CN102437786A - 贴片式正方形四足旋转超声电机振子 - Google Patents

Abstract

贴片式正方形四足旋转超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有方形旋转超声电机振子存在的构型复杂、难于实现微型化、对加工和装配精度要求苛刻等问题。本发明的贴片式正方形四足旋转超声电机振子包括方形金属基体和二十片纵振压电陶瓷片，方形金属基体是由四个梁、八个变幅杆、四个驱动足、四个薄壁梁和法兰构成的一体件；每个梁的两个端面各设置有一个变幅杆共同构成复合梁，四个复合梁按照方形布置，驱动足设置在相交的两个变幅杆的末端，每个梁内侧面中心位置均设置有一个薄壁梁，法兰固定在四个薄壁梁的末端；纵振压电陶瓷片通过粘结方式与梁的四个侧面固定连接；所述四个驱动足的中心分别位于四个复合梁的轴线相互交叉所构成的正方形的四个角点上。本发明可以应用到超声电机制作领域。

Description

贴片式正方形四足旋转超声电机振子

技术领域

本发明涉及到一种贴片式正方形四足旋转超声电机振子，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。

公开日为2010年1月20日、公开号为CN101630925A、发明名称为“方形旋转超声电机振子”的专利申请，它首次提出了一种封闭方形结构的夹心式旋转型超声电机新构型，通过四个同样的纵振换能器实现四个驱动足处椭圆轨迹振动的激励，实现了纵振能量的高效利用；但是，采用螺柱预紧使得该振子结构较为复杂、难于实现微型化，并且该振子对装配精度和各个零部件加工精度要求极高，在加工和装配精度无法达到要求时会导致振子内部存在较大内应力、压电陶瓷预压力施加不均匀等问题的存在，从而导致振子无法正常工作。

发明内容

为了解决现有方形旋转超声电机振子存在的构型复杂、难于实现微型化、对加工和装配精度要求苛刻等问题，本发明提供了一种贴片式正方形四足旋转超声电机振子。

贴片式正方形四足旋转超声电机振子，包括正方形金属基体和二十片纵振压电陶瓷片；正方形金属基体包括四个梁、八个变幅杆、四个驱动足、四个薄壁梁和法兰，四个梁的结构完全相同，所述梁是截面为矩形的四棱柱体；八个变幅杆的结构完全相同，所述变幅杆是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体；每个梁的两个端面各设置有一个变幅杆共同构成复合梁，四个复合梁组成正方形结构；相邻两个复合梁之间通过一个驱动足连接；每个梁的内侧面中心位置均设置有一个薄壁梁，所述每个薄壁梁均与该薄壁梁所对应的复合梁垂直；法兰通过四个薄壁梁的与四个复合梁固定连接；每个梁的外侧面、上侧面和下侧面各设置有一片纵振压电陶瓷片，每个梁的内侧面在薄壁梁两侧对称设置有两片纵振压电陶瓷片。

本发明的贴片式正方形四足旋转超声电机振子采用一体化的方形金属基体与压电陶瓷粘结的方式进行激励，由于舍弃了螺柱预紧方式，使得结构得到极大简化，便于实现振子的微型化，也极大程度的简化了加工和装配工艺；金属基体的一体化结构避免了螺柱预紧方式中振子内部存在内应力的问题，金属基体与压电陶瓷之间所采用的粘结方式则避免了压电陶瓷预压力施加不均匀的问题。因此，本发明的贴片式方形四足旋转超声电机振子成功的克服了方形旋转超声电机振子构型复杂、难于实现微型化、对加工和装配精度要求苛刻等问题。

本发明的贴片式正方形四足旋转超声电机振子中的压电陶瓷片采用幅值相等、频率为振子自身谐振频率、相位差为+90°的两相交流电压信号激励(轴线相互平行的两个复合梁上的压电陶瓷采用同一相电压进行激励)，利用压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励出两个振动模态(振子的两个振动模态如图4和图5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。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。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。

本发明的贴片式正方形四足旋转超声电机振子具有结构简单、设计灵活、易于实现微型化、加工和装配简单、可系列化生产的优点。

附图说明

图1是本发明所述的贴片正方方形四足旋转超声电机振子的俯视图，图2是图1所示的振子的立体结构示意图，图3是图1所示的振子中正方形金属基体1的立体结构示意图，图4和图5是图1所示的振子的两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3说明本实施方式，本实施方式所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子，它包括正方形金属基体1和二十片纵振压电陶瓷片2；正方形金属基体1包括四个梁1-1、八个变幅杆1-2、四个驱动足1-3、四个薄壁梁1-4和法兰1-5，四个梁1-1的结构完全相同，所述梁1-1是截面为矩形的四棱柱体；八个变幅杆1-2的结构完全相同，所述变幅杆1-2是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体；每个梁1-1的两个端面各设置有一个变幅杆1-2共同构成复合梁1-6，四个复合梁1-6组成正方形结构；相邻两个复合梁1-6之间通过一个驱动足1-3连接；每个梁1-1的内侧面中心位置均设置有一个薄壁梁1-4，所述每个薄壁梁1-4均与该薄壁梁1-4所对应的复合梁1-6垂直；法兰1-5通过四个薄壁梁1-4的与四个复合梁1-6固定连接；每个梁1-1的外侧面、上侧面和下侧面各设置有一片纵振压电陶瓷片2，每个梁1-1的内侧面在薄壁梁1-4两侧对称设置有两片纵振压电陶瓷片2。

所述四个驱动足1-3的中心分别位于四个复合梁1-6的轴线相互交叉所构成的正方形的四个角点上，保证四个驱动足和圆筒型转子内表面同时接触。

本实施方式的贴片式方形四足旋转超声电机振子在应用的时候，正方形金属基体1与驱动电源的公共端连接，水平设置的两个梁1-1上所固定的十片纵振压电陶瓷片2的外侧电极面均与一相驱动信号连接，竖直设置的两个梁1-1上所固定的十片纵振压电陶瓷片2的外侧电极面均与另外一相驱动信号连接。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子的区别在于，所述由四个梁1-1、八个变幅杆1-2、四个驱动足1-3、四个薄壁梁1-4和法兰1-5组成的正方形金属基体1为一体件。

本实施方式，可简化加工和装配工艺、保证加工精度。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子的区别在于，每个驱动足1-3与变幅杆1-2连接的端面与该变幅杆1-2末端的端面形状相同。

本实施方式与具体实施方式一所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子的区别在于，纵振压电陶瓷片2通过粘结方式与梁1-1固定连接；所有纵振压电陶瓷片2沿厚度方向极化。

参见图4和图5所示，是本发明所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子的两个基本振动模态振型示意图。

Claims (4)

1.贴片式正方形四足旋转超声电机振子，它包括正方形金属基体(1)和二十片纵振压电陶瓷片(2)；其特征是：正方形金属基体(1)包括四个梁(1-1)、八个变幅杆(1-2)、四个驱动足(1-3)、四个薄壁梁(1-4)和法兰(1-5)，四个梁(1-1)的结构完全相同，所述梁(1-1)是截面为矩形的四棱柱体；八个变幅杆(1-2)的结构完全相同，所述变幅杆(1-2)是截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体；每个梁(1-1)的两个端面各设置有一个变幅杆(1-2)共同构成复合梁(1-6)，四个复合梁(1-6)组成正方形结构；相邻两个复合梁(1-6)之间通过一个驱动足(1-3)连接；每个梁(1-1)的内侧面中心位置均设置有一个薄壁梁(1-4)，所述每个薄壁梁(1-4)均与该薄壁梁(1-4)所对应的复合梁(1-6)垂直；法兰(1-5)通过四个薄壁梁(1-4)的与四个复合梁(1-6)固定连接；每个梁(1-1)的外侧面、上侧面和下侧面各设置有一片纵振压电陶瓷片(2)，每个梁(1-1)的内侧面在薄壁梁(1-4)两侧对称设置有两片纵振压电陶瓷片(2)。

2.根据权利要求1所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子，其特征在于所述由四个梁(1-1)、八个变幅杆(1-2)、四个驱动足(1-3)、四个薄壁梁(1-4)和法兰(1-5)组成的正方形金属基体(1)为一体件。

3.根据权利要求1所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子，其特征在于每个驱动足(1-3)与变幅杆(1-2)连接的端面与该变幅杆(1-2)末端的端面形状相同。

4.根据权利要求1所述的贴片式正方形四足旋转超声电机振子，其特征在于所述纵振压电陶瓷片(2)通过粘结方式与梁(1-1)固定连接；所有纵振压电陶瓷片(2)沿厚度方向极化。

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