CN101789714A - 一种双弯振梁直线型超声电机及其电激励方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双弯振梁直线型超声电机及其电激励方法。上述超声电机包括定子和动子，定子包括壳体和金属薄板；金属薄板包括连接梁和分别连接在连接梁两端的第一振梁和第二振梁，在连接梁的上侧面上设置驱动足；在第一振梁和第二振梁的下侧面上分别粘贴单向极化的第一压电陶瓷片和单向极化的第二压电陶瓷片；金属薄板布置在壳体中与壳体相互连接；动子与驱动足之间接触。上述电激励方法是使用相位差为90°的正弦信号或余弦信号，同时激励两个压电陶瓷片，从而金属薄板上的驱动足产生椭圆运动，由驱动足和动子之间的摩擦力推动动子进行直线运动。本发明具有结构简单，便于加工、装配、安装和应用，工作效率高，输出精度高，应用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线型超声电机，尤其涉及一种双弯振梁直线型超声电机。本发明还涉及上述双弯振梁直线型超声电机的电激励方法。
背景技术
超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动的新型微电机。直线型超声电机属于超声电机的一种。它能够直接输出直线运动，同时具有更高的直线定位精度，故新型直线超声电机是超声电机发展的趋势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，便于加工、装配、安装和应用，工作效率高，输出精度高，应用范围广的双弯振梁直线型超声电机。
本发明包括定子和动子，所述定子包括壳体和金属薄板；所述金属薄板包括一连接梁和分别连接在连接梁两端的第一振梁和第二振梁，在所述连接梁的上侧面上设置一驱动足；在所述第一振梁的下侧面上粘贴单向极化的第一压电陶瓷片，第二振梁的下侧面上粘贴单向极化的第二压电陶瓷片；上述金属薄板布置在壳体中与壳体相互连接；所述动子置于连接在上述连接梁上侧面的驱动足顶部，与驱动足之间接触。
本发明是利用压电陶瓷片的压电效应，激出金属薄板两侧振梁的一阶弯曲振动模态，而研制成的新型直线型超声电机。本发明中单向极化的压电陶瓷片受电场作用会产生变形。由于压电陶瓷的d31压电效应，一片压电陶瓷片在交变电场作用下，就可使定子两侧的矩形复合弹性体产生横向弯曲振动。当在两侧的压电陶瓷片上施加的电压信号相位差为90°时，驱动足的运动轨迹就形成了一个椭圆。动子置于驱动足的顶部，与驱动足之间压紧接触。故椭圆运动就会通过动子和驱动足之间的摩擦力推动动子进行直线运动，动子可输出一定的速度和推力。本发明中的双弯振梁直线型超声电机结构简单，便于加工、装配、安装和应用，工作效率高，输出精度高，应用范围广，特别适合于微型、精密机械的驱动装置。
作为本发明的改进，在所述第一振梁的侧边上和第二振梁的侧边上分别连接两个或两个以上支撑足，每个支撑足布置在相应振梁的一阶弯曲振动的节线处；所述金属薄板借助于上述支撑足与壳体的竖向侧面相互连接。
借助于支撑足可方便金属薄片与壳体之间的连接。支撑足布置在相应振梁的一阶弯曲振动的节线处，可避免影响振梁的振型，从而使驱动足获得较好的椭圆运动。
作为本发明的改进，上述第一振梁、第二振梁、单向极化的第一压电陶瓷片和单向极化的第二压电陶瓷片都呈矩形状；所述金属薄板呈工字型的对称结构。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述双弯振梁直线型超声电机的电激励方法。
上述方法是使用相位差为90°的正弦信号或余弦信号，同时激励单向极化的第一压电陶瓷片和单向极化的第二压电陶瓷片，从而金属薄板上的驱动足产生椭圆运动，由驱动足和动子之间的摩擦力推动动子进行直线运动。
附图说明
图1是双弯振梁直线型超声电机定子的俯视图；
图2是沿图1中A-A线的剖视图；
图3是压电陶瓷片的电激励信号相位图；
图4是驱动足椭圆运动轨迹合成图；
图5是双弯振梁直线型超声电机的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施方式中的双弯振梁直线型超声电机的定子，包括壳体1和金属薄板2。
所述金属薄板2包括第一矩形振梁2-1、第二矩形振梁2-2和连接梁2-3。上述第一矩形振梁2-1和第二矩形振梁2-2分别连接在连接梁2-3的两端，形成工字型的对称结构。在所述第一矩形振梁2-1的侧边上连接两个第一支撑足2-4；在所述第二矩形振梁2-2的侧边上对称地连接两个第二支撑足2-5。上述每个支撑足分别布置在相应振梁的一阶弯曲振动的节线处。另外，在所述连接梁2-3的上侧面上设置一驱动足2-6。
上述金属薄板2布置在壳体1中，借助于第一支撑足2-4和第二支撑足2-5与壳体1的竖向侧面相互连接。
在所述第一矩形振梁2-1和第二矩形振梁2-2的下侧面上通过胶粘剂分别粘贴第一压电陶瓷片3-1和第二压电陶瓷片3-2。上述第一压电陶瓷片3-1和第二压电陶瓷片3-2都呈矩形状。
每片压电陶瓷片表面镀银，不分区，单向极化。极化后的压电陶瓷片受电场作用会产生变形。由于压电陶瓷的d31压电效应，一片压电陶瓷片在交变电场作用下，就可使定子两侧的矩形复合弹性体产生横向弯曲振动。当在两侧的压电陶瓷片上施加的电压信号相位差为90°时，例如一侧施加正弦交变信号sinωt，而另一侧施加余弦交变信号cosωt，且ω1＜ω＜ω2时(ω1为定子的同相弯振模态频率；ω2为定子的反相弯振模态频率)，驱动足的运动轨迹就形成了一个椭圆，如图3和图4所示。
如图5所示，当动子4置于驱动足2-6的顶部时，该椭圆运动就会通过摩擦力推动动子4进行直线运动；如果在驱动足2-6和动子4之间施加一定的预压力5，动子4便可输出一定的速度和推力。图中标号6指出了驱动足2-6顶点运动的椭圆形轨迹；标号7指出了动子4的运动方向。
Claims (4)
1.一种双弯振梁直线型超声电机，包括定子和动子，其特征在于：所述定子包括壳体和金属薄板；所述金属薄板包括一连接梁和分别连接在连接梁两端的第一振梁和第二振梁，在所述连接梁的上侧面上设置一驱动足；在所述第一振梁的下侧面上粘贴单向极化的第一压电陶瓷片，第二振梁的下侧面上粘贴单向极化的第二压电陶瓷片；上述金属薄板布置在壳体中与壳体相互连接；所述动子置于连接在上述连接梁上侧面的驱动足顶部，与驱动足之间接触。
2.根据权利要求1所述的双弯振梁直线型超声电机，其特征在于：在所述第一振梁的侧边上和第二振梁的侧边上分别连接两个或两个以上支撑足，每个支撑足布置在相应振梁的一阶弯曲振动的节线处；所述金属薄板借助于上述支撑足与壳体的竖向侧面相互连接。
3.根据权利要求1或2所述的双弯振梁直线型超声电机，其特征在于：上述第一振梁、第二振梁、单向极化的第一压电陶瓷片和单向极化的第二压电陶瓷片都呈矩形状；所述金属薄板呈工字型的对称结构。
4.一种基于如权利要求1所述的双弯振梁直线型超声电机的电激励方法，其特征在于：使用相位差为90°的正弦信号或余弦信号，同时激励单向极化的第一压电陶瓷片和单向极化的第二压电陶瓷片，从而金属薄板上的驱动足产生椭圆运动，由驱动足和动子之间的摩擦力推动动子进行直线运动。
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Citations (5)
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| US6411011B1 (en) * | 1999-03-05 | 2002-06-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Displacement control device and actuator |
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2010
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