CN104485837B - 一种复合振子驻波超声电机及其激励方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合振子驻波超声电机及其激励方法，属于超声电机技术领域，包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源，每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片；所述驱动足为一圆环片状结构；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧。其激励时在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号，所述A、B两相电压激励信号为等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差，本发明可获得较高机械品质因数，换能器仅有一个，可同时激发两个模态，结构紧凑，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声电机及其电激励方法，属于超声电机技术领域。
背景技术
朗之万压电换能器在超声器件中应用广泛，例如，定位装置、微操纵***、机器人等。朗之万压电换能器由压电陶瓷、金属配重和预紧螺钉组成，具有高机械品质因数、低阻抗和易于夹持的特点。
当在压电陶瓷中施加频率为换能器共振频率的交变电场时，朗之万压电换能器由压电陶瓷的d33效应激发出纵振。由于钛酸钡压电陶瓷的压电常数d33大于d31，利用d33效应的压电作动器比利用d31效应的压电作动器具有更高的效率。在预紧螺钉所施加的预应力作用下，压电陶瓷工作时始终处于压应力作用下，因此，换能器组件的声传导更高效，同时提升了机械品质因数。这使朗之万换能器适用于大功率超声器件的需求。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、大推重比、高精度、快响应的直线超声电机。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种复合振子驻波超声电机，包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；且第一、第二配重均为中空结构；所述第一配重沿圆柱轴线设有光孔，而第二配重沿圆柱轴线设有螺纹孔，且所述第一、第二配重的圆柱面上均设置有夹持结构；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源；所述驱动足为一圆环片状结构，且该圆环外侧具有外延结构，该外延结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，且在该平面上设有第二突起；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧。
优选的：所述夹持结构为第一、第二配重的圆柱面上设置的第一突起，且所述第一突起上设有安装孔。
优选的：每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片交替设置，且所述电极片分别位于压电陶瓷片两个环面上且圆心重合，同时所述压电陶瓷片的极化方向两两相对。
优选的：驱动足外延结构端面上的突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。
一种复合振子驻波超声电机的激励方法，在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号，所述A、B两相电压激励信号为等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差。
优选的：第一、第二压电激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为A、B两相。
优选的：在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号的情况下，驱动足外延结构端面上的第二突起发生椭圆轨迹振动。
本发明提供的一种复合振子驻波超声电机及其激励方法，相比现有技术，具有以下有益效果：压电陶瓷夹心结构布置可获得较高机械品质因数，换能器仅有一个，可同时激发两个模态，结构紧凑，效率高。
附图说明
图1为复合振子驻波超声电机结构的示意图；
图2为复合振子驻波超声电机激励方式示意图；
图3为压电陶瓷极化方向示意图；
图4为驱动转子转动驱动示意图；
图5为驱动动子输出直线运动示意图；
其中，1-压电换能器；2-夹持结构；3-驱动足；4-转子；5-定子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种复合振子驻波超声电机，如图1所示，包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；且第一、第二配重均为中空结构；所述第一配重沿圆柱轴线设有光孔，而第二配重沿圆柱轴线设有螺纹孔，且所述第一、第二配重的圆柱面上均设置有夹持结构；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源；所述驱动足为一圆环片状结构，且该圆环外侧具有外延结构，该外延结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，且在该平面上设有第二突起；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧。
所述夹持结构为第一、第二配重的圆柱面上设置的第一突起，且所述第一突起上设有安装孔。
每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片交替设置，且所述电极片分别位于压电陶瓷片两个环面上且圆心重合，同时所述压电陶瓷片的极化方向两两相对。
驱动足外延结构端面上的突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。
一种复合振子驻波超声电机的激励方法，在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号，所述A、B两相电压激励信号为等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差。
第一、第二压电激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为A、B两相。
在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号的情况下，驱动足外延结构端面上的第二突起发生椭圆轨迹振动。
下面给出本发明的一个具体实例对本发明进行说明。
一种复合振子驻波超声电机，如图1，由杆状夹心结构压电换能器(1)、夹持结构(2)和驱动足(3)组成；两个杆状夹心结构压电换能器(1)并列布置，中间经拱形梁结构(2)和T形架(3)连接成一体，拱形结构中部设有突起，T形架位于拱形梁结构两侧对称布置。
如图1，由圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉组成；所述圆柱配重有两个，都是中空结构，其中一个沿圆柱轴线设有光孔，另一个设有螺纹孔，设有螺纹孔的配重有一端设有圆环状突起，两个配重的圆柱面上设有相同的突起，突起上设有安装孔；所述两组压电激振源每组由5片电极片和4片压电陶瓷构成，陶瓷片的极化方向两两相对，电极片分别位于陶瓷片两个环面上且圆心重合；驱动足为一圆环片状结构，且圆环外侧具有外延结构，该结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，平面上设有突起；螺钉依次贯穿设有光孔的配重、激振源、驱动足和激振源，并旋紧在设有螺纹孔的配重上，两个配重圆柱面上的突起并列布置且位于驱动足外延结构的相对侧。
复合振子驻波超声电机的激励方式如图2：在压电换能器两组压电陶瓷上分别施加Usinωt、Ucosωt两相电压激励信号。压电换能器在两相电压激励信号激励下，在驱动足中部的突起发生椭圆轨迹振动。
压电换能器由配重、驱动足、螺钉、压电陶瓷和电极片组成。配重有两个，分别为带通孔圆柱体经螺钉连接成一体，螺钉通过位于正中通孔；所述两个配重上所设通孔一个为螺纹孔，另一个为光孔；所述驱动足两侧与两组压电陶瓷相邻。驱动足为片状结构，其外形为圆环外接等腰梯形，梯形较长的底边为圆环的直径，两腰分别与圆环相切，较短的底中部设有凸起，该部分与所驱动构件直接相触。压电陶瓷为环状，其直径与配重外圆直径相同，内径与配重正中的通孔相同。电极片为软质导电金属，与压电陶瓷具有相同的环状外形，并在外环设有突起，用于连接通电引线。8片压电陶瓷和10片电极片组成2组相同的激振源，每组激振源由5片电极片和4片压电陶瓷构成，陶瓷片的极化方向两两相对，电极片分别位于陶瓷片两个环面上且圆心重合，如图3。两组激振源位于驱动足的两侧，且压电陶瓷和电极片组合成激振源的中心轴线与配重上通孔的轴线重合，两个配重分别位于两组激振源外侧，且配重上通孔与两组激振源中心轴线重合，螺钉分别贯穿配重上的光孔、两组激振源中心驱动足上光孔并旋入另一个配重上的螺纹孔中。
如图2，所述组两激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为Usinωt、Ucosωt两相。
按图2方式给两组压电单元施加电压激励，驱动足中部的突起将以椭圆轨迹振动，将该突起以一定的力压在另一物体表面，将产生单向摩擦力。
如图4所示，通过所述的驱动足中部突起的振动引起与之接触的转子(4)转动。
如图5所示，通过所述的驱动足中部突起的振动引起与之接触的动子(5)平动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种复合振子驻波超声电机，其特征在于：包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；且第一、第二配重均为中空结构；所述第一配重沿圆柱轴线设有光孔，而第二配重沿圆柱轴线设有螺纹孔，且所述第一、第二配重的圆柱面上均设置有夹持结构；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源；所述驱动足为一圆环片状结构，且该圆环外侧具有外延结构，该外延结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，且在该平面上设有第二突起；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧；每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片交替设置，且所述电极片分别位于压电陶瓷片两个环面上且圆心重合，同时所述压电陶瓷片的极化方向两两相对。
2.根据权利要求1所述的复合振子驻波超声电机，其特征在于：所述夹持结构为第一、第二配重的圆柱面上设置的第一突起，且所述第一突起上设有安装孔。
3.根据权利要求1所述的复合振子驻波超声电机，其特征在于：驱动足外延结构端面上的突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。
4.一种如权利要求1所述的复合振子驻波超声电机的激励方法，其特征在于：在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号，所述A、B两相电压激励信号为等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差。
5.根据权利要求4所述的复合振子驻波超声电机的激励方法，其特征在于：第一、第二压电激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为A、B两相。
6.根据权利要求4所述的复合振子驻波超声电机的激励方法，其特征在于：在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号的情况下，驱动足外延结构端面上的第二突起发生椭圆轨迹振动。
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