專利名稱：帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子，屬于壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電超聲電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)定子、動(dòng)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無(wú)需變速機(jī)構(gòu)、無(wú)電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，作為一種新型驅(qū)動(dòng)器有著十分廣泛的應(yīng)用。出于激勵(lì)原理的簡(jiǎn)單性和理論分析方法的簡(jiǎn)便性，目前壓電超聲電機(jī)大多采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)，由于受壓電陶瓷的d31模式機(jī)電耦合效率和陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低，以及膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵(lì)方式使得超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)的超聲電機(jī)的振子存在的振動(dòng)能量利用不充分、機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子。本發(fā)明的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子包括兩個(gè)端蓋、兩對(duì)縱振壓電陶瓷片、兩對(duì)彎振壓電陶瓷片、螺柱、四個(gè)安裝座、四個(gè)薄壁梁、絕緣套、九個(gè)電極片和兩個(gè)摩擦片；所述端蓋是截面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋的小端面為驅(qū)動(dòng)足，端蓋的大端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，端蓋的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁，安裝座位于薄壁梁外側(cè)，所述端蓋、薄壁梁和安裝座為一體件；所述螺柱兩端均帶螺紋，兩對(duì)縱振壓電陶瓷片和兩對(duì)彎振壓電陶瓷片均套在螺柱上，且螺柱與縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片之間設(shè)置有絕緣套，兩個(gè)端蓋通過(guò)其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩個(gè)端部從而把彎振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片壓緊在兩個(gè)端蓋之間；所述兩對(duì)彎振壓電陶瓷片設(shè)置于中間，所述縱振壓電陶瓷片設(shè)置于端蓋和彎振壓電陶瓷片之間，在端蓋和縱振壓電陶瓷片之間、兩個(gè)縱振壓電陶瓷片之間、兩個(gè)彎振壓電陶瓷片之間、縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片之間分別固定有電極片；所述端蓋的小端面有一矩形通槽，摩擦片固定于端蓋末端的矩形通槽內(nèi)。本發(fā)明的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子中的壓電陶瓷元件采用夾心結(jié)構(gòu)，采用壓電陶瓷高機(jī)電耦合效率的^3模式工作，解決了粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機(jī)機(jī)電耦合效率低、機(jī)械輸出能力差的問(wèn)題。本發(fā)明采用兩對(duì)縱振壓電陶瓷片實(shí)現(xiàn)振子縱振模態(tài)的激勵(lì)，采用兩對(duì)彎振壓電陶瓷片實(shí)現(xiàn)振子彎振模態(tài)的激勵(lì)，通過(guò)構(gòu)型參數(shù)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)振子縱振和彎振模態(tài)特征頻率之間的簡(jiǎn)并；端蓋采用變截面設(shè)計(jì)起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高縱振和彎振模態(tài)下端蓋末端質(zhì)點(diǎn)的振速和振幅，使得電機(jī)性能得到提高；薄壁梁可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離，將安裝座與其它構(gòu)件的聯(lián)接對(duì)振子的縱振和彎振模態(tài)的影響程度降到最低。本發(fā)明的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子中的縱振和彎振壓電陶瓷片分別采用幅值相等、頻率為振子自身諧振頻率、相位差為+90°的交流電壓信號(hào)激勵(lì)，利用縱振壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)在振子中激勵(lì)縱振模態(tài)，利用彎振壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)在振子中激勵(lì)出彎振模態(tài)，縱振和彎振模態(tài)疊加在兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生旋向相反的橢圓軌跡振動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)驅(qū)動(dòng)足和圓筒型動(dòng)子內(nèi)表面的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)動(dòng)子的直線運(yùn)動(dòng)輸出，充分利用縱振和彎振能量實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足同時(shí)致動(dòng)，可以成倍的提高電機(jī)的機(jī)械輸出能力。如果調(diào)整兩路激勵(lì)信號(hào)的相位差為-90°，可以實(shí)現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子具有縱彎振動(dòng)能量利用率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)電耦合效率高、可實(shí)現(xiàn)大力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的剖視圖，圖2是圖1所示振子的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖1中兩對(duì)彎振壓電陶瓷片5和兩對(duì)縱振壓電陶瓷片4的極化方向示意圖，圖4是圖1所示振子的縱振模態(tài)振型示意圖，圖 5是圖1所示振子的彎振模態(tài)振型示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1至圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子包括兩個(gè)端蓋1、兩對(duì)縱振壓電陶瓷片4、兩對(duì)彎振壓電陶瓷片5、螺柱6、四個(gè)安裝座3、四個(gè)薄壁梁2、絕緣套7、九個(gè)電極片8和兩個(gè)摩擦片9 ；所述端蓋1是截面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋1的小端面為驅(qū)動(dòng)足，端蓋1的大端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，端蓋1的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁2，安裝座3位于薄壁梁2外側(cè)；所述螺柱6兩端均帶螺紋，兩對(duì)縱振壓電陶瓷片4和兩對(duì)彎振壓電陶瓷片5 均套在螺柱6上，且螺柱6與縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間設(shè)置有絕緣套7， 兩個(gè)端蓋1通過(guò)其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱6的兩個(gè)端部從而把彎振壓電陶瓷片2 和縱振壓電陶瓷片3壓緊在兩個(gè)端蓋1之間；所述兩對(duì)彎振壓電陶瓷片5設(shè)置于中間，所述縱振壓電陶瓷片4設(shè)置于端蓋1和彎振壓電陶瓷片5之間，在端蓋1和縱振壓電陶瓷片4 之間、兩個(gè)縱振壓電陶瓷片4之間、兩個(gè)彎振壓電陶瓷片5之間、縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間分別固定有電極片8。本實(shí)施方式的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子在應(yīng)用的時(shí)候，位于端蓋1和縱振壓電陶瓷片4之間的兩個(gè)電極片8、縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間的兩個(gè)電極片8、中心位置兩個(gè)彎振壓電陶瓷片5之間的電極片均8與驅(qū)動(dòng)電源的公共端連接，位于外側(cè)彎振壓電陶瓷片5之間的兩個(gè)電極片7與驅(qū)動(dòng)電源的一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接，位于縱振壓電陶瓷片4之間的兩個(gè)電極片7與驅(qū)動(dòng)電源的另外一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的區(qū)別在于，所述彎振壓電陶瓷片5和縱振壓電陶瓷片4 的橫截面為矩形或圓形。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的區(qū)別在于，所述端蓋1的小端面加工有一矩形通槽，摩擦片9通過(guò)機(jī)械連接方式固定于端蓋1末端的矩形通槽內(nèi)，避免在大推力輸出情況下摩擦片從驅(qū)動(dòng)足上脫落情況的發(fā)生。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的區(qū)別在于，所述所有壓電陶瓷極化均沿厚度方向極化， 相鄰兩片縱振壓電陶瓷片4的極化方向相反，所述每對(duì)彎振壓電陶瓷片5中的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片5-1，將極化方向相反的兩個(gè)半片壓電陶瓷片5-1重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，所有彎振壓電陶瓷片5的切分線共面。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子的區(qū)別在于，所述端蓋1、薄壁梁2和安裝座3為一體件； 所述薄壁梁2可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離的效果，能夠?qū)⒄褡优c其它構(gòu)件的聯(lián)接對(duì)振子的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低。
權(quán)利要求
1.帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子，包括兩個(gè)端蓋(1)、兩對(duì)縱振壓電陶瓷片G)、兩對(duì)彎振壓電陶瓷片(5)、螺柱(6)、四個(gè)安裝座(3)、四個(gè)薄壁梁 O)、絕緣套(7)、九個(gè)電極片(8)和兩個(gè)摩擦片(9)；其特征在于所述端蓋(1)是截面逐漸變細(xì)的塊體，端蓋(1)的小端面為驅(qū)動(dòng)足，端蓋(1)的大端面的中心有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，端蓋(1)的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁0)，安裝座C3)位于薄壁梁( 外側(cè)； 所述螺柱(6)兩端均帶螺紋，兩對(duì)縱振壓電陶瓷片(4)和兩對(duì)彎振壓電陶瓷片( 均套在螺柱(6)上，且螺柱(6)與縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片( 之間設(shè)置有絕緣套 (7)，兩個(gè)端蓋(1)通過(guò)其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱(6)的兩個(gè)端部從而把彎振壓電陶瓷片( 和縱振壓電陶瓷片C3)壓緊在兩個(gè)端蓋(1)之間；所述兩對(duì)彎振壓電陶瓷片(5) 設(shè)置于中間，所述縱振壓電陶瓷片(4)設(shè)置于端蓋(1)和彎振壓電陶瓷片( 之間，在端蓋 (1)和縱振壓電陶瓷片(4)之間、兩個(gè)縱振壓電陶瓷片(4)之間、兩個(gè)彎振壓電陶瓷片(5) 之間、縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片(5)之間分別固定有電極片(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子， 其特征在于所述縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片(5)的橫截面為矩形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子， 其特征在于所述端蓋(1)的小端面有一矩形通槽，摩擦片(9)固定于端蓋(1)末端的矩形通槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子， 其特征在于所述所有壓電陶瓷極化均沿厚度方向極化，相鄰兩片縱振壓電陶瓷片(4)的極化方向相反，所述每對(duì)彎振壓電陶瓷片( 中的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片(5-1)，將極化方向相反的兩個(gè)半片壓電陶瓷片(5-1)重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，所有彎振壓電陶瓷片(5)的切分線共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子， 其特征在于所述端蓋(1)、薄壁梁( 和安裝座C3)為一體件。
全文摘要
帶彈性支撐的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足直線超聲電機(jī)振子，涉及壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有超聲電機(jī)振子存在的振動(dòng)能量利用不充分、機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題。本發(fā)明的振子包括兩個(gè)端蓋、兩對(duì)縱振壓電陶瓷片、兩對(duì)彎振壓電陶瓷片、螺柱、四個(gè)安裝座、四個(gè)薄壁梁、絕緣套、九個(gè)電極片和兩個(gè)摩擦片，端蓋是截面為矩形并逐漸變細(xì)的四棱柱體，端蓋小端面為驅(qū)動(dòng)足，摩擦片固定于端蓋小端面的通槽內(nèi)，端蓋通過(guò)其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩個(gè)端部從而把彎振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片壓緊在兩個(gè)端蓋之間；本發(fā)明可以應(yīng)用到超聲電機(jī)制作領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/04GK102355160SQ201110318729
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)