CN101630925B - 方形旋转超声电机振子 - Google Patents

Abstract

方形旋转超声电机振子，涉及超声电机振子。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。它由四个前端盖、八对压电陶瓷片、四个法兰、四个预紧螺柱、绝缘套和电极片组成；所述前端盖包括两个变幅杆和一个驱动足，驱动足为圆柱，两个变幅杆正交布置，驱动足和两个变幅杆的小端面相连接，变幅杆和驱动足为一体件；预紧螺柱通过法兰中心处的方形孔贯穿法兰并通过两端的螺纹与相邻两个变幅杆的大端面端固定连接，在法兰和每个变幅杆之间的螺柱上套有一对压电陶瓷片。所述四个驱动足的体中心线分别通过四个预紧螺柱的轴线相互交叉所构成的方形的四个角点。本发明可以应用到超声电机制作领域。

Description

方形旋转超声电机振子

技术领域

本发明涉及一种超声电机振子，具体涉及旋转超声电机振子。

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，而提出的一种方形旋转超声电机振子。

方形旋转超声电机振子，它由四个前端盖、八对压电陶瓷片、四个法兰、四个预紧螺柱、八个绝缘套和八对电极片组成；四个前端盖的结构和形状均相同；所述前端盖由两个形状和规格均相同的变幅杆和一个驱动足组成，所述变幅杆为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆的大端面端的端面中心处有一个带内螺纹的盲孔，相邻的两个变幅杆上的螺纹孔的螺纹旋向相反，所述驱动足为圆柱，两个变幅杆的小端面端同时与驱动足的外圆周面相连接，所述两个变幅杆的中心轴线相互垂直，两个变幅杆正交布置，所述两个变幅杆和驱动足为一体件；所述预紧螺柱的中间为方形截面轴段，预紧螺柱两端为旋向相反的螺纹；所述法兰中心处设置有方形孔，预紧螺柱的方形截面轴段穿过法兰中心处的方形孔达到过盈配合，并通过两端的螺纹与相邻两个变幅杆的大端面端的盲孔螺纹啮合，在法兰和每个变幅杆之间的预紧螺柱上都套有一对压电陶瓷片；在变幅杆和压电陶瓷片之间、两个压电陶瓷片之间分别固定有电极片；在所述压电陶瓷片、电极片和预紧螺柱之间固定有绝缘套。

本发明的方形旋转超声电机振子具有结构简单、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。

本发明的工作原理：方形旋转超声电机振子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压电陶瓷片实现换能器的两个振动模态的激励，通过调整结构参数，实现振子两个振动模态特征频率的一致；变幅杆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。本发明的方形旋转超声电机振子中的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，驱动信号施加如图5所示，利用压电陶瓷片的纵向振动在振子中激励出两个振动模态两个振动模态如图6和图7所示，两个振动模态叠加在四个驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，当四个驱动足和圆筒型转子内表面接触时，通过驱动足和转子之间的摩擦耦合实现转子的宏观运动输出。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。四个驱动足同时参与驱动，可以成倍提高电机的机械输出能力，并且该振子充分利用了振动产生了能量，可提高输出效率。

附图说明

图1是本发明所述的方形旋转超声电机振子的剖视图，图2是图1所示的方形旋转超声电机振子的结构示意图，图3是压电陶瓷片2的极化方向示意图，图4是前端盖1的结构示意图，图5是振子的驱动信号施加示意图，图6是振子的一个基本振动模态振型示意图，图7是振子的另一个基本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4说明本实施方式，本实施方式由四个前端盖1、八对压电陶瓷片2、四个法兰3、四个预紧螺柱4、八个绝缘套5和八对电极片6组成；四个前端盖1的结构和形状均相同；所述前端盖1由两个形状和规格均相同的变幅杆1-1和一个驱动足1-2组成，所述变幅杆1-1为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆1-1的大端面端的端面中心处有一个带内螺纹的盲孔，相邻的两个变幅杆1-1上的螺纹孔的螺纹旋向相反，所述驱动足1-2为圆柱，两个变幅杆1-1的小端面端同时与驱动足1-2的外圆周面相连接，所述两个变幅杆的中心轴线相互垂直，两个变幅杆1-1正交布置，所述两个变幅杆1-1和驱动足1-2为一体件；所述预紧螺柱4的中间为方形截面轴段，预紧螺柱4两端为旋向相反的螺纹；所述法兰3中心处设置有方形孔，预紧螺柱4的方形截面轴段穿过法兰3中心处的方形孔达到过盈配合，并通过两端的螺纹与相邻两个变幅杆1-1的大端面端的盲孔螺纹啮合，在法兰3和每个变幅杆1-1之间的预紧螺柱4上都套有一对压电陶瓷片2；在变幅杆1-1和压电陶瓷片2之间、两个压电陶瓷片2之间分别固定有电极片6；在所述压电陶瓷片2、电极片6和预紧螺柱4之间固定有绝缘套5。本实施方式的方形旋转超声电机振子在应用的时候，驱动信号连接如图5所示，和前端盖1相邻的所有电极片6与驱动电源的公共端V₀连接，每对陶瓷片2中间的电极片6分别与驱动信号V₁和V₂连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述压电陶瓷片2中每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反。其他组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述压电陶瓷片2的横截面为方形或圆形。其他组成和连接方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于所述四个驱动足1-2的中心线分别通过四个预紧螺柱4的中心轴线相互交叉所构成的方形平面的四个角点，并垂直于所述方形平面。其他组成和连接方式与具体实施方式一相同。

Claims (4)

1.方形旋转超声电机振子，由四个前端盖(1)、八对压电陶瓷片(2)、四个法兰(3)、四个预紧螺柱(4)、八个绝缘套(5)和八对电极片(6)组成；四个前端盖(1)的结构和形状均相同；其特征在于所述前端盖(1)由两个形状和规格均相同的变幅杆(1-1)和一个驱动足(1-2)组成，所述变幅杆(1-1)为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，变幅杆(1-1)的大端面端的端面中心处有一个带内螺纹的盲孔，位于同一中心轴线上的相邻两个变幅杆(1-1)上的螺纹孔的螺纹旋向相反，所述驱动足(1-2)为圆柱，中心轴线相互垂直的相邻两个变幅杆(1-1)的小端面端的端面分别与驱动足(1-2)的外圆周面相连接，中心轴线相互垂直的相邻两个变幅杆(1-1)正交布置，中心轴线相互垂直的相邻两个变幅杆(1-1)和驱动足(1-2)为一体件；所述预紧螺柱(4)的中间为方形截面轴段，预紧螺柱(4)两端为旋向相反的螺纹；所述法兰(3)中心处为规格与预紧螺柱(4)中间方形截面轴段相匹配的方形孔，预紧螺柱(4)通过法兰(3)中心处的方形孔贯穿法兰(3)并通过两端的螺纹与位于同一中心轴线上的相邻两个变幅杆(1-1)的大端面端的盲孔螺纹啮合，在法兰(3)和每个变幅杆(1-1)之间的螺柱(4)上套有一对压电陶瓷片(2)；在变幅杆(1-1)和压电陶瓷片(2)之间、每对压电陶瓷片(2)的两个压电陶瓷片(2)之间分别固定有电极片(6)；在所述压电陶瓷片(2)、电极片(6)和预紧螺柱(4)之间固定有绝缘套(5)。

2.根据权利要求1所述的方形旋转超声电机振子，其特征在于所述法兰(3)两侧每对压电陶瓷片(2)中的两片压电陶瓷片的极化方向相反。

3.根据权利要求1所述的方形旋转超声电机振子，其特征在于所述压电陶瓷片(2)的横截面为方形或圆形。

4.根据权利要求1所述的方形旋转超声电机振子，其特征在于所述四个驱动足(1-2)的体中心线分别通过四个预紧螺柱(4)的中心轴线相互交叉所构成的方形的四个角点。

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