CN101651432A - 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子 - Google Patents

正交换能器式圆筒形行波超声电机振子 Download PDF

Info

Publication number
CN101651432A
CN101651432A CN200910072819A CN200910072819A CN101651432A CN 101651432 A CN101651432 A CN 101651432A CN 200910072819 A CN200910072819 A CN 200910072819A CN 200910072819 A CN200910072819 A CN 200910072819A CN 101651432 A CN101651432 A CN 101651432A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transducer
piezoelectric ceramic
flange
orthogonal
ultrasonic motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200910072819A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101651432B (zh
Inventor
陈维山
刘英想
刘军考
石胜君
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN2009100728198A priority Critical patent/CN101651432B/zh
Publication of CN101651432A publication Critical patent/CN101651432A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101651432B publication Critical patent/CN101651432B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

正交换能器式圆筒形行波超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。它是为了解决目前的超声电机振子采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励使电机机械输出能力受制约，以及采用多个换能器同时驱动使超声电机的机械输出能力和可控性都降低的问题。它由圆筒和正交换能器组成，正交换能器由第一换能器和第二换能器的变幅杆正交设置连成一体，两个变幅杆的相交面通过悬臂与圆筒连为一体，每个换能器法兰的两侧分别连接有螺柱，两个螺柱分别与变幅杆和后端盖旋合，法兰与变幅杆和后端盖之间的螺柱上分别套有压电陶瓷片和电极片，压电陶瓷片和电极片与螺柱之间设绝缘套，圆筒内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿。本发明用于超声电机的制作领域。

Description

正交换能器式圆筒形行波超声电机振子
技术领域
本发明涉及一种正交换能器式圆筒形行波超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。
背景技术
超声电机是一种利用超声振动能量，通过摩擦耦合作用来产生驱动力的电机。它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，然后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，再通过定子、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。超声电机由于具有低速大转矩、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，目前压电超声电机振子大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，这种激励方式采用压电陶瓷的d31振动模式，d31振动模式是陶瓷片沿长度方向伸缩振动的模式，由于这种振动模式材料抗拉强度低并且实现能量转换的机电耦合效率低，同时受粘贴胶层的强度和疲劳寿命的限制，使超声电机的机械输出能力受到严重制约；对于采用多个换能器驱动的压电超声电机，由于每个换能器在加工、粘贴以及装配等过程中很难保证完全一致，使振动特性存在差异，进而引起振子表面质点振动轨迹的畸变，同样降低超声电机的机械输出能力和可控性。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的超声电机振子采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励使电机机械输出能力受制约，以及采用多个换能器同时驱动使超声电机的机械输出能力和可控性都降低的问题，提供了一种正交换能器式圆筒形行波超声电机振子。
本发明包括圆筒，它还包括正交换能器，正交换能器由悬臂、第一换能器和第二换能器组成，第一换能器和第二换能器分别由变幅杆、四片压电陶瓷片、三个电极片、法兰、两个螺柱、后端盖和两个绝缘套组成，
变幅杆是截面为矩形并从一端到另一端逐渐变细的四棱柱体，第一换能器和第二换能器的两个变幅杆的小端面呈正交制成一体，两个变幅杆的相交的小端面与悬臂的一个端面制成一体，悬臂的另一个端面与圆筒的外表面制成一体，悬臂为长方体；
法兰中心的两侧分别连接一个螺柱的一端，所述一个螺柱的另一端旋合在变幅杆的大端面的中心处，另一个螺柱的另一端与后端盖旋合，变幅杆与法兰之间的螺柱上和法兰与后端盖之间的螺柱上分别套有两片压电陶瓷片，变幅杆与压电陶瓷片之间以及每相邻两片压电陶瓷片之间分别固定有一个电极片，在压电陶瓷片和电极片与每个螺柱之间分别设置有一个绝缘套；
每片压电陶瓷片沿厚度方向极化，每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，与法兰相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反；
所述圆筒内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿，多个梳状驱动齿沿圆筒的轴向与中心轴线平行。
本发明的优点是：
本发明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振动模式工作，d33振动模式是陶瓷片沿厚度方向伸缩振动的模式，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；本发明通过调整结构参数实现振子的正交换能器基本振动模态固有频率之间的简并；变幅杆采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动齿表面质点的振幅和振速，使得采用本发明振子的超声电机性能得到提高；采用单个正交换能器在圆筒振子中激励出行波，避免了采用多个换能器时存在的振动不一致而导致的振子表面质点振动轨迹的畸变，提高了超声电机的机械输出能力和可控性。
本发明具有结构简单、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是本发明的立体结构示意图；图2是图1的俯视剖视图；图3是图2所示的正交换能器中压电陶瓷片的极化方向示意图；图4是本发明振子上施加驱动信号的示意图；图5是本发明振子的一个基本振动模态的振型示意图，该振动模态为采用第二换能器的纵向振动激励圆筒的弯曲振动模态；图6是本发明振子的另一个基本振动模态的振型示意图，该振动模态为采用第一换能器的纵向振动激励圆筒的弯曲振动模态。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1～图6说明本实施方式，本实施方式包括圆筒1，它还包括正交换能器2，正交换能器2由悬臂2-1、第一换能器2-2和第二换能器2-3组成，第一换能器2-2和第二换能器2-3分别由变幅杆21、四片压电陶瓷片22、三个电极片23、法兰24、两个螺柱25、后端盖26和两个绝缘套27组成，
变幅杆21是截面为矩形并从一端到另一端逐渐变细的四棱柱体，第一换能器2-2和第二换能器2-3的两个变幅杆21的小端面呈正交制成一体，两个变幅杆21的相交的小端面与悬臂2-1的一个端面制成一体，悬臂2-1的另一个端面与圆筒1的外表面制成一体，悬臂2-1为长方体；
法兰24中心的两侧分别连接一个螺柱25的一端，所述一个螺柱25的另一端旋合在变幅杆21的大端面的中心处，另一个螺柱25的另一端与后端盖26旋合，变幅杆21与法兰24之间的螺柱25上和法兰24与后端盖26之间的螺柱25上分别套有两片压电陶瓷片22，变幅杆21与压电陶瓷片22之间以及每相邻两片压电陶瓷片22之间分别固定有一个电极片23，在压电陶瓷片22和电极片23与每个螺柱25之间分别设置有一个绝缘套27；
每片压电陶瓷片22沿厚度方向极化，每相邻的两片压电陶瓷片22的极化方向相反，与法兰24相邻的两片压电陶瓷片22的极化方向相反；
所述圆筒1内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿1-1，梳状驱动齿1-1和圆筒1为一体件，多个梳状驱动齿1-1沿圆筒1的轴向与中心轴线平行；本实施方式中圆筒1的高度和正交换能器2的厚度相同，可以使在实际加工的过程中工艺更加简单。
工作原理：本发明振子中的压电陶瓷片采用幅值相等、频率为振子自身谐振频率、相位差为+90°的两相交流电压信号激励时，利用压电陶瓷片的纵向振动实现在圆筒1上激励出两个幅值相等、在时间和空间上均相差π/2的弯振模态响应，两个弯振模态响应叠加在圆筒1上形成行波，两个基本振动模态振型如图5、图6所示，梳状驱动齿1-1表面质点产生椭圆运动轨迹，通过梳状驱动齿1-1和转子之间的摩擦耦合实现转子的宏观运动输出。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以改变行波的方向，最终实现电机转子反向运动。
本实施方式的正交换能器式圆筒形行波超声电机振子在应用的时候，参见图4所示，位于每个变幅杆21和压电陶瓷片22之间的电极片23与驱动电源的公共端V0连接，第一换能器2-2中每相邻的两个压电陶瓷片22之间的电极片23与驱动信号V1连接，第二换能器2-3中每相邻的两个压电陶瓷片22之间的电极片23与驱动信号V2连接。
具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述压电陶瓷片22和法兰24的截面为矩形。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述压电陶瓷片22和法兰24的截面为圆形。其它组成及连接关系与实施方式一相同。

Claims (3)

1、一种正交换能器式圆筒形行波超声电机振子，它包括圆筒(1)，其特征在于：它还包括正交换能器(2)，正交换能器(2)由悬臂(2-1)、第一换能器(2-2)和第二换能器(2-3)组成，第一换能器(2-2)和第二换能器(2-3)分别由变幅杆(21)、四片压电陶瓷片(22)、三个电极片(23)、法兰(24)、两个螺柱(25)、后端盖(26)和两个绝缘套(27)组成，
变幅杆(21)是截面为矩形并从一端到另一端逐渐变细的四棱柱体，第一换能器(2-2)和第二换能器(2-3)的两个变幅杆(21)的小端面呈正交制成一体，两个变幅杆(21)的相交的小端面与悬臂(2-1)的一个端面制成一体，悬臂(2-1)的另一个端面与圆筒(1)的外表面制成一体，悬臂(2-1)为长方体；
法兰(24)中心的两侧分别连接一个螺柱(25)的一端，所述一个螺柱(25)的另一端旋合在变幅杆(21)的大端面的中心处，另一个螺柱(25)的另一端与后端盖(26)旋合，变幅杆(21)与法兰(24)之间的螺柱(25)上和法兰(24)与后端盖(26)之间的螺柱(25)上分别套有两片压电陶瓷片(22)，变幅杆(21)与压电陶瓷片(22)之间以及每相邻两片压电陶瓷片(22)之间分别固定有一个电极片(23)，在压电陶瓷片(22)和电极片(23)与每个螺柱(25)之间分别设置有一个绝缘套(27)；
每片压电陶瓷片(22)沿厚度方向极化，每相邻的两片压电陶瓷片(22)的极化方向相反，与法兰(24)相邻的两片压电陶瓷片(22)的极化方向相反；
所述圆筒(1)内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿(1-1)，多个梳状驱动齿(1-1)沿圆筒(1)的轴向与中心轴线平行。
2、根据权利要求1所述的正交换能器式圆筒形行波超声电机振子，其特征在于：所述压电陶瓷片(22)和法兰(24)的截面为矩形。
3、根据权利要求1所述的正交换能器式圆筒形行波超声电机振子，其特征在于：所述压电陶瓷片(22)和法兰(24)的截面为圆形。
CN2009100728198A 2009-09-08 2009-09-08 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子 Expired - Fee Related CN101651432B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100728198A CN101651432B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2009100728198A CN101651432B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101651432A true CN101651432A (zh) 2010-02-17
CN101651432B CN101651432B (zh) 2011-04-27

Family

ID=41673577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100728198A Expired - Fee Related CN101651432B (zh) 2009-09-08 2009-09-08 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101651432B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107023753A (zh) * 2017-05-26 2017-08-08 北京顺风光热科技有限公司 一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100444512C (zh) * 2004-11-12 2008-12-17 南京航空航天大学 圆筒型非接触超声电机
CN100566117C (zh) * 2006-08-28 2009-12-02 哈尔滨工业大学 换能器耦合双向直线超声波电机及其激励方法
CN100581042C (zh) * 2007-04-30 2010-01-13 哈尔滨工业大学 单振子纵弯夹心换能器式平面多自由度超声电机
CN101262187B (zh) * 2008-04-29 2010-09-08 哈尔滨工业大学 弯振夹心换能器式圆筒定子及使用该定子的超声电机
CN101262186B (zh) * 2008-04-29 2010-12-15 哈尔滨工业大学 纵弯夹心换能器式圆筒定子及使用该定子的超声电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107023753A (zh) * 2017-05-26 2017-08-08 北京顺风光热科技有限公司 一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置
CN107023753B (zh) * 2017-05-26 2023-11-03 哈尔滨龙声超声技术有限公司 一种基于功率超声波的原油防蜡降粘装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101651432B (zh) 2011-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101626206B (zh) 纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子
CN101626203B (zh) 弯振模态梁式直线超声电机振子
CN101630924B (zh) T型直线超声电机振子
CN100581042C (zh) 单振子纵弯夹心换能器式平面多自由度超声电机
CN102361413B (zh) 复合弯振夹心式双足直线超声电机振子
CN102355160B (zh) 带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足直线超声电机振子
CN102361414A (zh) 带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子
CN101651431B (zh) 悬臂纵弯复合换能器式圆筒形行波超声电机振子
CN101262187B (zh) 弯振夹心换能器式圆筒定子及使用该定子的超声电机
CN102739106A (zh) 弯振复合型单足直线超声驱动器
CN102437782B (zh) 夹心式工字型四足直线超声电机振子
CN101630925B (zh) 方形旋转超声电机振子
CN101626204B (zh) U型双足直线超声电机振子
CN102437783B (zh) 贴片式工字型四足直线超声电机振子
CN102882422A (zh) 夹心式压电金属复合梁及驱动该夹心式压电金属复合梁纵弯复合振动的方法
CN101626207B (zh) 弯振模态梁式旋转超声电机振子
CN102497132B (zh) 陶瓷嵌入式工字型四足直线超声电机振子
CN101651432B (zh) 正交换能器式圆筒形行波超声电机振子
CN101651429B (zh) 悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子
CN101626205B (zh) 矩形四足直线超声电机振子
CN103746601A (zh) 贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子
CN102437780A (zh) 分区激励式复合弯振直线超声电机振子
CN103762886A (zh) 夹心式t型双足直线压电超声电机振子
CN101651428B (zh) 悬臂弯振换能器圆环型驻波超声电机振子
CN102299663B (zh) 采用弹簧块预紧的圆筒型行波超声电机振子

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110427

Termination date: 20110908