CN101272108B - 正方形振子面内复合模态直线超声电机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种正方形振子面内复合模态直线超声电机，包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座，动子可移动的安装于滑座上，振子包括正方形的金属弹性板、正方形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性板和压电陶瓷片的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接触，振子的顶面与预紧机构接触。本电机设计容易：容易使面内弯弯振动的共振频率达到预期值，以便能在预期频率下同时产生弯弯共振；本电机结构简单紧凑、薄型、组装方便，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及利用压电效应的电动机，特别涉及一种正方形振子面内复合模态直线超声电机。
背景技术
超声电机是利用压电陶瓷逆压电效应和超声振动的微电机。它一般由振子、动子(或转子)及预压紧机构组成，其中振子通常由压电陶瓷片或压电陶瓷片与金属弹性体复合而成。
常见的复合振动模式的直线超声电机皆利用矩形振子的第一阶伸缩振动模态和第二阶弯曲振动模态，使其在突起物的端部的质点做椭圆运动，但利用第一阶伸缩和第二阶弯曲振动模态的直线超声电机，其矩形振子结构形状必须满足必要的尺寸条件，以使第一阶伸缩振动和第二阶弯曲振动的频率一致，增加了设计的难度，尤其在电机的结构体积有严格要求的场合，该电机的应用也受到了限制。
发明内容
本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单，便于安装，工作可靠的正方形振子面内复合模态直线超声电机。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：本正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座，动子可移动的安装于滑座上，振子包括正方形的金属弹性板、正方形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性板和压电陶瓷片的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接触，振子的顶面与预紧机构接触。
所述金属弹性板和压电陶瓷片粘贴固定，在金属弹性板和压电陶瓷片的一个侧面的中间位置粘贴固定拨齿。
所述振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔。
所述通孔为圆形或者正方形。
所述动子为直线滑轨。
所述预紧机构包括预紧螺钉、挡板、两个弹簧和调整块，振子的顶面与调整块的底面接触，调整块的顶面有两个柱体，两个弹簧套于两个柱体，挡板盖于弹簧上端，预紧螺钉安装于机架的上盖板并与挡板接触。
所述机架内通过螺柱固定设有振子导向座，振子放置于振子导向座内。
所述压电陶瓷片的上、下表面皆涂有供极化和激励用的电极，上表面的电极沿正方形的两条中心线分为四个对称的极化区，相邻的两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向正向极化，另外两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向反向极化，下表面的电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板。
所述电极为镀银电极。
所述四个极化区中，对角的两个极化区连接sinωt激励信号线，另外两个极化区连接cosωt激励信号线，下表面连接公共地线。
本发明正方形振子面内复合模态直线超声电机的工作原理如下：
振子的拨齿与动子接触，通过预紧螺钉和弹簧调整预紧力。利用压电陶瓷片的d31效应，振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出振子同频或近频、相位差为90度的弯弯复合振动，弯弯复合振动在拨齿微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过预紧螺钉和弹簧调整拨齿和动子的接触预紧力，进而使动子在接触预紧力作用下，依靠摩擦传动产生所需的直线运动。通过改变相位实现动子的正反向运动。
本发明相对于现有技术具有如下的优点：
一、电机设计容易：由于正方形振子X、Y向的全对称结构，绕X轴弯曲振动和绕Y轴的弯曲振动的频率相同或相近，不需特殊的长宽比以获取频率的一致，仅通过改变正方形的压电陶瓷片和正方形的金属弹性板的边长或它们的厚度，容易使面内弯弯振动的共振频率达到预期值，以便能在预期频率下同时产生弯弯共振；
二、电机结构简单紧凑、薄型、组装方便，由于振子为金属弹性板和压电陶瓷片固定连接及拨齿，避免现有的单纯压电陶瓷振子脆裂的问题，工作可靠性增加。直接实现动子的直线运动，使传动***体积更小、正反向运动切换灵活、性能一致，可广泛应用于仪器仪表、信息产业、国防及医学等领域。
三、振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔，以提高拨齿振动幅度，振动效果更好，电机性能更佳。
附图说明
图1是本发明的一种正方形振子面内复合模态直线超声电机的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是图1的B-B剖视图。
图4是图1的振子的仰视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2和图3所示的正方形振子面内复合模态直线超声电机，包括机架1、输出力的动子2、激励超声振动的振子3和施加预压力的预紧机构，动子2为直线滑轨，机架1内固定有滑座11，动子2可移动的安装于滑座11上，振子3包括正方形的金属弹性板30、正方形的压电陶瓷片31和拨齿32，金属弹性板30和压电陶瓷片31粘贴固定，在金属弹性板30和压电陶瓷片31的侧面的中间位置粘贴固定拨齿32，拨齿32与动子2接触，振子3的顶面与预紧机构接触。机架1内通过螺柱8固定设有振子导向座9，振子3放置于振子导向座9内。
预紧机构包括预紧螺钉4、挡板5、两个弹簧6和调整块7，振子3的顶面与调整块7的底面接触，调整块7的顶面有两个柱体70，两个弹簧6套于两个柱体70，挡板5盖于弹簧6上端，预紧螺钉4安装于机架1的上盖板10并与挡板5接触。
振子3的金属弹性板30和压电陶瓷片31的中心开有一个圆形通孔33，以提高拨齿32振动幅度，振动效果更好，电机性能更佳。
压电陶瓷片31的上、下表面皆涂有供极化和激励用的镀银电极，上表面的镀银电极沿正方形的两条中心线分为四个对称的极化区，相邻的两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向正向极化，另外两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向反向极化，下表面的镀银电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板30。四个极化区中，对角的两个极化区连接sinωt激励信号线，另外两个极化区连接cosωt激励信号线，下表面连接公共地线。振子3的金属弹性板30和压电陶瓷片31的中心开有一个通孔33，振幅更大，振动效果更好。
本电机的工作原理：振子3的拨齿32与动子2接触，通过预紧螺钉4和弹簧6调整预紧力。利用压电陶瓷片的d31效应，振子3在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出振子3同频或近频、相位差为90度的弯弯复合振动，弯弯复合振动在拨齿32微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过预紧螺钉4和弹簧6调整拨齿32和动子2的接触预紧力，进而使动子2在接触预紧力作用下，依靠摩擦传动产生所需的直线运动。通过改变相位实现动子2的正反向运动。
整机安装时，先将动子2安装于机架1上，通过螺柱8将振子导向座9固定于机架1上，将装配好的振子3沿振子导向座9装入，然后依次装入调整块7、弹簧6、挡板5和预紧螺钉4，通过预紧螺钉4施加预紧力，当接线端子接入适当的外激励信号源，即可使振子3正常工作。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：包括机架、动子、振子和预紧机构，所述预紧机构包括预紧螺钉、挡板、两个弹簧和调整块，振子的顶面与调整块的底面接触，调整块的顶面有两个柱体，两个弹簧套于两个柱体，挡板盖于弹簧上端，预紧螺钉安装于机架的上盖板并与挡板接触；
机架内固定有滑座，动子可移动的安装于滑座上，振子包括正方形的金属弹性板、正方形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性板和压电陶瓷片的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接触；
所述压电陶瓷片的上、下表面皆涂有供极化和激励用的电极，上表面的电极沿正方形的两条中心线分为四个对称的极化区，相邻的两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向正向极化，另外两个极化区沿压电陶瓷片厚度方向反向极化，下表面的电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板。
2.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述金属弹性板和压电陶瓷片粘贴固定，在金属弹性板和压电陶瓷片的一个侧面的中间位置粘贴固定拨齿。
3.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔。
4.根据权利要求3所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述通孔为圆形或者正方形。
5.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述动子为直线滑轨。
6.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述机架内通过螺柱固定设有振子导向座，振子放置于振子导向座内。
7.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述电极为镀银电极。
8.根据权利要求1所述的正方形振子面内复合模态直线超声电机，其特征在于：所述四个极化区中，对角的两个极化区连接sinωt激励信号线，另外两个极化区连接cosωt激励信号线，下表面连接公共地线。
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