分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子，屬于壓電超聲電機技術領域。
【背景技術】
[0002]壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內(nèi)的振動，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點運動，進而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點的微觀運動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運動，具有結(jié)構(gòu)簡單、設計靈活、低速大轉(zhuǎn)矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、響應速度快、斷電自鎖、無電磁干擾且不受電磁干擾等優(yōu)點。
[0003]壓電超聲驅(qū)動技術是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內(nèi)的振動，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點運動，進而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點的微觀運動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運動的技術。壓電超聲驅(qū)動器具有低速大轉(zhuǎn)矩、無需變速機構(gòu)、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優(yōu)點。
[0004]縱彎復合超聲電機振子采用振子彈性體縱向振動和彎曲振動的復合實現(xiàn)驅(qū)動，在傳統(tǒng)的縱彎復合超聲電機振子中，激勵縱向振動和彎曲振動的壓電陶瓷元件一般單獨進行設置，也就是縱振陶瓷用于激勵縱向振動，彎振陶瓷用于激勵彎曲振動；例如公開日為2007年8月22日、公開號為CN101022256、發(fā)明名稱為“帶調(diào)頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機”的專利申請，它提出了一種帶調(diào)頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機，解決了現(xiàn)有的夾心式縱彎復合直線超聲電機存在電機效率低下、噪聲大、磨損嚴重、難于系列化等不足，具有效率高、出力大、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點。但是，該超聲電機振子采用縱振陶瓷和彎振陶瓷分別來激勵縱向振動和彎曲振動，兩種陶瓷在振子軸線方向上位于不同位置；而對于縱彎復合型超聲電機振子而言，縱振陶瓷和彎振陶瓷的最佳設置位置很多時候是重疊的；因此，這種獨立設置壓電元件的方法限制了其能量轉(zhuǎn)換效率的提高，不利于實現(xiàn)壓電陶瓷的最佳布置；此外，這種振子中彎振陶瓷采用兩片極化方向相反的半片壓電陶瓷組合而成，由于彎振陶瓷加工過程中難免存在厚度偏差，這種半片陶瓷組合的方式會使得各個彎振陶瓷上施加的預緊力不一致，從而大大降低機電耦合效率，引起嚴重的發(fā)熱問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有縱彎復合型超聲電機振子中存在的由縱振陶瓷和彎振陶瓷獨立設置而帶來的能量轉(zhuǎn)換效率較低、難于實現(xiàn)最佳布置問題，以及由半片彎振陶瓷組合方式帶來的機電耦合效率低、發(fā)熱嚴重等問題，本發(fā)明提供了一種分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子。
[0006]分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子，它包括隔板1、八片壓電陶瓷片2、兩個端蓋
3、兩個驅(qū)動足4、四個接地電極片5、四個縱振電極片6和八個彎振電極片7 ;
[0007]隔板1左右兩側(cè)對稱設置有兩個螺柱1-1，兩個螺柱1-1均垂直于所述隔板1 ;八片壓電陶瓷片2對稱套裝在兩個螺柱1-1上；
[0008]隔板1同一側(cè)中從隔板1起始向外的四片壓電陶瓷片2分別稱為第一片壓電陶瓷片、第二片壓電陶瓷片、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片；兩個端蓋3分別旋合在兩個螺柱1-1的末端，用于夾緊壓電陶瓷片2 ;
[0009]所述兩個驅(qū)動足分別固定設置在兩個端蓋3上側(cè)面的末端位置；
[0010]所述八片壓電陶瓷片2均沿厚度方向極化，且相鄰的兩片壓電陶瓷片2極化方向相反；
[0011]隔板1左側(cè)第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片之間、第四片壓電陶瓷片和左側(cè)端蓋3之間均設置有接地電極片5 ;隔板1右側(cè)第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片2之間、第四片壓電陶瓷片和右側(cè)端蓋3之間均設置有接地電極片5 ;
[0012]隔板1左側(cè)第一片壓電陶瓷片和第二片壓電陶瓷片之間、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片之間均設置有一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7 ;隔板1右側(cè)第一片壓電陶瓷片和第二片壓電陶瓷片之間、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片2之間均設置有一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7 ;
[0013]設置在同一平面內(nèi)的一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7中，縱振電極片6套裝在螺柱1-1上，兩個彎振電極片7對稱設置在縱振電極片6的上下兩側(cè)，且彎振電極片7和縱振電極片6之間留有間隙。
[0014]所有接地電極片5與激勵信號公共端連接，四片縱振電極片6與第一相驅(qū)動信號連接，隔板1的左側(cè)上部的兩個彎振電極片7和隔板1的右側(cè)下部的兩個彎振電極片7與第二相驅(qū)動信號連接，隔板1的左側(cè)下部的兩個彎振電極片7和隔板1的右側(cè)上部的兩個彎振電極片7與第三相驅(qū)動信號連接；所有驅(qū)動信號均為交流激勵信號，信號波形是方波、正弦波、梯形波或者三角波；第一相驅(qū)動信號與第二相驅(qū)動信號之間在時間上具有90度相位差，第二相驅(qū)動信號與第三相驅(qū)動信號之間在時間上具有180度相位差。
[0015]所述端蓋3的橫截面大于或者等于壓電陶瓷片2的橫截面。
[0016]所述隔板1的橫截面大于壓電陶瓷片2的橫截面。
[0017]本發(fā)明的分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子利用復合梁的奇數(shù)階縱向振動和偶數(shù)階彎曲振動的復合實現(xiàn)雙足的直線致動；壓電陶瓷中間部分通過縱振電極片施加同樣的交流激勵信號，產(chǎn)生同步的伸縮變形，進而激勵出振子的縱向振動；壓電陶瓷兩側(cè)分別通過彎振電極片施加兩相具有180度相位差的激勵信號，壓電陶瓷的上側(cè)和下側(cè)會產(chǎn)生交替的伸縮，進而激勵出振子的彎曲振動；當超聲電機振子的奇數(shù)階縱向振動和偶數(shù)階彎曲振動的諧振頻率十分接近時，且縱向振動和彎曲振動在時間上具有90度相位差，則可以通過縱振和彎振的復合在兩個驅(qū)動足處激發(fā)橢圓軌跡的振動，兩個驅(qū)動足振動軌跡的旋向一致，從而保證振子可以實現(xiàn)直線致動(見圖8，其中8為動子)；調(diào)整縱向振動和彎曲振動的相位差為-90度，則可以實現(xiàn)反向驅(qū)動。
[0018]本發(fā)明的分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子，采用的是整片的壓電陶瓷實現(xiàn)縱彎復合振動的激勵，其中陶瓷的中間位置用于激勵縱向振動，兩側(cè)的陶瓷用于激勵彎曲振動，縱振陶瓷和彎振陶瓷不再是單獨設置，而且他們在軸向方向的位置是重合的，這種方式解決了早期縱彎復合型超聲電機振子中存在的由縱振陶瓷和彎振陶瓷獨立設置而帶來的能量轉(zhuǎn)換效率較低、難于實現(xiàn)最佳布置問題；而且采用的是整片的陶瓷片來實現(xiàn)縱彎復合激勵，避免了傳統(tǒng)方案中由半片彎振陶瓷組合方式激勵彎曲振動帶來的機電耦合效率低、發(fā)熱嚴重等問題。
[0019]本發(fā)明的分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子能量轉(zhuǎn)換效率高、發(fā)熱低、易于實現(xiàn)壓電陶瓷的最佳布置，加工裝配十分簡便，便于實現(xiàn)系列化和商品化。
[0020]本發(fā)明適用于超聲電機振子制作領域。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述的分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子的剖視圖；
[0023]圖3是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子中壓電陶瓷2的極化方向示意圖；
[0024]圖4是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子拆除左側(cè)端蓋3之后的立體圖；
[0025]圖5是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子拆除左側(cè)端蓋3、一片壓電陶瓷2之后的立體圖；
[0026]圖6是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子縱向振動模態(tài)振型圖；
[0027]圖7是圖1所示分區(qū)激勵式縱彎復合超聲電機振子彎曲振動模態(tài)振型圖；