CN103762886B - 夹心式t型双足直线压电超声电机振子 - Google Patents

Abstract

夹心式T型双足直线压电超声电机振子，属于压电超声电机领域，本发明为解决现有T型直线超声电机振子存在振动能量闲置浪费、驱动方法复杂以及存在振动耦合的问题。本发明包括竖直梁、2n片压电陶瓷片、两个变幅杆和2n片电极片，其中，n为大于等于2的偶数；竖直梁左右两个侧面各设置有一个螺柱，且两个螺柱同轴，变幅杆为截面逐渐变细的块体；每个螺柱上均套装有n片压电陶瓷片，两个变幅杆通过其大端面的螺纹孔分别旋合在两个螺柱上，实现对压电陶瓷片的紧固；在相邻两片压电陶瓷片之间、压电陶瓷片与变幅杆之间均设置有电极片；所有压电陶瓷片均沿螺柱轴线方向极化，且相邻两片压电陶瓷片极化方向相反。本发明用于压电超声电机中。

Description

夹心式T型双足直线压电超声电机振子

技术领域

本发明涉及一种夹心式T型双足直线压电超声电机振子，属于压电超声电机领域。

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，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。

公开日为2010年1月20日、公开号为CN101630924、发明名称为“T型直线超声电机振子”的专利申请，他首次提出了一种T型单足直线压电超声电机振子，采用水平夹心换能器和竖直夹心换能器纵向振动的复合实现了驱动足处椭圆轨迹振动的高效激励，具有机电耦合效率高、可实现大推力输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点；但是，其三个后端盖处的振动能量并没有用于致动输出，存在振动能量的闲置浪费问题；此外，该电机需要采用两相交流电压进行激励，竖直换能器用于实现驱动足处竖直方向振动的激励，水平换能器用于实现驱动足处水平方向振动的激励，激励方法较为复杂，驱动电源也较为复杂，竖直换能器和水平换能器上均产生的明显的耦生弯振，振动耦合现象十分明显。

发明内容

本发明目的是为了解决现有T型直线超声电机振子存在振动能量闲置浪费、驱动方法复杂以及存在振动耦合的问题，提供了一种夹心式T型双足直线压电超声电机振子。

本发明所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子，它包括竖直梁、2n片压电陶瓷片、两个变幅杆和2n片电极片，其中，n为大于等于2的偶数；所述竖直梁左右两个侧面各设置有一个螺柱，且两个螺柱同轴，所述变幅杆为截面逐渐变细的块体；所述每个螺柱上均套装有n片压电陶瓷片，两个变幅杆通过其大端面的螺纹孔分别旋合在两个螺柱上，实现对压电陶瓷片的紧固；在相邻两片压电陶瓷片之间、压电陶瓷片与变幅杆之间均设置有电极片；所有压电陶瓷片均沿螺柱轴线方向极化，且相邻两片压电陶瓷片极化方向相反。

本发明的优点：本发明的夹心式T型双足直线压电超声电机振子在工作时只采用单相交流电压信号进行激励，激励方法十分简单，通过压电陶瓷片的伸缩振动实现压电金属复合梁的纵向振动的激励；实际工作时，竖直梁的下端和外部基座固定连接，使得本发明中的振子中复合梁的纵向振动的振型（参见图4）相对于自由梁纵向振动振型（参见图5）产生了明显的变化。对于自由梁纵向振动而言，变幅杆末端的振动位移为沿梁轴线方向；而对于本发明中的振子中复合梁的纵向振动而言，由于竖直梁采用了固定的边界条件，变幅杆末端的振动位移不仅有轴向分量，同时有横向分量；变幅杆末端的横向分量可以用于推动动子实现直线运动输出，轴向分量则用来克服动子和振子之间的预压力（参见图5）。

本发明的超声电机振子的两侧变幅杆都可以用于致动输出，能量利用率高，不存在振动能量的闲置浪费问题；此外，只采用一个水平梁的纵向振动实现了变幅杆末端斜线轨迹振动的激励，不存在振动耦合问题，有利于提高能量的转换效率，也使得结构得到了很大程度上的简化，加工装配也十分简单；变幅杆采用变截面设计可以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。

本发明的夹心式T型双足直线压电超声电机振子通过采用固定边界条件的方法实现了单纵振换能器双侧驱动足直线致动输出的功能，结构简单，加工装配十分简便，激励方法简单，能量利用率高，且易于实现系列化生产。

附图说明

图1是本发明所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子的结构示意图，其中n为2；

图2是本发明所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子的俯视剖面图；

图3是压电陶瓷片的极化方向示意图；

图4是本发明所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子工作时所利用的振动模态的振型图；

图5是自由边界条件下压电换能器纵向振动模态的振型图；

图6是本发明所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子工作时驱动动子实现直线运动的工作原理示意图，A表示动子，a表示水平方向，b表示竖直方向，c表示动子运动方向，d表示预压力。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子，它包括竖直梁1、2n片压电陶瓷片2、两个变幅杆3和2n片电极片4，其中，n为大于等于2的偶数；所述竖直梁1左右两个侧面各设置有一个螺柱1-1，且两个螺柱1-1同轴，所述变幅杆3为截面逐渐变细的块体；所述每个螺柱1-1上均套装有n片压电陶瓷片2，两个变幅杆3通过其大端面的螺纹孔分别旋合在两个螺柱1-1上，实现对压电陶瓷片2的紧固；在相邻两片压电陶瓷片2之间、压电陶瓷片2与变幅杆3之间均设置有电极片4；所有压电陶瓷片2均沿螺柱1-1轴线方向极化，且相邻两片压电陶瓷片2极化方向相反。

本实施方式的夹心式T型双足直线压电超声电机振子在应用的时候，从竖直梁1起左侧的偶数个电极片4以及右侧的偶数个电极片4均与驱动电源的公共端连接，从竖直梁1起左侧的奇数个电极片以及右侧的奇数个电极片均与驱动信号连接。

具体实施方式二：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述竖直梁1和两个螺柱1-1为一体件。

本实施方式中，竖直梁1和两个螺柱1-1为一体件用于简化加工与装配工艺。

具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述压电陶瓷片2、变幅杆3的横截面为方形，且压电陶瓷片2的横截面与变幅杆3大端横截面相等。

本实施方式中，压电陶瓷片2的横截面与变幅杆3大端横截面相等，有利于纵向振动的高效激励。

具体实施方式四：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述压电陶瓷片2、变幅杆3的横截面为圆形，且压电陶瓷片2的横截面与变幅杆3大端横截面相等。

Claims (4)

1.夹心式T型双足直线压电超声电机振子，它包括竖直梁(1)、2n片压电陶瓷片(2)、两个变幅杆(3)和2n片电极片(4)，其中，n为大于等于2的偶数；

所述竖直梁(1)左右两个侧面各设置有一个螺柱(1-1)，且两个螺柱(1-1)同轴，所述变幅杆(3)为截面逐渐变细的块体；所述每个螺柱(1-1)上均套装有n片压电陶瓷片(2)，两个变幅杆(3)通过其大端面的螺纹孔分别旋合在两个螺柱(1-1)上，实现对压电陶瓷片(2)的紧固；在相邻两片压电陶瓷片(2)之间、压电陶瓷片(2)与变幅杆(3)之间均设置有电极片(4)；所有压电陶瓷片(2)均沿螺柱(1-1)轴线方向极化，且相邻两片压电陶瓷片(2)极化方向相反；

其特征在于，该电机振子采用单相交流电压信号进行激励，竖直梁(1)的下端与外部基座固定连接；竖直梁(1)采用固定的边界条件，变幅杆(3)小端面的振动位移包括轴向分量和横向分量，横向分量用于推动动子实现直线运动输出，轴向分量用于克服动子和振子之间的预压力。

2.根据权利要求1所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子，其特征在于，所述竖直梁(1)和两个螺柱(1-1)为一体件。

3.根据权利要求1所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)、变幅杆(3)的横截面为方形，且压电陶瓷片(2)的横截面与变幅杆(3)大端横截面相等。

4.根据权利要求1所述夹心式T型双足直线压电超声电机振子，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)、变幅杆(3)的横截面为圆形，且压电陶瓷片(2)的横截面与变幅杆(3)大端横截面相等。