齿(1-5)，圆环(1-1)内侧加工有薄壁环(1-2)，薄壁环(1-2)内侧加工有法兰(1-3)，所述圆环(1-1)、薄壁环(1-2)和法兰(1-3)同轴，所述悬臂弯振夹心换能器(10)包括悬臂(1-4)、前端盖(3)、后端盖(4)、绝缘套(6)、两对弯振压电陶瓷片(2)、紧固螺钉(5)和电极片(7)，所述前端盖(3)、后端盖(4)和悬臂(1-4)均为长方体，所述悬臂(1-4)与圆环(1-1)下端面固定连接，所述悬臂(1-4)、圆环(1-1)、薄壁环(1-2)、法兰(1-3)和驱动齿(1-5)为一体件，所述前端盖(3)中心开有一个通孔，所述后端盖(4)中心开有一个螺纹孔，所述前端盖(3)、一对弯振压电陶瓷片(2)、悬臂(1-4)、另一对弯振压电陶瓷片(2)和后端盖(4)依次通过紧固螺钉(5)固定连接，前端盖(3)和悬臂(1-3)之间以及后端盖(4)和悬臂(1-3)之间均固定有一对弯振压电陶瓷片(2)，相邻两片弯振压电陶瓷片(2)之间以及弯振压电陶瓷片(2)与悬臂(1-3)之间分别固定有电极片(7)，在所述弯振压电陶瓷片(2)、电极片(7)与紧固螺钉(5)之间均固定有绝缘套(6)。

2、根据权利要求1所述的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，其特征在于各弯振压电陶瓷片(2)均沿厚度方向极化，每片弯振压电陶瓷片(2)对称分成上半片(2-1)和下半片(2-2)，所述一对弯振压电陶瓷片(2)中的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，两对弯振压电陶瓷片(2)的极化方式相反。

3、根据权利要求1所述的悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子，其特征在于所述弯振压电陶瓷片(2)的横截面为矩形。

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