CN114759827A - 一种夹持式大振幅超声电机定子 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种夹持式大振幅超声电机定子，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有夹持式超声电机振幅小引起的驱动能力不足的的问题。本发明由金属换能器和压电陶瓷组组成，压电陶瓷组由多片压电陶瓷和规格不同的电极片构成，所述的压电陶瓷均按照厚度方向极化，电极片用于施加沿极化方向轴线的电场。本发明提供的一种夹持式大振幅超声电机定子利用压电陶瓷的d33和d31两种工作模式在定子上激励出一阶纵振和二阶纵振的复合振动，并在金属换能器的尖端生成具有驱动作用的椭圆轨迹。本发明设计的超声电机的定子机构紧凑，便于安装，能够同时利用压电陶瓷的d31和d33两种工作模式，具有大振幅输出的特点，同时还具有体积小、能够使用高电压激励等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电超声电机技术领域，具体涉及一种夹持式大振幅超声电机定子。
背景技术
目前的压电驱动技术主要是利用压电陶瓷的逆压电效应，将电能转换成机械能，压电驱动器的定子通常是由压电陶瓷与金属弹性体组成的特定形状的复合弹性体，通过对压电陶瓷施加超声频率的交流电压实现定子弹性体中同频机械振动的激励，进而在定子驱动区域内质点形成具有驱动作用的运动轨迹；进一步通过定子和转子之间的摩擦耦合，实现转子宏观运动的输出。它具有低速大转矩、无需变速机构、响应速度快等优点，作为压电驱动器有十分广泛的应用。
目前现有的超声电机还存在显著的电能转换效率低和不能高速驱动的问题，压电陶瓷在电激励下的形变不能得到全面的利用是是其中原因之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种夹持式大振幅超声电机定子，解决超声电机存在显著的电能转换效率低和不能高速驱动的问题。该构型结构简单，体积小，具有小型化的可能，振动效果可靠。
本发明的技术方案是：
一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，所述的定子由金属换能器、压电陶瓷组组成，由多片压电陶瓷和规格不同的电极片构成的压电陶瓷组被两个金属换能器夹住，所述的压电陶瓷均按照厚度方向极化，在表面镀有银层，并和电极片配合用于施加于沿极化方向轴线的电场，同时利用压电陶瓷的d33和d31两种工作模式在定子上激励出一阶纵振和二阶纵振的复合振动，进而在金属换能器尖端形成椭圆驱动轨迹。
所述金属换能器和压电陶瓷组之间采用环氧树脂粘接。
压电陶瓷组由压电陶瓷片和被其夹住的不同规格的电极片组成，压电陶瓷片和不同规格的电极片之间采用环氧树脂粘接。
压电陶瓷片为长方体结构，沿厚度方向极化，按极性相向的顺序层叠排列。
所述的不同规格的电极片分为长电极片和短电极片，长电极片做接地用、短电极片接高频交流电压。
所述的高频交流电压A、B两相的电压相位差为π/2。
一种夹持式大振幅超声电机定子在工作时，夹持位置在压电陶瓷组上下表面的中部，夹持的长度可以自行设定。
所述的一种夹持式大振幅超声电机定子，在中部夹持的条件下能够同时利用压电陶瓷的d33和d31两种工作模式在定子上激励出一阶纵振和二阶纵振的复合振动，进而在金属换能器尖端形成椭圆驱动轨迹。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种夹持式大振幅超声电机定子，能够同时利用压电陶瓷d33和d31两种工作模式产生的形变，使其在驱动电压相同的情况下，具有大振幅输出、高速输出的优点；采用中部固定的夹持方式使电机能够承受较高的激励电压，进一步提高电机的输出性能；电机结构简单，能够实现电机的小型化，和批量工业生产。
附图说明
图1是一种夹持式大振幅超声电机定子的整体结构。
图2是压电陶瓷的极性和电极片的分布示意图。
图3是电机的工作模态示意图。
图4是电机定子二阶纵振下驱动足与法线之间的夹角α示意图。
具体实施方案
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
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。
如图1所示，本发明提供的一种夹持式大振幅超声电机定子，包括金属换能器1、压电陶瓷组2组成，金属换能器1设置有两个，分别设置在压电陶瓷组的的上下表面，金属换能器1和压电陶瓷组2之间采用环氧树脂粘接。
压电陶瓷组2由压电陶瓷片201和被其夹住的长电极片301和短电极片302组成，压电陶瓷片201和长短电极片301、302之间采用环氧树脂粘接。
如图2所示为由六片压电陶瓷组成的压电陶瓷组，压电陶瓷片201为长方体结构，沿厚度方向极化，采用极性相向的排列方式层叠。在具体设计的时候，压电陶瓷片的数量为2n（n为正整数）。
定子的夹持位置在压电陶瓷组2上下表面的中部，夹持的长度可以自行设定。
如图2所示，整片的压电陶瓷为长方体结构，在每片压电陶瓷的中间位置将银层刮去想成电极分割线，使左右两侧的相对独立，短电极302片分布在左右两侧，同样中仅留有间隙，且间隙的位置与陶瓷位置的电极分割线的位置重合。
长电极片301和短电极片302的排列方式如图2所示，长电极片301做接地用，短电极片之间并不接触，接高频交流电压作激励用
A相接Usin（ωt）（U为幅值，ω为激励电压，t为时间）B相接Ucos（ωt），由于上述两组电信号在时间上存在π/2的相位差，在中部夹持的条件下可以同时激励出定子的一阶纵振和二阶纵振，示意图如图3所示。
当定子工作在一阶纵振模态时，驱动足产生沿y轴为周期性位移，而当定子工作在二阶纵振模态时，驱动足产生沿x轴的周期性位移，通过这两个模态的耦合，驱动足将会产生椭圆运动，从而经摩擦作用驱动动子的旋转或者直线运动。
当定子工作在一阶纵振模态时，压电陶瓷片201被电信号激发出的d31和d33两种工作模式的形变都对驱动足的y方向的振幅起到促进作用；当定子工作在二阶纵振模态时，压电陶瓷片201由d31产生的横向位移来使驱动足产生横向的位移，d33工作模式产生的厚度变化会减小驱动足的偏角α，从而起到扩大x轴方向上振幅的作用。
当A相和B相的电信号相位差为-π/2的时候，驱动足的椭圆轨迹反向，即可实现动子的反向驱动。
Claims (6)
1.一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，所述的定子由金属换能器（1）、压电陶瓷组（2）组成，压电陶瓷组（2）由多片压电陶瓷片（201）和规格不同的电极片（301、302）构成，两个金属换能器（1）将中间的压电陶瓷组（2）夹住形成定子的整体结构；所述的压电陶瓷（201）均按照厚度方向极化，在表面镀有银层，并和电极片（301、302）配合用于施加于沿极化方向轴线的电场；一种夹持式大振幅超声电机定子在中部夹持的条件下同时利用压电陶瓷的d33和d31两种工作模式在定子上激励出一阶纵振和二阶纵振的复合振动，进而在金属换能器尖端形成椭圆驱动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，所述的金属换能器（1）形状为拱桥型或V型，粘贴固定在压电陶瓷组（2）的上下表面。
3.根据权利要求1所述的一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，所述的压电陶瓷片（201）按照极性相向的排列方式层叠排列，数量为2n（n为整数），并将压电陶瓷中间位置的银层刮去，形成一条电极分割线，使压电陶瓷的左右两侧的电学关系相互独立。
4.根据权利要求1所述的一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，所述的电极片（301、302）分为长电极片（301）和短电极片（302），长电极片做接地用、短电极片接激励电压。
5.根据权利要4所述的激励电压，其特征在于，所述的激励电压信号A、B两相的相位差为π/2。
6.根据权利要求1所述的一种夹持式大振幅超声电机定子，其特征在于，夹持位置在压电陶瓷组（2）上下表面的中部，夹持的长度可以自行设定。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05146181A (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-11 | Fukoku Co Ltd | 超音波モータ用圧電振動板の製造方法 |
| US6407484B1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-06-18 | Rockwell Technologies Inc | Piezoelectric energy harvester and method |
| CN101626206A (zh) * | 2009-08-19 | 2010-01-13 | 哈尔滨工业大学 | 纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子 |
| CN102307021A (zh) * | 2011-09-15 | 2012-01-04 | 上海大学 | 不同阶弯振模态直线超声电机及其运作方式 |
| CN104485837A (zh) * | 2014-12-11 | 2015-04-01 | 南京航空航天大学 | 一种复合振子驻波超声电机及其激励方法 |
| CN107437903A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-05 | 苏州迈客荣自动化技术有限公司 | 一种菱形陶瓷驱动器 |
| CN110601594A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-20 | 长春工业大学 | 一种多足耦合致动式微纳直线驱动器及其激励方法 |
| CN110661448A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-01-07 | 南京工程学院 | 一种双足驱动非共振压电直线电机及电激励方法 |
| CN111064387A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-04-24 | 南方科技大学 | 自适应能量收集器 |
| CN111854663A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-10-30 | 合肥工业大学 | 一种压电螺纹驱动式一维定位平台 |
| CN112072951A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A型弹性拓扑压电致动机构 |
| CN112468013A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 哈尔滨工程大学 | 双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器 |
| CN112542959A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-23 | 上海工程技术大学 | 一种单相激励双向运动的微型超声电机及方法 |
-
2022
- 2022-05-17 CN CN202210533661.5A patent/CN114759827A/zh active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05146181A (ja) * | 1991-11-15 | 1993-06-11 | Fukoku Co Ltd | 超音波モータ用圧電振動板の製造方法 |
| US6407484B1 (en) * | 2000-09-29 | 2002-06-18 | Rockwell Technologies Inc | Piezoelectric energy harvester and method |
| CN101626206A (zh) * | 2009-08-19 | 2010-01-13 | 哈尔滨工业大学 | 纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子 |
| CN102307021A (zh) * | 2011-09-15 | 2012-01-04 | 上海大学 | 不同阶弯振模态直线超声电机及其运作方式 |
| CN104485837A (zh) * | 2014-12-11 | 2015-04-01 | 南京航空航天大学 | 一种复合振子驻波超声电机及其激励方法 |
| CN107437903A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-12-05 | 苏州迈客荣自动化技术有限公司 | 一种菱形陶瓷驱动器 |
| CN110601594A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-20 | 长春工业大学 | 一种多足耦合致动式微纳直线驱动器及其激励方法 |
| CN110661448A (zh) * | 2019-11-12 | 2020-01-07 | 南京工程学院 | 一种双足驱动非共振压电直线电机及电激励方法 |
| CN111064387A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-04-24 | 南方科技大学 | 自适应能量收集器 |
| CN111854663A (zh) * | 2020-06-08 | 2020-10-30 | 合肥工业大学 | 一种压电螺纹驱动式一维定位平台 |
| CN112072951A (zh) * | 2020-09-14 | 2020-12-11 | 哈尔滨工程大学 | A型弹性拓扑压电致动机构 |
| CN112468013A (zh) * | 2020-11-18 | 2021-03-09 | 哈尔滨工程大学 | 双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器 |
| CN112542959A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-23 | 上海工程技术大学 | 一种单相激励双向运动的微型超声电机及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘英想 等主编: "《压电驱动技术》", 31 July 2022, 华中科技大学出版社, pages: 2 - 3 * |
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