專利名稱：復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)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(nèi)的振動，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點運動，進而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點的微觀運動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運動，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優(yōu)點。
出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前旋轉(zhuǎn)型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。夾心式超聲電機采用壓電陶瓷高機電耦合效率的d33模式工作，可有效提高電機的機械輸出特性。
公開日為2012年2月22日、公開號為CN102361414A、發(fā)明名稱為“帶彈性支承的縱彎復合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子”的專利申請，它首次提出了一種采用縱向振動和彎曲振動模態(tài)復合實現(xiàn)雙足旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的壓電超聲電機新構型，具有結(jié)構簡單、設計靈活、輸出力矩大等優(yōu)點；但是，由于該電機采用兩個驅(qū)動足的小端面進行驅(qū)動，其與轉(zhuǎn)子的接觸形式為柱面接觸，這使得驅(qū)動足與轉(zhuǎn)子之間預壓力的施加十分復雜。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有“帶彈性支承的縱彎復合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子”中存在的驅(qū)動足與轉(zhuǎn)子之間預壓力的施加復雜的問題，本發(fā)明提供了一種復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子。復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，它包括兩個端蓋、四個薄壁梁、四個安裝座、四片豎直彎振壓電陶瓷片、四片水平彎振壓電陶瓷片、絕緣套、螺柱、九個電極片和兩個摩擦片;所述每一個端蓋均是截面為矩形并逐漸變細的塊體，端蓋的大端面的中心設置有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個端蓋的大端面兩側(cè)對稱設置有兩個薄壁梁，每個薄壁梁外側(cè)均設置有一個安裝座；所述螺柱的兩端均帶螺紋；四片豎直彎振壓電陶瓷片和四片水平彎振壓電陶瓷片均套在螺柱上，其中，四片水平彎振壓電陶瓷片設置在中間位置，四片豎直彎振壓電陶瓷片分為兩組，每組兩片豎直彎振壓電陶瓷片，兩組豎直彎振壓電陶瓷片分別設置在四片水平彎振壓電陶瓷片的兩側(cè)，所述螺柱與每片豎直彎振壓電陶瓷片和每片水平彎振壓電陶瓷片之間均設置有絕緣套；兩個端蓋通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩端，使得位于其中間的四片豎直彎振壓電陶瓷片和四片水平彎振壓電陶瓷片緊密接觸；在每個端蓋和與其相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片之間固定有一個電極片；在相鄰兩個豎直彎振壓電陶瓷片之間固定有一個電極片；在相鄰兩個水平彎振壓電陶瓷片之間固定有一個電極片；在相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片和水平彎振壓電陶瓷片之間固定有一個電極片；兩個摩擦片分別固定在兩個端蓋末端側(cè)面；每個豎直彎振壓電陶瓷片和每個水平彎振壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，從任意一個端蓋起的第一片與第二片豎直彎振壓電陶瓷片極化方向相反、第二片與第三片豎直彎振壓電陶瓷片極化方向相同、第三片與第四片豎直彎振壓電陶瓷片極化方向相反，水平彎振壓電陶瓷片中相鄰兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反；每個豎直彎振壓電陶瓷片均對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，每個水平彎振壓電陶瓷 片對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，四片豎直彎振壓電陶瓷片的切分面共面，四片水平彎振壓電陶瓷片的切分面共面，并且所述豎直彎振壓電陶瓷片的切分面和水平彎振壓電陶瓷片的切分面相互垂直。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明采用豎直彎振壓電陶瓷片實現(xiàn)振子偶數(shù)階豎直彎振模態(tài)的激勵，采用水平彎振陶瓷片實現(xiàn)振子奇數(shù)階彎振模態(tài)的激勵。水平彎振陶瓷片設置于振子中間位置，該位置為振子奇數(shù)階彎振模態(tài)振型的波腹位置；豎直彎振陶瓷片設置于水平彎振陶瓷片的兩側(cè)，分別位于振子偶數(shù)階彎振的兩個相鄰的波腹位置；這種設置方式使得豎直彎振壓電陶瓷片和水平彎振壓電陶瓷片的伸縮振動可以高效的激勵振子的彎曲振動。本發(fā)明的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子通過調(diào)整端蓋長度、端蓋大小端截面t匕、壓電陶瓷截面尺寸等構型參數(shù)來實現(xiàn)其奇數(shù)階彎振模態(tài)和偶數(shù)階彎振模態(tài)諧振頻率趨于一致。振子中的彎振壓電陶瓷片采用幅值相等、頻率為振子自身諧振頻率、相位差為+90的兩相交流電壓信號激勵。利用豎直彎振壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵出豎直方向的彎曲振動，對應引起端蓋末端質(zhì)點豎直方向的位移；利用水平彎振壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵出水平方向的彎曲振動，對應引起端蓋末端質(zhì)點水平方向的位移。兩個彎曲振動模態(tài)疊加的結(jié)果是在兩個摩擦片表面質(zhì)點產(chǎn)生旋向相反的橢圓運動軌跡，進而通過摩擦片和轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合實現(xiàn)轉(zhuǎn)動輸出，兩個驅(qū)動足同時參與驅(qū)動，可以成倍的提高電機的機械輸出能力。如果調(diào)整兩相激勵信號的相位差為-90，可以實現(xiàn)反向驅(qū)動。本發(fā)明的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子與轉(zhuǎn)子的接觸方式和傳統(tǒng)的貼片式環(huán)形行波超聲電機一致，為平面接觸，便于振子與轉(zhuǎn)子之間預壓力的施加；振子中的端蓋采用變截面設計起到振動能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動足表面質(zhì)點的振幅和振速，使得電機性能得到提高；薄壁梁可以實現(xiàn)彈性支撐和振動隔離，將安裝座與其它構件的聯(lián)接對振子的彎曲振動模態(tài)的影響程度降到最低。本發(fā)明的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子具有結(jié)構簡單、設計靈活、驅(qū)動足與轉(zhuǎn)子間預壓力施加方便、機電耦合效率高、可實現(xiàn)大力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點。
圖I是本發(fā)明所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子的剖視圖2是圖I所示振子的立體結(jié)構示意圖；圖3是圖I中豎直彎振壓電陶瓷片4和水平彎振壓電陶瓷片5的極化方向示意圖；圖4是圖I所示的振子工作時所利用的三階彎曲振動模態(tài)的振型示意圖；圖5是圖I所示的振子工作時所利用的四階彎曲振動模態(tài)的振型示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結(jié)合圖I至圖3說明本實施方式，本實施方式所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，它包括兩個端蓋I、四個薄壁梁2、四個安裝座3、四片豎直彎振壓電陶瓷片4、四片水平彎振壓電陶瓷片5、絕緣套6、螺柱7、九個電極片8和兩個摩擦片9 ；
所述每一個端蓋I均是截面為矩形并逐漸變細的塊體，端蓋I的大端面的中心設置有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個端蓋I的大端面兩側(cè)對稱設置有兩個薄壁梁2，每個薄壁梁2外側(cè)均設置有一個安裝座3 ;所述螺柱7的兩端均帶螺紋；四片豎直彎振壓電陶瓷片4和四片水平彎振壓電陶瓷片5均套在螺柱7上，其中，四片水平彎振壓電陶瓷片5設置在中間位置，四片豎直彎振壓電陶瓷片4分為兩組，每組兩片豎直彎振壓電陶瓷片4，兩組豎直彎振壓電陶瓷片分別設置在四片水平彎振壓電陶瓷片5的兩側(cè)，所述螺柱7與每片豎直彎振壓電陶瓷片4和每片水平彎振壓電陶瓷片5之間均設置有絕緣套6 ；兩個端蓋I通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱7的兩端，使得位于其中間的四片豎直彎振壓電陶瓷片4和四片水平彎振壓電陶瓷片5緊密接觸；在每個端蓋I和與其相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片4之間固定有一個電極片8;在相鄰兩個豎直彎振壓電陶瓷片4之間固定有一個電極片8 ;在相鄰兩個水平彎振壓電陶瓷片5之間固定有一個電極片8 ;在相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片4和水平彎振壓電陶瓷片5之間固定有一個電極片8 ;兩個摩擦片9分別固定在兩個端蓋I末端側(cè)面；每個豎直彎振壓電陶瓷片4和每個水平彎振壓電陶瓷片5均沿厚度方向極化，從任意一個端蓋I起的第一片與第二片豎直彎振壓電陶瓷片4極化方向相反、第二片與第三片豎直彎振壓電陶瓷片4極化方向相同、第三片與第四片豎直彎振壓電陶瓷片4極化方向相反，水平彎振壓電陶瓷片5中相鄰兩片彎振壓電陶瓷片5的極化方向相反；每個豎直彎振壓電陶瓷片4均對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片4-1，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片4-1重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，每個水平彎振壓電陶瓷片5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，四片豎直彎振壓電陶瓷片4的切分面共面，四片水平彎振壓電陶瓷片5的切分面共面，并且所述豎直彎振壓電陶瓷片4的切分面和水平彎振壓電陶瓷片5的切分面相互垂直。本實施方式的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子在應用的時候，從端蓋I起第一、三、五、七、九個電極片8與驅(qū)動電源的公共端連接，第二、八個電極片和驅(qū)動電源的一相驅(qū)動信號連接，第四、六個電極片8與驅(qū)動電源的另外一相驅(qū)動信號連接。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子的區(qū)別在于，所述豎直彎振壓電陶瓷片4和水平彎振壓電陶瓷片5的形狀相同，其橫截面均為方形或圓形。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子的區(qū)別在于，所述端蓋I、薄壁梁2和安裝座3為一體件；所述薄壁梁2可以實現(xiàn)彈性支撐和振動隔離的效果，能夠?qū)⒄褡优c其它構件的聯(lián)接對振子的彎曲振動模態(tài)的影響程度降到最低。 本發(fā)明不局限于上述實施方式，還可以是上述各實施方式中所述技術特征的合理組合。
權利要求
1.復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，它包括兩個端蓋(I)、四個薄壁梁(2)、四個安裝座(3)、四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)、四片水平彎振壓電陶瓷片(5)、絕緣套(6)、螺柱(7)、九個電極片⑶和兩個摩擦片(9)； 其特征在于所述每一個端蓋(I)均是截面為矩形并逐漸變細的塊體，端蓋(I)的大端面的中心設置有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個端蓋(I)的大端面兩側(cè)對稱設置有兩個薄壁梁(2)，每個薄壁梁(2)外側(cè)均設置有一個安裝座(3);所述螺柱(7)的兩端均帶螺紋；四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)和四片水平彎振壓電陶瓷片(5)均套在螺柱(7)上，其中，四片水平彎振壓電陶瓷片(5)設置在中間位置，四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)分為兩組，每組兩片豎直彎振壓電陶瓷片(4)，兩組豎直彎振壓電陶瓷片分別設置在四片水平彎振壓電陶瓷片(5)的兩側(cè)，所述螺柱(7)與每片豎直彎振壓電陶瓷片(4)和每片水平彎振壓電陶瓷片(5)之間均設置有絕緣套(6)； 兩個端蓋(I)通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱(7)的兩端，使得位于其中間的四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)和四片水平彎振壓電陶瓷片(5)緊密接觸；在每個端蓋(I)和與其相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片(4)之間固定有一個電極片(8);在相鄰兩個豎直彎振壓電陶瓷片(4)之間固定有一個電極片(8);在相鄰兩個水平彎振壓電陶瓷片(5)之間固定有一個電極片(8);在相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片(4)和水平彎振壓電陶瓷片(5)之間固定有一個電極片(8);兩個摩擦片(9)分別固定在兩個端蓋(I)末端側(cè)面； 每個豎直彎振壓電陶瓷片(4)和每個水平彎振壓電陶瓷片(5)均沿厚度方向極化，從任意一個端蓋(I)起的第一片與第二片豎直彎振壓電陶瓷片(4)極化方向相反、第二片與第三片豎直彎振壓電陶瓷片(4)極化方向相同、第三片與第四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)極化方向相反，水平彎振壓電陶瓷片(5)中相鄰兩片彎振壓電陶瓷片(5)的極化方向相反； 每個豎直彎振壓電陶瓷片(4)均對稱切分成兩個半片壓電陶瓷片(4-1)，將極化方向相反的兩個半片壓電陶瓷片(4-1)重新組合在一起形成一片完整的壓電陶瓷片，每個水平彎振壓電陶瓷片(5)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，四片豎直彎振壓電陶瓷片(4)的切分面共面，四片水平彎振壓電陶瓷片(5)的切分面共面，并且所述豎直彎振壓電陶瓷片(4)的切分面和水平彎振壓電陶瓷片(5)的切分面相互垂直。
2.根據(jù)權利要求I所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，其特征在于所述豎直彎振壓電陶瓷片(4)和水平彎振壓電陶瓷片(5)的形狀相同，其橫截面均為方形或圓形。
3.根據(jù)權利要求I所述的復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，其特征在于所述端蓋(I)、薄壁梁(2)和安裝座(3)為一體件。
全文摘要
復合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子，涉及壓電超聲電機技術領域。它解決了現(xiàn)有縱彎復合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機振子中存在的驅(qū)動足與轉(zhuǎn)子之間預壓力的施加復雜的問題。本發(fā)明振子的端蓋均是截面為矩形并逐漸變細的塊體，端蓋的大端面兩側(cè)對稱設置有兩個薄壁梁，安裝座設置于薄壁梁外側(cè)，豎直彎振壓電陶瓷片和水平彎振壓電陶瓷片均套在螺柱上，四片水平彎振壓電陶瓷片設置在中間位置，水平彎振壓電陶瓷片兩側(cè)各設置有兩片豎直彎振壓電陶瓷片，兩個端蓋通過其大端面的螺紋孔分別旋合于螺柱的兩端從而把豎直彎振壓電陶瓷片和水平彎振壓電陶瓷片壓緊在兩個端蓋之間。本發(fā)明可以應用到超聲電機制作領域。
文檔編號H02N2/12GK102882423SQ20121039733
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權日2012年10月18日
發(fā)明者劉英想, 陳維山, 劉軍考, 石勝君 申請人:哈爾濱工業(yè)大學