CN109378993B - 一种双作动头贴片式压电振子及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双作动头贴片式压电振子及其工作方法，压电振子包括金属基体和四个压电陶瓷片。金属基体包含两个作动头、两个振动梁和夹持机构。两个作动头均呈单孔拱桥状；一个作动头的两端分别和两个振动梁的一端固连，另一个作动头的两端分别和两个振动梁的另一端固连；夹持机构设置在两个振动梁的之间，四个压电陶瓷片分别粘贴在第一振动梁、第二振动梁的两个侧面上，均沿厚度方向极化，且位于同一振动梁上的压电陶瓷片的极化方向相反、位于同一侧的压电陶瓷片的极化方向相同。工作时，激励压电陶瓷片，使得两个作动头产生时间上具有90度相位差的纵向振动模态和横向振动模态，进而使得两个作动头上表面质点产生转向相反的微幅椭圆运动。

Description

一种双作动头贴片式压电振子及其工作方法

技术领域

本发明涉及压电作动和超声电机领域，尤其涉及一种双作动头贴片式压电振子及其工作方法。

背景技术

压电作动器设计的首要问题和关键之处在于对压电振子模态选择和规划上。利用的模态发生改变，压电振子的结构、预压力的施加方式、压电作动器的输出性能也会发生改变。合理的模态选择，会使压电振子结构轻巧、预压力施加简单、压电作动器输出性能提升。

授权号CN102882423、发明名称为“复合弯振双足旋转超声电机振子”的专利，提出了一种利用奇数阶和偶数阶弯振耦合的双足夹心式压电振子。在合适的电信号激励且奇数、偶数阶弯振频率趋于一致的情况下，压电振子的双足能够产生转向相反的椭圆运动。但是，奇数、偶数阶弯振的结点并无重合之处，这对夹持机构的设计极为不利。虽然采用了薄壁梁结构作为弹性支撑，但其必会对至少一个驱动模态产生影响。同时，还可能存在拆装后压电作动器前后性能不一致的可靠性差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种双作动头贴片式压电振子及其工作方法。

本发明为解决所述技术问题采用以下技术方案：

一种双作动头贴片式压电振子，包含金属基体和四个压电陶瓷片；

所述金属基体包含第一作动头、第二作动头、第一振动梁、第二振动梁和夹持机构；

所述第一振动梁、第二振动梁均为长方体，均包含第一至第四侧面；所述第一振动梁的第一侧面、第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面、第二振动梁的第三侧面相互平行；第一振动梁的第二侧面和第二振动梁的第二侧面在同一平面，第一振动梁的第四侧面和第二振动梁的第四侧面在同一平面；

所述第一作动头、第二作动头均呈单孔拱桥状；第一作动头的两端分别和第一振动梁的一端、第二振动梁的一端固连；第二作动头的两端分别和第一振动梁的另一端、第二振动梁的另一端固连；

所述夹持机构设置在所述第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面之间，呈十字架状，包含相互垂直的第一面板和第二面板；所述第一面板两端分别和第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面垂直固连；所述第二面板上设有两个轴线垂直于第一振动梁第二侧面的安装孔；

所述金属基体关于所述夹持机构的中心呈中心对称；

所述四个压电陶瓷片分别粘贴在第一振动梁的第二侧面、第一振动梁的第四侧面、第二振动梁的第二侧面和第二振动梁的第四侧面，均沿厚度方向极化，且位于同一振动梁上的压电陶瓷片的极化方向相反、位于同一平面上的压电陶瓷片的极化方向相同。

本发明还公开了所述的双作动头贴片式压电振子的工作方法，包含以下过程：

对第一振动梁上的两个压电陶瓷片施加第一信号、对第二振动梁上的两个压电陶瓷片施加第二信号，第一信号、第二信号在时间相位上相差π/2，使得第一作动头、第二作动头产生时间上具有90度相位差的纵向振动模态和横向振动模态，进而使得第一作动头、第二作动头上表面质点产生微幅椭圆运动，且第一作动头、第二作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向相反；

通过改变第一信号、第二信号的时间相位差的先后顺序，改变第一作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

十字架式夹持机构上开有两个对称通孔，使夹持更为可靠。压电振子利用摩擦驱动转子，转子也会给振子一个反作用力。如果采用单通孔固定，压电振子在工作过程中很可能会出现紧固件松动的情况。

本发明不存在夹心式振子装配难和螺栓预紧不精确问题，相比较夹心式振子，本发明结构更为简单、轻巧。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中金属基体的结构示意图；

图3是本发明中压电陶瓷片极化方向和施加电信号示意图；

图4是本发明工作时第一、第二作动头纵向振动模态的示意图；

图5是本发明工作时第一、第二作动头横向振动模态的示意图；

图6是本发明工作时的状态变化示意图。

图中，1-金属基体，2-压电陶瓷片，1.1-第一作动头，1.2-第二振动梁，1.3-夹持机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种双作动头贴片式压电振子，包含金属基体和四个压电陶瓷片。

如图2所示，金属基体包含第一作动头、第二作动头、第一振动梁、第二振动梁和夹持机构。

第一振动梁、第二振动梁均为长方体，均包含第一至第四侧面；第一振动梁的第一侧面、第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面、第二振动梁的第三侧面相互平行；第一振动梁的第二侧面和第二振动梁的第二侧面在同一平面，第一振动梁的第四侧面和第二振动梁的第四侧面在同一平面。

第一作动头、第二作动头均呈单孔拱桥状；第一作动头的两端分别和第一振动梁的一端、第二振动梁的一端固连；第二作动头的两端分别和第一振动梁的另一端、第二振动梁的另一端固连。

夹持机构设置在第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面之间，呈十字架状，包含相互垂直的第一面板和第二面板；第一面板两端分别和第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面垂直固连；第二面板上设有两个轴线垂直于第一振动梁第二侧面的安装孔。

金属基体关于夹持机构的中心呈中心对称。夹持机构用于固定双作动头贴片式压电振子。金属基体可以一体成型。

四个压电陶瓷片分别粘贴在第一振动梁的第二侧面、第一振动梁的第四侧面、第二振动梁的第二侧面和第二振动梁的第四侧面，如图3所示，四个压电陶瓷片均沿厚度方向极化，且位于同一振动梁上的压电陶瓷片的极化方向相反、位于同一平面上的压电陶瓷片的极化方向相同。

本发明还公开了双作动头贴片式压电振子的工作方法，包含以下过程：

如图4、图5、图6所示，对第一振动梁上的两个压电陶瓷片施加第一信号、对第二振动梁上的两个压电陶瓷片施加第二信号，第一信号、第二信号在时间相位上相差π/2，使得第一作动头、第二作动头产生时间上具有90度相位差的纵向振动模态和横向振动模态，进而使得第一作动头、第二作动头上表面质点产生微幅椭圆运动，且第一作动头、第二作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向相反；

通过改变第一信号、第二信号的时间相位差的先后顺序，改变第一作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种双作动头贴片式压电振子的工作方法，所述双作动头贴片式压电振子包含金属基体和四个压电陶瓷片；

所述金属基体包含第一作动头、第二作动头、第一振动梁、第二振动梁和夹持机构；

所述第一振动梁、第二振动梁均为长方体，均包含第一至第四侧面；所述第一振动梁的第一侧面、第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面、第二振动梁的第三侧面相互平行；第一振动梁的第二侧面和第二振动梁的第二侧面在同一平面，第一振动梁的第四侧面和第二振动梁的第四侧面在同一平面；

所述第一作动头、第二作动头均呈单孔拱桥状；第一作动头的两端分别和第一振动梁的一端、第二振动梁的一端固连；第二作动头的两端分别和第一振动梁的另一端、第二振动梁的另一端固连；

所述夹持机构设置在所述第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面之间，呈十字架状，包含相互垂直的第一面板和第二面板；所述第一面板两端分别和第一振动梁的第三侧面、第二振动梁的第一侧面垂直固连；所述第二面板上设有两个轴线垂直于第一振动梁第二侧面的安装孔；

所述金属基体关于所述夹持机构的中心呈中心对称；

所述四个压电陶瓷片分别粘贴在第一振动梁的第二侧面、第一振动梁的第四侧面、第二振动梁的第二侧面和第二振动梁的第四侧面，均沿厚度方向极化，且位于同一振动梁上的压电陶瓷片的极化方向相反、位于同一平面上的压电陶瓷片的极化方向相同；

其特征在于，所述双作动头贴片式压电振子的工作方法包含以下过程：

对第一振动梁上的两个压电陶瓷片施加第一信号、对第二振动梁上的两个压电陶瓷片施加第二信号，第一信号、第二信号在时间相位上相差π/2，使得第一作动头、第二作动头产生时间上具有90度相位差的纵向振动模态和横向振动模态，进而使得第一作动头、第二作动头上表面质点产生微幅椭圆运动，且第一作动头、第二作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向相反；

通过改变第一信号、第二信号的时间相位差的先后顺序，改变第一作动头上表面质点微幅椭圆运动的转向。