CN103746601A - 贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子 - Google Patents

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刘英想
陈维山
冯培连
刘军考
石胜君
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Abstract

贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。解决了现有夹心换能器式圆筒型行波超声电机定子中存在的加工装配复杂、难于实现微型化以及纵向振动和弯曲振动单独激励带来的问题。它包括圆筒、变幅杆悬臂梁和两片压电陶瓷片，所述变幅杆为截面逐渐变细的块体，变幅杆的小端面与圆筒的外表面固定连接，悬臂梁的一个端面与变幅杆的大端面固定连接，悬臂梁和变幅杆的中心轴线均通过圆筒的中心，圆筒内表面均匀分布多个梳状驱动齿；圆筒、变幅杆、悬臂梁和梳状驱动齿为一体件；在悬臂梁的左右两个侧面分别固定有一片压电陶瓷片，且两片压电陶瓷片均沿厚度方向极化。本发明应用到超声电机制作领域。

Description

贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子
技术领域
本发明涉及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。
公开日为2008年9月10日，公开号为CN10126212186A的发明专利中的纵弯夹心换能器式圆筒定子存在加工装配复杂、难于实现微型化以及纵向振动和弯曲振动单独激励带来的问题。
发明内容
本发明是为了解决现有夹心换能器式圆筒型行波超声电机定子中存在的加工装配复杂、难于实现微型化以及纵向振动和弯曲振动单独激励带来的问题，本发明提供了一种贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子。
贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子，它包括圆筒、变幅杆悬臂梁和两片压电陶瓷片，所述变幅杆为截面逐渐变细的块体，变幅杆的小端面与圆筒的外表面固定连接，
悬臂梁的一个端面与变幅杆的大端面固定连接，
悬臂梁和变幅杆的中心轴线均通过圆筒的中心，
圆筒内表面均匀分布多个梳状驱动齿；
圆筒、变幅杆、悬臂梁和梳状驱动齿为一体件；
在悬臂梁的左右两个侧面分别固定有一片压电陶瓷片，且两片压电陶瓷片均沿厚度方向极化。
所述两片压电陶瓷片在空间上相对平行设置。
本发明所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子在具体应用过程中，采用两相在时间上具有一定相位差（非0度且非180度）的交流电压信号进行激励，悬臂梁与驱动电源的公共端连接，两片压电陶瓷片的外表面分别与两相驱动信号连接；进而通过两片压电陶瓷片具有一定相位差的伸缩振动实现由变幅杆、悬臂梁和两片压电陶瓷片组成的压电金属复合梁的纵向振动和弯曲振动的复合激励；压电金属复合梁的纵向振动会在圆筒定子中激励出一列径向弯曲振动驻波，压电金属复合梁的弯曲振动会在圆筒定子中激励出另一列径向弯曲振动驻波，最终通过两列驻波的叠加在圆筒中形成弯曲振动行波，实现圆筒内表面梳状驱动齿处椭圆轨迹振动的激励，进一步通过梳状驱动齿和转子之间的摩擦耦合实现了旋转制动输出。
两片压电陶瓷片同时承担了压电金属复合梁纵向振动激励和弯曲振动激励的任务，使得结构得到了很大程度上的简化，加工装配也十分简单。
变幅杆均采用径向截面渐变的设计起到振动能量的聚敛作用，可提高梳状驱动齿表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。
本发明的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子采用贴片结构，结构简单，加工装配十分简便，对零件加工精度要求较低，且易于实现微型化和集成化。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子的结构示意图；
图2为图1的所示的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子的俯视图；
图3为图1中所示的压电陶瓷片的极化方向示意图；
图4为图1所示贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子工作时，利用压电金属复合梁纵向振动激励圆筒，圆筒径向弯曲振动模态的振型图；
图5为图1所示贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子工作时，利用压电金属复合梁弯曲振动激励圆筒，圆筒径向弯曲振动模态的振型图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子，它包括圆筒1-1、变幅杆1-2、悬臂梁1-3和两片压电陶瓷片2，所述变幅杆1-2为截面逐渐变细的块体，变幅杆1-2的小端面与圆筒1-1的外表面固定连接，
悬臂梁1-3的一个端面与变幅杆1-2的大端面固定连接，
悬臂梁1-3和变幅杆1-2的中心轴线均通过圆筒1-1的中心，
圆筒1-1内表面均匀分布多个梳状驱动齿1-4；
圆筒1-1、变幅杆1-2、悬臂梁1-3和梳状驱动齿1-4为一体件；
在悬臂梁1-3的左右两个侧面分别固定有一片压电陶瓷片2，且两片压电陶瓷片2均沿厚度方向极化。
本实施方式中，本发明所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子在具体应用过程中，采用两相在时间上具有一定相位差非0度且非180度的交流电压信号进行激励，悬臂梁1-3与驱动电源的公共端连接，两片压电陶瓷片2的外表面分别与两相驱动信号连接；进而通过两片压电陶瓷片2具有一定相位差的伸缩振动实现由变幅杆1-2、悬臂梁1-3和两片压电陶瓷片2组成的压电金属复合梁的纵向振动和弯曲振动的复合激励；
压电金属复合梁的纵向振动会在圆筒定子中激励出一列径向弯曲振动驻波，压电金属复合梁的弯曲振动会在圆筒定子中激励出另一列径向弯曲振动驻波，最终通过两列驻波的叠加在圆筒中形成弯曲振动行波，实现圆筒内表面梳状驱动齿处椭圆轨迹振动的激励，进一步通过梳状驱动齿和转子之间的摩擦耦合实现了旋转制动输出；
压电陶瓷片2的极化方向示意图，参见图3；贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子工作时，利用压电金属复合梁纵向振动激励圆筒，圆筒径向弯曲振动模态的振型，具体参见图4；贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子工作时，利用压电金属复合梁弯曲振动激励圆筒，圆筒径向弯曲振动模态的振型，具体参见图5；
两片压电陶瓷片2同时承担了压电金属复合梁纵向振动激励和弯曲振动激励的任务，使得结构得到了很大程度上的简化，加工装配也十分简单。
具体实施方式二：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子的区别在于，所述两片压电陶瓷片2在空间上相对平行设置。
本实施方式中，所述两片压电陶瓷片2在空间上相对平行设置，这样有利于纵向振动和弯曲振动的高效激励。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子的区别在于，所述变幅杆1-2为径向截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子的区别在于，所述的梳状驱动齿1-4与圆筒1-1中心轴线平行。

Claims (2)

1.贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子，它包括圆筒（1-1）、变幅杆（1-2）、悬臂梁（1-3）和两片压电陶瓷片（2），其特征在于，所述变幅杆（1-2）为截面逐渐变细的块体，变幅杆（1-2）的小端面与圆筒（1-1）的外表面固定连接，
悬臂梁（1-3）的一个端面与变幅杆（1-2）的大端面固定连接，
悬臂梁（1-3）和变幅杆（1-2）的中心轴线均通过圆筒（1-1）的中心，
圆筒（1-1）内表面均匀分布多个梳状驱动齿（1-4）；
圆筒（1-1）、变幅杆（1-2）、悬臂梁（1-3）和梳状驱动齿（1-4）为一体件；
在悬臂梁（1-3）的左右两个侧面分别固定有一片压电陶瓷片（2），且两片压电陶瓷片（2）均沿厚度方向极化。
2.根据权利要求1所述的贴片换能器式圆筒型行波压电超声电机振子，其特征在于，所述两片压电陶瓷片（2）在空间上相对平行设置。
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