CN108880319A - 纵弯复合振动模式增材制造超声振子 - Google Patents
纵弯复合振动模式增材制造超声振子 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108880319A CN108880319A CN201810400410.3A CN201810400410A CN108880319A CN 108880319 A CN108880319 A CN 108880319A CN 201810400410 A CN201810400410 A CN 201810400410A CN 108880319 A CN108880319 A CN 108880319A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric ceramic
- vibration piezoelectric
- bending vibration
- groups
- ceramic piece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 80
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 52
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 9
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 claims description 9
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 8
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims 1
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 16
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 abstract description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 abstract description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
- H02N2/001—Driving devices, e.g. vibrators
- H02N2/003—Driving devices, e.g. vibrators using longitudinal or radial modes combined with bending modes
- H02N2/0035—Cylindrical vibrators
Landscapes
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了压电超声驱动技术领域的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，包括两组相对水平间隔分布的复合梁段，两组所述复合梁段的表面外侧和内侧分别设有纵振压电陶瓷片组和弯振压电陶瓷片组，两组所述复合梁段的相对端部之间固定夹持有工具头，所述复合梁段的外壁设有支撑座，激发超声振子在两个空间垂直平面内的同形模态，一方面增加了金属箔材与基板间的作用形式，能加强二者法向结合力和增大切向作用范围从而实现高效固结；另一方面，弯曲振动的激发能够使作用部位产生椭圆轨迹振动，实现推动超声振子转动的功能，利用作用部位的微幅椭圆振动推动砧板平动，从而实现切换固结区域的功能。
Description
技术领域
本发明涉及压电超声驱动技术领域，具体为纵弯复合振动模式增材制造超声振子。
背景技术
超声波振子又称超声波振动子，由压电陶瓷的压电效应实现电能与机械能(声波振动)的相互转换，并通过声阻抗匹配的前后辐射盖块进行放大的器件。
现有超声固接***工作过程为：高频(超声频域)交变电压信号通过逆压电效应转化为压电振子的超声振动，该超声振动经过特定结构形式的波导传递至作用部位，由于作用部位在一定静压力的作用下将金属箔材压在基板上，振动能量经摩擦耦合作用转化为金属箔材之间固接所需能量，压电振子、波导及其作用部位共同构成超声振动***，该振动***以滚压的方式作用金属箔材从而实现箔材大面积连续固接(如图1所示)。
目前存在整个定子为一个具有凹槽的圆柱体(变截面圆柱体)，其中部两个圆盘为驱动足，用于与动子接触，压电陶瓷环安装在定子两端，通过压块和螺母压紧，用于激发圆柱的横向弯曲振动，压电陶瓷为两分区反向极化的压电陶瓷环，两片压电陶瓷环为一组，共四组，布置在定子外侧的两组为A相，用于激励定子y向的弯曲模态，布置在定子内侧的两组为B相，用于激励定子x向的弯曲模态，其结构与振动模式示意图如图2和3所示，位于定子两端陶瓷片中间的部件为定子支撑，用于定子的固定，两个圆盘以椭圆轨迹振动，当圆盘与其他物体接触时，将产生沿振动轨迹切向的推力，从而将微米级微幅振动转化为物体的单向宏观运动，如图1所示，作用部位是一圆柱面结构，在实现大面积固结过程中，一方面需要该圆柱面沿其轴向产生较大振幅的高频振动，这导致金属箔材与基板的作用形式单一，不能高效固结；另一方面，为了切换固结区域，需要一个辅助作动***实现圆柱面的滚动以及砧板沿其滚动方向的同步平动，辅助作动***的存在增加的***的体积，基于此，本发明设计了纵弯复合振动模式增材制造超声振子，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供纵弯复合振动模式增材制造超声振子，以解决上述背景技术中提出的需使金属箔材与基板高效固结，方便切换固结区域的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：纵弯复合振动模式增材制造超声振子，包括两组相对水平间隔分布的复合梁段，两组所述复合梁段的表面外侧和内侧分别设有纵振压电陶瓷片组和弯振压电陶瓷片组，两组所述复合梁段的相对端部之间固定夹持有工具头，所述复合梁段的外壁设有支撑座，所述弯振压电陶瓷片组包括八片弯振压电陶瓷片，且八片弯振压电陶瓷片分为左右两侧各四组，任意相邻两组所述弯振压电陶瓷片之间均固定有电极片，且八片弯振压电陶瓷片顺序排号，第一、四、五、八所述弯振压电陶瓷片接地，第二、七所述弯振压电陶瓷片串联A相电源，第三、六所述弯振压电陶瓷片串联B相电源，所述弯振压电陶瓷片由对称切分的两个半片压电陶瓷片组成，且两个半片压电陶瓷片极化方向相反。
优选的，所述复合梁段包括法兰、两个口径不同的薄壁梁和绝缘套，两组所述薄壁梁通过绝缘套与法兰固定连接。
优选的，所述纵振压电陶瓷片组包括八片单分区纵振压电陶瓷片，且八片单分区纵振压电陶瓷片分为左右两侧各四组，且两两极化方向相对布置，任意相邻两组所述单分区纵振压电陶瓷片之间均固定有电极片。
优选的，所述支撑座、法兰和薄壁梁为一体件。
优选的，所述弯振压电陶瓷片的横截面为圆形或方形。
优选的，第一、二、七、八片所述弯振压电陶瓷片的切分线共面，第三、四、五、六片所述弯振压电陶瓷片的切分线共面，分别共面的两种切分线相互垂直。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过同时激发超声振动体的纵向振动和弯曲振动，通过在圆柱形变截面梁中增加四组具有两个分区的压电陶瓷，激发超声振子(圆柱形变截面梁)在两个空间垂直平面内的同形模态，一方面增加了金属箔材与基板间的作用形式，能加强二者法向结合力和增大切向作用范围从而实现高效固结；另一方面，弯曲振动的激发能够使作用部位产生椭圆轨迹振动，实现推动超声振子转动的功能，利用作用部位的微幅椭圆振动推动砧板平动，从而实现切换固结区域的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有超声固接***示意图；
图2为现有定子结构示意图；
图3为现有定子振动模式示意图；
图4为本发明结构示意图；
图5为图4中弯振压电陶瓷组结构示意图；
图6为图5中弯振压电陶瓷片受力示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-复合梁段，2-纵振压电陶瓷片组，3-工具头，4-支撑座，5-弯振压电陶瓷片组，50-弯振压电陶瓷片，51-电极片，500-半片压电陶瓷片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：纵弯复合振动模式增材制造超声振子，包括两组相对水平间隔分布的复合梁段1，两组复合梁段1的表面外侧和内侧分别设有纵振压电陶瓷片组2和弯振压电陶瓷片组5，两组复合梁段1的相对端部之间固定夹持有工具头3，复合梁段1的外壁设有支撑座4，弯振压电陶瓷片组5包括八片弯振压电陶瓷片50，且八片弯振压电陶瓷片50分为左右两侧各四组，任意相邻两组弯振压电陶瓷片50之间均固定有电极片51，且八片弯振压电陶瓷片50顺序排号，第一、四、五、八弯振压电陶瓷片50接地，第二、七弯振压电陶瓷片50串联A相电源，第三、六弯振压电陶瓷片50串联B相电源，弯振压电陶瓷片50由对称切分的两个半片压电陶瓷片500组成，且两个半片压电陶瓷片500极化方向相反。
其中，复合梁段1包括法兰、两个口径不同的薄壁梁和绝缘套，两组薄壁梁通过绝缘套与法兰固定连接，纵振压电陶瓷片组2包括八片单分区纵振压电陶瓷片，且八片单分区纵振压电陶瓷片分为左右两侧各四组，且两两极化方向相对布置，任意相邻两组单分区纵振压电陶瓷片50之间均固定有电极片51，支撑座4、法兰和薄壁梁为一体件，弯振压电陶瓷片50的横截面为圆形或方形，第一、二、七、八片弯振压电陶瓷片50的切分线共面，第三、四、五、六片弯振压电陶瓷片50的切分线共面，分别共面的两种切分线相互垂直。
本实施例的一个具体应用为：通过同时给两组纵振压电陶瓷片组2施加反相的电压激励信号可激励工具头3沿轴向往复振动，弯振压电陶瓷片组5的弯振压电陶瓷片50以如图6示意的两个极化方向在电场作用下的变形情况，极化方向与电场方向相同，压电陶瓷片变厚，如此，两个的分区的压电陶瓷在相同电场作用下一个分区变厚，另一个分区则反之，从而实现复合梁段1的弯曲变形，同时为便于施加电场并对称地激发两个空间垂直平面内的两个同形弯曲振动模式，上述两组弯振压电陶瓷片组5的弯振压电陶瓷片50，当A、B两相施加相位差90度的电压激励信号时，圆柱形超声振子将在两个空间垂直平面内同时以两个同形弯曲振动模式振动，且这两个模式的振动相位差90度，因此，工具头3的振动轨迹是椭圆轨迹。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.纵弯复合振动模式增材制造超声振子，包括两组相对水平间隔分布的复合梁段(1)，其特征在于：两组所述复合梁段(1)的表面外侧和内侧分别设有纵振压电陶瓷片组(2)和弯振压电陶瓷片组(5)，两组所述复合梁段(1)的相对端部之间固定夹持有工具头(3)，所述复合梁段(1)的外壁设有支撑座(4)，所述弯振压电陶瓷片组(5)包括八片弯振压电陶瓷片(50)，且八片弯振压电陶瓷片(50)分为左右两侧各四组，任意相邻两组所述弯振压电陶瓷片(50)之间均固定有电极片(51)，且八片弯振压电陶瓷片(50)顺序排号，第一、四、五、八所述弯振压电陶瓷片(50)接地，第二、七所述弯振压电陶瓷片(50)串联A相电源，第三、六所述弯振压电陶瓷片(50)串联B相电源，所述弯振压电陶瓷片(50)由对称切分的两个半片压电陶瓷片(500)组成，且两个半片压电陶瓷片(500)极化方向相反。
2.根据权利要求1所述的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，其特征在于：所述复合梁段(1)包括法兰、两个口径不同的薄壁梁和绝缘套，两组所述薄壁梁通过绝缘套与法兰固定连接。
3.根据权利要求1所述的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，其特征在于：所述纵振压电陶瓷片组(2)包括八片单分区纵振压电陶瓷片，且八片单分区纵振压电陶瓷片分为左右两侧各四组，且两两极化方向相对布置，任意相邻两组所述单分区纵振压电陶瓷片(50)之间均固定有电极片(51)。
4.根据权利要求1和2所述的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，其特征在于：所述支撑座(4)、法兰和薄壁梁为一体件。
5.根据权利要求1所述的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，其特征在于：所述弯振压电陶瓷片(50)的横截面为圆形或方形。
6.根据权利要求1所述的纵弯复合振动模式增材制造超声振子，其特征在于：第一、二、七、八片所述弯振压电陶瓷片(50)的切分线共面，第三、四、五、六片所述弯振压电陶瓷片(50)的切分线共面，分别共面的两种切分线相互垂直。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810400410.3A CN108880319A (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 纵弯复合振动模式增材制造超声振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810400410.3A CN108880319A (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 纵弯复合振动模式增材制造超声振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108880319A true CN108880319A (zh) | 2018-11-23 |
Family
ID=64326965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810400410.3A Pending CN108880319A (zh) | 2018-04-28 | 2018-04-28 | 纵弯复合振动模式增材制造超声振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108880319A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111030504A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 上海交通大学 | 一种双端固定安装的压电陶瓷复合驱动执行器 |
| CN115056046A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-16 | 广州大学 | 一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
| CN101262185A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-09-10 | 哈尔滨工业大学 | 弯振夹心换能器式圆盘定子及使用该定子的超声电机 |
| CN102739106A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 弯振复合型单足直线超声驱动器 |
| CN103746599A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-04-23 | 哈尔滨工业大学 | 贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子 |
| CN104467521A (zh) * | 2014-12-11 | 2015-03-25 | 南京航空航天大学 | 一种双振子驻波超声电机及其激励方法 |
-
2018
- 2018-04-28 CN CN201810400410.3A patent/CN108880319A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5345137A (en) * | 1991-04-08 | 1994-09-06 | Olympus Optical Co., Ltd. | Two-dimensionally driving ultrasonic motor |
| CN101262185A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-09-10 | 哈尔滨工业大学 | 弯振夹心换能器式圆盘定子及使用该定子的超声电机 |
| CN102739106A (zh) * | 2012-06-26 | 2012-10-17 | 哈尔滨工业大学 | 弯振复合型单足直线超声驱动器 |
| CN103746599A (zh) * | 2014-01-27 | 2014-04-23 | 哈尔滨工业大学 | 贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子 |
| CN104467521A (zh) * | 2014-12-11 | 2015-03-25 | 南京航空航天大学 | 一种双振子驻波超声电机及其激励方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111030504A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 上海交通大学 | 一种双端固定安装的压电陶瓷复合驱动执行器 |
| CN111030504B (zh) * | 2019-12-24 | 2023-12-29 | 上海交通大学 | 一种双端固定安装的压电陶瓷复合驱动执行器 |
| CN115056046A (zh) * | 2022-06-22 | 2022-09-16 | 广州大学 | 一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置 |
| CN115056046B (zh) * | 2022-06-22 | 2024-01-23 | 广州大学 | 一种二维压电异形变幅杆超声研抛装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A rectangle-type linear ultrasonic motor using longitudinal vibration transducers with four driving feet | |
| CN111464070B (zh) | 一种直线超声电机定子及其电激励方法 | |
| Liu et al. | A cylindrical standing wave ultrasonic motor using bending vibration transducer | |
| JPH0117354B2 (zh) | ||
| CN102931869A (zh) | 一种贴片式超声波电机振子及其驱动方法 | |
| CN108880319A (zh) | 纵弯复合振动模式增材制造超声振子 | |
| Zhang et al. | A novel L-shaped linear ultrasonic motor operating in a single resonance mode | |
| CN108429486A (zh) | 组合式平面三自由度超声波电机振子及其驱动方法 | |
| JPS63294281A (ja) | 圧電駆動装置 | |
| Liu et al. | A rotary ultrasonic motor using bending vibration transducers | |
| Petit et al. | A piezomotor using longitudinal actuators | |
| JP2847758B2 (ja) | 超音波モータの駆動方法および超音波モータ用振動子 | |
| CN110729919A (zh) | 同轴反向旋转的驻波型双面交错齿超声电机定子 | |
| CN113595439B (zh) | 圆形贴片式双足直线超声电机及其定子 | |
| Liu et al. | Design and primitive study of a cylindrical traveling wave ultrasonic motor using outer excitation | |
| JP4082982B2 (ja) | 超音波撓み振動体の支持方法 | |
| Liu et al. | Analysis of a novel longitudinal-bending hybrid ultrasonic motor using vibration coupling | |
| JP2543149B2 (ja) | 超音波リニアモ―タ | |
| JP2538033B2 (ja) | 平面型超音波アクチュエ―タ | |
| Vasiljev et al. | Development of a new ultrasonic actuator based on Langevin bending transducer | |
| Sheng et al. | Study and test of a double-rotor ultrasonic motor with symmetrical longitudinal-torsional converter | |
| JPS63294280A (ja) | 圧電駆動装置 | |
| Liu et al. | Design and analysis of a cylindrical standing wave ultrasonic motor using cantilever and sandwich type transducers | |
| Wang et al. | Study on the exciting method for piezoelectric actuator using bending hybrid modes | |
| TW201115886A (en) | Hybrid transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181123 |