CN105680718B - 蛙型一阶纵振直线超声电机 - Google Patents
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Abstract
蛙型一阶纵振直线超声电机，属于压电超声电机技术领域。解决了现有的直线超声电机因多个模态简并，所带来的直线超声电机的结构设计过程的繁琐及灵活性差的问题。异型前驱动足和异型后驱动足的结构相同，二者平行，且均为W形；两个变幅杆分别位于基梁的前后两端，并且均通过螺杆与基梁固定连接，基梁的前端与一个变幅杆的固定部之间夹持两片压电陶瓷片，基梁的后端与另一个变幅杆的固定部之间夹持另两片压电陶瓷片；一个变幅杆的渐变部的小端与W形的异型前驱动足的中间凹陷部位固定连接，另一个变幅杆的渐变部的小端与W形的异型后驱动足的中间凸起部位固定连接，异型前、后驱动足分别通过驱动足连接件与两个变幅杆固定连接。用于超声电机方面。
Description
技术领域
本发明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。
传统的直线超声电机要采用至少两种模态进行频率简并，在驱动足处产生具有驱动作用的椭圆运动轨迹。频率简并的过程需要不断的调整电机的结构尺寸，不断地配凑，使两个或多个模态的特征频率尽量接近。因此，频率简并的过程大大地增大了超声电机设计的繁琐，也限制了电机尺寸设计、结构优化的灵活性，该问题亟需解决。
发明内容
本发明是为了解决现有的直线超声电机因多个模态简并，所带来的直线超声电机的结构设计过程的繁琐及灵活性差的问题，本发明提供了一种蛙型一阶纵振直线超声电机。
蛙型一阶纵振直线超声电机，它包括中间压电振子、异型前驱动足和异型后驱动足；
异型前驱动足和异型后驱动足的结构相同，二者平行，且均为W形；
中间压电振子包含两个变幅杆、四片压电陶瓷片和基梁；
两个变幅杆分别位于基梁的前后两端，并且均通过螺杆与基梁固定连接，每个变幅杆分为两部分，分别为固定部和渐变部，每个变幅杆的固定部靠近基梁，
其中，固定部为长方形块体，渐变部为沿远离基梁的方向截面逐渐变细的块体；
基梁的前端与一个变幅杆的固定部之间夹持两片压电陶瓷片，基梁的后端与另一个变幅杆的固定部之间夹持另两片压电陶瓷片；
所有的压电陶瓷片均沿厚度方向极化，且相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，且紧邻基梁的两片压电陶瓷片的极化方向相反；
一个变幅杆的渐变部的小端与W形的异型前驱动足的中间凹陷部位固定连接，另一个变幅杆的渐变部的小端与W形的异型后驱动足的中间凸起部位固定连接，
一个变幅杆的固定部的左、右两个侧面分别通过一个前驱动足连接件与异型前驱动足固定连接，且其中一个前驱动足连接件与异型前驱动足连接的部位靠近W形的异型前驱动足的一个低峰的外侧，另一个前驱动足连接件与异型前驱动足连接的部位靠近W形的异型前驱动足的另一个低峰的外侧；
另一个变幅杆的固定部的左、右两个侧面分别通过一个后驱动足连接件与异型后驱动足固定连接，且其中一个后驱动足连接件与异型后驱动足连接的部位靠近W形的异型后驱动足的一个低峰的内侧，另一个后驱动足连接件与异型后驱动足连接的部位靠近W形的异型后驱动足的另一个低峰的内侧。
所述的异型前驱动足、一个变幅杆和所有的前驱动足连接件为一体件；所述的异型后驱动足、另一个变幅杆和所有的后驱动足连接件为一体件。
本发明采用沿厚度方向极化的四片压电陶瓷片实现中间压电振子一阶纵振模态的激励。四片压电陶瓷两片一组分布于基梁的两侧，陶瓷的极化方向如图3所示，在正弦交流电压的激励下，四片压电陶瓷同时产生伸缩振动，从而激励出中间压电振子的轴向伸缩振动，如图6所示：伸长状态下，中间压电振子伸长，异型前驱动足收缩，异型后驱动足张开并与壁面接触；缩短状态下，中间压电振子缩短，异型后驱动足收缩，异型前驱动足张开并与壁面接触；两个极限位置不断交错进行，从而实现了整个电机的直线运动。
本发明带来的有益效果是，本发明所述的蛙型一阶纵振直线超声电机利用单一的纵振模态实现驱动，避免了模态简并的问题，极大地增大了电机的设计、结构优化的灵活性，并且有利于实现微型化。此外，本发明的蛙型一阶纵振直线超声电机只需要单相交流电压进行驱动，使电机易于控制。
附图说明
图1为本发明所述的蛙型一阶纵振直线超声电机的结构示意图；
图2为具体实施方式一中的中间压电振子的立体结构示意图；
图3为具体实施方式一中四片压电陶瓷片分布和极化情况示意图；
图4为图1的俯视图；
图5为螺杆与基梁的相对位置关系图；
图6为本发明所述的蛙型一阶纵振直线超声电机的纵向伸缩振动的两个极限位置示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述的蛙型一阶纵振直线超声电机，它包括中间压电振子、异型前驱动足1和异型后驱动足2；
异型前驱动足1和异型后驱动足2的结构相同，二者平行，且均为W形；
中间压电振子包含两个变幅杆3、四片压电陶瓷片4和基梁5；
两个变幅杆3分别位于基梁5的前后两端，并且均通过螺杆与基梁5固定连接，每个变幅杆3分为两部分，分别为固定部3-1和渐变部3-2，每个变幅杆3的固定部3-1靠近基梁5，
其中，固定部3-1为长方形块体，渐变部3-2为沿远离基梁5的方向截面逐渐变细的块体；
基梁5的前端与一个变幅杆的固定部3-1之间夹持两片压电陶瓷片4，基梁5的后端与另一个变幅杆的固定部3-1之间夹持另两片压电陶瓷片4；
所有的压电陶瓷片4均沿厚度方向极化，且相邻的两片压电陶瓷片4的极化方向相反，且紧邻基梁5的两片压电陶瓷片4的极化方向相反；
一个变幅杆的渐变部3-2的小端与W形的异型前驱动足1的中间凹陷部位固定连接，另一个变幅杆的渐变部3-2的小端与W形的异型后驱动足2的中间凸起部位固定连接，
一个变幅杆的固定部3-1的左、右两个侧面分别通过一个前驱动足连接件6与异型前驱动足1固定连接，且其中一个前驱动足连接件6与异型前驱动足1连接的部位靠近W形的异型前驱动足1的一个低峰的外侧，另一个前驱动足连接件6与异型前驱动足1连接的部位靠近W形的异型前驱动足1的另一个低峰的外侧；
另一个变幅杆的固定部3-1的左、右两个侧面分别通过一个后驱动足连接件7与异型后驱动足2固定连接，且其中一个后驱动足连接件7与异型后驱动足2连接的部位靠近W形的异型后驱动足2的一个低峰的内侧，另一个后驱动足连接件7与异型后驱动足2连接的部位靠近W形的异型后驱动足2的另一个低峰的内侧。
本实施方式中，本发明所述的蛙型一阶纵振直线超声电机在应用的时候，中间压电振子的四片压电陶瓷采用同一相驱动电压信号激励，电机本体接地。
本发明的蛙型一阶纵振直线超声电机从原理上解决了直线超声电机需要模态简并的问题，使直线电机的设计灵活化，易于实现微型化。
具体实施方式二：参见图1至图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的蛙型一阶纵振直线超声电机的区别在于，所述的异型前驱动足1、一个变幅杆3和所有的前驱动足连接件6为一体件；所述的异型后驱动足2、另一个变幅杆3和所有的后驱动足连接件7为一体件。
本实施方式，图4中所示的轮廓尺寸，应该采用一次装夹，线切割加工完成，这样可以保证两个驱动足与图6中的壁面同时接触，并且一体件的设置方式保证了中间压电振子因形变，而牵动异型前驱动足1和异型后驱动足2运动，使力的传递更加顺畅，达到各个驱动足的最佳驱动效果。
在具体工作过程中，本发明所述的蛙型一阶纵振直线超声电机运动的具体方式参见图6。
Claims (2)
1.蛙型一阶纵振直线超声电机，其特征在于，它包括中间压电振子、异型前驱动足(1)和异型后驱动足(2)；
异型前驱动足(1)和异型后驱动足(2)的结构相同，二者平行，且均为W形；
中间压电振子包含两个变幅杆(3)、四片压电陶瓷片(4)和基梁(5)；
两个变幅杆(3)分别位于基梁(5)的前后两端，并且均通过螺杆与基梁(5)固定连接，每个变幅杆(3)分为两部分，分别为固定部(3-1)和渐变部(3-2)，每个变幅杆(3)的固定部(3-1)靠近基梁(5)，
其中，固定部(3-1)为长方形块体，渐变部(3-2)为沿远离基梁(5)的方向截面逐渐变细的块体；
基梁(5)的前端与一个变幅杆的固定部(3-1)之间夹持两片压电陶瓷片(4)，基梁(5)的后端与另一个变幅杆的固定部(3-1)之间夹持另两片压电陶瓷片(4)；
所有的压电陶瓷片(4)均沿厚度方向极化，且相邻的两片压电陶瓷片(4)的极化方向相反，且紧邻基梁(5)的两片压电陶瓷片(4)的极化方向相反；
一个变幅杆的渐变部(3-2)的小端与W形的异型前驱动足(1)的中间凹陷部位固定连接，另一个变幅杆的渐变部(3-2)的小端与W形的异型后驱动足(2)的中间凸起部位固定连接，
一个变幅杆的固定部(3-1)的左、右两个侧面分别通过一个前驱动足连接件(6)与异型前驱动足(1)固定连接，且其中一个前驱动足连接件(6)与异型前驱动足(1)连接的部位靠近W形的异型前驱动足(1)的一个低峰的外侧，另一个前驱动足连接件(6)与异型前驱动足(1)连接的部位靠近W形的异型前驱动足(1)的另一个低峰的外侧，所述低峰的外侧对应着中间凹陷部位的两侧；
另一个变幅杆的固定部(3-1)的左、右两个侧面分别通过一个后驱动足连接件(7)与异型后驱动足(2)固定连接，且其中一个后驱动足连接件(7)与异型后驱动足(2)连接的部位靠近W形的异型后驱动足(2)的一个低峰的内侧，另一个后驱动足连接件(7)与异型后驱动足(2)连接的部位靠近W形的异型后驱动足(2)的另一个低峰的内侧，所述低峰的内侧对应着中间凸起部位的两侧。
2.根据权利要求1所述的蛙型一阶纵振直线超声电机，其特征在于，所述的异型前驱动足(1)、一个变幅杆(3)和所有的前驱动足连接件(6)为一体件；所述的异型后驱动足(2)、另一个变幅杆(3)和所有的后驱动足连接件(7)为一体件。
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