CN102739106A - 弯振复合型单足直线超声驱动器 - Google Patents

Abstract

弯振复合型单足直线超声驱动器，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有超声电机定子存在的机械输出能力受制约的问题。本发明的变幅杆是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；驱动足的两个侧面分别与两个变幅杆的小端面固定连接；每个后端盖中一个侧面的中心带有螺柱，两个后端盖上的螺柱分别与两个变幅杆大端面中心的带内螺纹的盲孔螺纹连接，四对弯振压电陶瓷片分别套在变幅杆和后端盖之间的螺柱上；在变幅杆与其相邻的弯振压电陶瓷片之间、两个弯振压电陶瓷片之间分别固定一个电极片；后端盖两侧分别固定有两个薄壁梁，每个薄壁梁的末端固定一个安装座。本发明可以应用到超声电机制作领域。

Description

弯振复合型单足直线超声驱动器

技术领域

本发明涉及到一种弯振复合型单足直线超声驱动器，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，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，目前压电超声电机大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的d₃₁模式机电耦合效率和陶瓷材料抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限制，这样的激励方式使得超声电机的机械输出能力受到严重制约。

发明内容

为了解决现有采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励的超声电机的定子存在的机械输出能力受制约的问题，本发明提供了一种弯振复合型单足直线超声驱动器。

弯振复合型单足直线超声驱动器，包括一个驱动足、两个变幅杆、四对弯振压电陶瓷片、两个后端盖、八个电极片、四个薄壁梁和四个安装座；变幅杆是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；驱动足的两个侧面分别与两个变幅杆的小端面固定连接；每个后端盖中一个侧面的中心带有螺柱，两个后端盖上的螺柱分别与两个变幅杆大端面中心的带内螺纹的盲孔螺纹连接，四对弯振压电陶瓷片分别套在变幅杆和后端盖之间的螺柱上；在变幅杆与其相邻的弯振压电陶瓷片之间、两个弯振压电陶瓷片之间分别固定一个电极片；后端盖两侧分别固定有两个薄壁梁，每个薄壁梁的末端固定一个安装座。

本发明的弯振复合型单足直线超声驱动器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模式工作，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。本发明采用沿厚度方向极化的两对弯振压电陶瓷片实现换能器的两个正交的弯曲振动模态的激励，由于采用同型模态，不存在模态间的频率简并问题；前端盖采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高；薄壁梁可以实现弹性支撑和振动隔离，将安装座与其它构件的联接对振子的弯曲振动模态的影响程度降到最低。本发明的弯振复合型单足直线超声驱动器中的四对弯振压电陶瓷片采用幅值相等、频率为换能器自身谐振频率、相位差为+90°的交流电压信号激励，利用压电陶瓷片的纵向振动在振子中激励出两个正交的弯曲振动模态，两个弯曲振动模态叠加在中间驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，进而通过驱动足和动子之间的摩擦耦合实现动子的宏观运动输出。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。

本发明的弯振复合型单足直线超声驱动器具有结构简单、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是本发明所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的剖视图，图2是图1所示的弯振复合型单足直线超声驱动器的立体结构示意图，图3是图1中四对弯振压电陶瓷片的极化方向示意图，图4是图1所示的振子的两个基本弯曲振动模态振型示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，包括一个驱动足1、两个变幅杆2、四对弯振压电陶瓷片3、两个后端盖6、八个电极片8、四个薄壁梁4和四个安装座5；变幅杆2是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆2的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；驱动足1的两个侧面分别与两个变幅杆2的小端面固定连接；每个后端盖6中一个侧面的中心带有螺柱6-1，两个后端盖6上的螺柱6-1分别与两个变幅杆2大端面中心的带内螺纹的盲孔螺纹连接，四对弯振压电陶瓷片3分别套在变幅杆2和后端盖6之间的螺柱6-1上；在变幅杆2与其相邻的弯振压电陶瓷片3之间、两个弯振压电陶瓷片3之间分别固定一个电极片8；后端盖6两侧分别固定有两个薄壁梁4，每个薄壁梁4的末端固定一个安装座5。

本实施方式的弯振复合型单足直线超声驱动器在应用的时候，从任意一侧后端盖6起第二、四、五、七个电极片8与驱动电源的公共端连接，第一、八个电极片8和驱动电源的一相驱动信号连接，第三、六个电极片8与驱动电源的另外一相驱动信号连接。

具体实施方式二：本具体实施方式与具体实施方式一所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的区别在于，每对弯振压电陶瓷片3中的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片均由结构相同的两个半片压电陶瓷片3-1组成，所述两个半片压电陶瓷片3-1的极化方向相反，所述两个半片压电陶瓷片3-1相邻接的面为切分面；与两个变幅杆2相邻的两对弯振压电陶瓷片3的切分面共面，与两个后端盖6相邻的两对弯振压电陶瓷片3的切分面共面，并且所述两个切分面相互垂直。

具体实施方式三：本具体实施方式与具体实施方式一所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的区别在于，驱动足1和两个变幅杆2为一体件。这样可以简化加工工艺。

具体实施方式四：本具体实施方式与具体实施方式一所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的区别在于，弯振压电陶瓷片3与后端盖6上的螺柱6-1之间、电极片8与后端盖6上的螺柱6-1之间均固定有绝缘套7。

具体实施方式五：本具体实施方式与具体实施方式一所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的区别在于，后端盖6、螺柱6-1、薄壁梁4和安装座5为一体件。这样可以简化加工工艺。

具体实施方式六：本具体实施方式与具体实施方式一所述的弯振复合型单足直线超声驱动器的区别在于，所述弯振压电陶瓷片3的横截面为正方形或圆形。

Claims (6)

1.弯振复合型单足直线超声驱动器，包括一个驱动足（1）、两个变幅杆（2）、四对弯振压电陶瓷片（3）、两个后端盖（6）、八个电极片（8）、四个薄壁梁（4）和四个安装座（5）；其特征是：变幅杆（2）是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆（2）的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；驱动足（1）的两个侧面分别与两个变幅杆（2）的小端面固定连接；每个后端盖（6）中一个侧面的中心带有螺柱（6-1），两个后端盖（6）上的螺柱（6-1）分别与两个变幅杆（2）大端面中心的带内螺纹的盲孔螺纹连接，四对弯振压电陶瓷片（3）分别套在变幅杆（2）和后端盖（6）之间的螺柱（6-1）上；在变幅杆（2）与其相邻的弯振压电陶瓷片（3）之间、两个弯振压电陶瓷片（3）之间分别固定一个电极片（8）；后端盖（6）两侧分别固定有两个薄壁梁（4），每个薄壁梁（4）的末端固定一个安装座（5）。

2.根据权利要求1所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，其特征在于每对弯振压电陶瓷片（3）中的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片均由结构相同的两个半片压电陶瓷片（3-1）组成，所述两个半片压电陶瓷片（3-1）的极化方向相反，所述两个半片压电陶瓷片（3-1）相邻接的面为切分面；与两个变幅杆（2）相邻的两对弯振压电陶瓷片（3）的切分面共面，与两个后端盖（6）相邻的两对弯振压电陶瓷片（3）的切分面共面，并且所述两个切分面相互垂直。

3.根据权利要求1所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，其特征在于驱动足（1）和两个变幅杆（2）为一体件。

4.根据权利要求1所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，其特征在于弯振压电陶瓷片（3）与后端盖（6）上的螺柱（6-1）之间、电极片（8）与后端盖（6）上的螺柱（6-1）之间均固定有绝缘套（7）。

5.根据权利要求1所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，其特征在于后端盖（6）、螺柱（6-1）、薄壁梁（4）和安装座（5）为一体件。

6.根据权利要求1所述的弯振复合型单足直线超声驱动器，其特征在于所述弯振压电陶瓷片（3）的横截面为正方形或圆形。

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