專利名稱：帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子，屬于壓電超聲電機技術領域。
背景技術：
壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，在彈性體表面特定點或特定區域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過定子、動子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動，具有低速大轉矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點，作為一種新型驅動器有著十分廣泛的應用。出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前壓電超聲電機大多采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，由于受壓電陶瓷的d31模式機電耦合效率和陶瓷材料抗拉強度低，以及膠層的強度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵方式使得超聲電機的機械輸出能力受到嚴重制約。
發明內容
為了解決現有采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵的超聲電機的振子存在的振動能量利用不充分、機械輸出能力受制約的問題，本發明提供了一種帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子。本發明的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子包括兩個端蓋、兩對縱振壓電陶瓷片、兩對彎振壓電陶瓷片、螺柱、四個安裝座、四個薄壁梁、絕緣套、九個電極片和兩個摩擦片；所述端蓋是截面逐漸變細的塊體，端蓋的小端面為驅動足，端蓋的大端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，端蓋的大端面兩側對稱設置有兩個薄壁梁，安裝座位于薄壁梁外側，所述端蓋、薄壁梁和安裝座為一體件；所述螺柱兩端均帶螺紋，兩對縱振壓電陶瓷片和兩對彎振壓電陶瓷片均套在螺柱上，且螺柱與縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片之間設置有絕緣套，兩個端蓋通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩個端部從而把彎振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片壓緊在兩個端蓋之間；所述兩對彎振壓電陶瓷片設置于中間，所述縱振壓電陶瓷片設置于端蓋和彎振壓電陶瓷片之間，在端蓋和縱振壓電陶瓷片之間、兩個縱振壓電陶瓷片之間、兩個彎振壓電陶瓷片之間、縱振壓電陶瓷片和彎振壓電陶瓷片之間分別固定有電極片；所述端蓋的小端面有一矩形通槽，摩擦片固定于端蓋末端的矩形通槽內。本發明的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子中的壓電陶瓷元件采用夾心結構，采用壓電陶瓷高機電耦合效率的^3模式工作，解決了粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機機電耦合效率低、機械輸出能力差的問題。本發明采用兩對縱振壓電陶瓷片實現振子縱振模態的激勵，采用兩對彎振壓電陶瓷片實現振子彎振模態的激勵，通過構型參數調整，可以實現振子縱振和彎振模態特征頻率之間的簡并；端蓋采用變截面設計起到振動能量的聚斂作用，可提高縱振和彎振模態下端蓋末端質點的振速和振幅，使得電機性能得到提高；薄壁梁可以實現彈性支撐和振動隔離，將安裝座與其它構件的聯接對振子的縱振和彎振模態的影響程度降到最低。本發明的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子中的縱振和彎振壓電陶瓷片分別采用幅值相等、頻率為振子自身諧振頻率、相位差為+90°的交流電壓信號激勵，利用縱振壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵縱振模態，利用彎振壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵出彎振模態，縱振和彎振模態疊加在兩個驅動足表面質點產生旋向相反的橢圓軌跡振動，進而通過驅動足和圓筒型動子內表面的摩擦耦合實現動子的直線運動輸出，充分利用縱振和彎振能量實現了兩個驅動足同時致動，可以成倍的提高電機的機械輸出能力。如果調整兩路激勵信號的相位差為-90°，可以實現反向驅動。本發明的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子具有縱彎振動能量利用率高、結構簡單、機電耦合效率高、可實現大力矩輸出、性能穩定、易于控制、可系列化生產的優點。
圖1是本發明所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的剖視圖，圖2是圖1所示振子的立體結構示意圖，圖3是圖1中兩對彎振壓電陶瓷片5和兩對縱振壓電陶瓷片4的極化方向示意圖，圖4是圖1所示振子的縱振模態振型示意圖，圖 5是圖1所示振子的彎振模態振型示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1至圖3說明本實施方式，本實施方式所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子包括兩個端蓋1、兩對縱振壓電陶瓷片4、兩對彎振壓電陶瓷片5、螺柱6、四個安裝座3、四個薄壁梁2、絕緣套7、九個電極片8和兩個摩擦片9 ；所述端蓋1是截面逐漸變細的塊體，端蓋1的小端面為驅動足，端蓋1的大端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，端蓋1的大端面兩側對稱設置有兩個薄壁梁2，安裝座3位于薄壁梁2外側；所述螺柱6兩端均帶螺紋，兩對縱振壓電陶瓷片4和兩對彎振壓電陶瓷片5 均套在螺柱6上，且螺柱6與縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間設置有絕緣套7， 兩個端蓋1通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱6的兩個端部從而把彎振壓電陶瓷片2 和縱振壓電陶瓷片3壓緊在兩個端蓋1之間；所述兩對彎振壓電陶瓷片5設置于中間，所述縱振壓電陶瓷片4設置于端蓋1和彎振壓電陶瓷片5之間，在端蓋1和縱振壓電陶瓷片4 之間、兩個縱振壓電陶瓷片4之間、兩個彎振壓電陶瓷片5之間、縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間分別固定有電極片8。本實施方式的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子在應用的時候，位于端蓋1和縱振壓電陶瓷片4之間的兩個電極片8、縱振壓電陶瓷片4和彎振壓電陶瓷片5之間的兩個電極片8、中心位置兩個彎振壓電陶瓷片5之間的電極片均8與驅動電源的公共端連接，位于外側彎振壓電陶瓷片5之間的兩個電極片7與驅動電源的一相驅動信號連接，位于縱振壓電陶瓷片4之間的兩個電極片7與驅動電源的另外一相驅動信號連接。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的區別在于，所述彎振壓電陶瓷片5和縱振壓電陶瓷片4 的橫截面為矩形或圓形。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的區別在于，所述端蓋1的小端面加工有一矩形通槽，摩擦片9通過機械連接方式固定于端蓋1末端的矩形通槽內，避免在大推力輸出情況下摩擦片從驅動足上脫落情況的發生。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的區別在于，所述所有壓電陶瓷極化均沿厚度方向極化， 相鄰兩片縱振壓電陶瓷片4的極化方向相反，所述每對彎振壓電陶瓷片5中的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片5-1，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片5-1重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，所有彎振壓電陶瓷片5的切分線共面。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子的區別在于，所述端蓋1、薄壁梁2和安裝座3為一體件； 所述薄壁梁2可以實現彈性支撐和振動隔離的效果，能夠將振子與其它構件的聯接對振子的彎曲振動模態的影響程度降到最低。
權利要求
1.帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子，包括兩個端蓋(1)、兩對縱振壓電陶瓷片G)、兩對彎振壓電陶瓷片(5)、螺柱(6)、四個安裝座(3)、四個薄壁梁 O)、絕緣套(7)、九個電極片(8)和兩個摩擦片(9)；其特征在于所述端蓋(1)是截面逐漸變細的塊體，端蓋(1)的小端面為驅動足，端蓋(1)的大端面的中心有一個帶內螺紋的盲孔，端蓋(1)的大端面兩側對稱設置有兩個薄壁梁0)，安裝座C3)位于薄壁梁( 外側； 所述螺柱(6)兩端均帶螺紋，兩對縱振壓電陶瓷片(4)和兩對彎振壓電陶瓷片( 均套在螺柱(6)上，且螺柱(6)與縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片( 之間設置有絕緣套 (7)，兩個端蓋(1)通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱(6)的兩個端部從而把彎振壓電陶瓷片( 和縱振壓電陶瓷片C3)壓緊在兩個端蓋(1)之間；所述兩對彎振壓電陶瓷片(5) 設置于中間，所述縱振壓電陶瓷片(4)設置于端蓋(1)和彎振壓電陶瓷片( 之間，在端蓋 (1)和縱振壓電陶瓷片(4)之間、兩個縱振壓電陶瓷片(4)之間、兩個彎振壓電陶瓷片(5) 之間、縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片(5)之間分別固定有電極片(8)。
2.根據權利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子， 其特征在于所述縱振壓電陶瓷片(4)和彎振壓電陶瓷片(5)的橫截面為矩形或圓形。
3.根據權利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子， 其特征在于所述端蓋(1)的小端面有一矩形通槽，摩擦片(9)固定于端蓋(1)末端的矩形通槽內。
4.根據權利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子， 其特征在于所述所有壓電陶瓷極化均沿厚度方向極化，相鄰兩片縱振壓電陶瓷片(4)的極化方向相反，所述每對彎振壓電陶瓷片( 中的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片(5-1)，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片(5-1)重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，所有彎振壓電陶瓷片(5)的切分線共面。
5.根據權利要求1所述的帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子， 其特征在于所述端蓋(1)、薄壁梁( 和安裝座C3)為一體件。
全文摘要
帶彈性支撐的縱彎復合模態夾心式雙足直線超聲電機振子，涉及壓電超聲電機技術領域。它解決了現有超聲電機振子存在的振動能量利用不充分、機械輸出能力受制約的問題。本發明的振子包括兩個端蓋、兩對縱振壓電陶瓷片、兩對彎振壓電陶瓷片、螺柱、四個安裝座、四個薄壁梁、絕緣套、九個電極片和兩個摩擦片，端蓋是截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，端蓋小端面為驅動足，摩擦片固定于端蓋小端面的通槽內，端蓋通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩個端部從而把彎振壓電陶瓷片和縱振壓電陶瓷片壓緊在兩個端蓋之間；本發明可以應用到超聲電機制作領域。
文檔編號H02N2/04GK102355160SQ201110318729
公開日2012年2月15日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請人:哈爾濱工業大學