縱彎陶瓷復位型超聲電機振子的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及到一種縱彎陶瓷復位型超聲電機振子，屬于壓電超聲電機技術領域。
【背景技術】
[0002]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、轉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，具有結構簡單、設計靈活、低速大轉矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、響應速度快、斷電自鎖、無電磁干擾且不受電磁干擾等優點。
[0003]壓電超聲驅動技術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、轉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的技術。壓電超聲驅動器具有低速大轉矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點。
[0004]縱彎復合超聲電機振子采用振子彈性體縱向振動和彎曲振動的復合實現驅動，在傳統的縱彎復合超聲電機振子中，激勵縱向振動和彎曲振動的壓電陶瓷元件一般單獨進行設置，也就是縱振陶瓷用于激勵縱向振動，彎振陶瓷用于激勵彎曲振動；例如公開號為CN101022256，發明名稱為“帶調頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機”的專利申請，它提出了一種帶調頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機，解決了現有的夾心式縱彎復合直線超聲電機存在電機效率低下、噪聲大、磨損嚴重、難于系列化等不足，具有效率高、出力大、可系列化生產的優點。但是，該超聲電機振子采用縱振陶瓷和彎振陶瓷分別來激勵縱向振動和彎曲振動，兩種陶瓷在振子軸線方向上位于不同位置；而對于縱彎復合型超聲電機振子而言，縱振陶瓷和彎振陶瓷的最佳設置位置很多時候是重疊的；因此，這種獨立設置壓電元件的方法限制了其能量轉換效率的提高，不利于實現壓電陶瓷的最佳布置。
【發明內容】
[0005]本發明為了解決現有縱彎復合型超聲電機振子中存在的由縱振陶瓷和彎振陶瓷獨立設置而帶來的能量轉換效率較低、難于實現最佳布置的問題，本發明提供了一種縱彎陶瓷復位型超聲電機振子。
[0006]縱彎陶瓷復位型超聲電機振子，它包括隔板1、四組壓電陶瓷片2、兩個端蓋3、兩個驅動足4、兩個接地電極片5、兩個縱振電極片6和四個彎振電極片7 ;
[0007]隔板1左右兩側對稱設置有兩個螺柱1-1，兩個螺柱1-1均垂直于所述隔板1 ;四組壓電陶瓷片2對稱套裝在兩個螺柱1-1上；
[0008]隔板1同一側中緊挨隔板1的一組壓電陶瓷片2稱為第一組壓電陶瓷片，緊挨第一組壓電陶瓷片的另一組壓電陶瓷片2稱為第二組壓電陶瓷片；兩個端蓋3分別旋合在兩個螺柱1-1的末端，用于夾緊壓電陶瓷片2 ;
[0009]所述兩個驅動足4分別固定在兩個端蓋3上側面的末端位置；
[0010]每組壓電陶瓷片2包含一個縱振壓電陶瓷片2-1和兩個彎振壓電陶瓷片2-2 ;縱振壓電陶瓷片2-1套裝在螺柱1-1上，兩個彎振壓電陶瓷片2-2對稱分布在縱振壓電陶瓷片2-1的上下兩側；
[0011]所述四組壓電陶瓷片2均沿厚度方向極化，同一組壓電陶瓷片2中的兩個彎振壓電陶瓷片2-2極化方向相反；
[0012]隔板1左側左右相鄰的兩個彎振壓電陶瓷片2-2極化方向相反，隔板1右側左右相鄰的兩個彎振壓電陶瓷片2-2極化方向相反，隔板1左側第一組壓電陶瓷片中的彎振壓電陶瓷片2-2與隔板1右側第一組壓電陶瓷片中的彎振壓電陶瓷片2-2極化方向相同，隔板1同一側相鄰的第一組壓電陶瓷片中的縱振壓電陶瓷片2-1與第二組壓電陶瓷片中的縱振壓電陶瓷片2-1極化方向相反；
[0013]隔板1左側第二組壓電陶瓷片和左側端蓋3之間設置有接地電極片5，隔板1右側第二組壓電陶瓷片和右側端蓋3之間設置有接地電極片5 ;
[0014]隔板1左側相鄰的兩個縱振壓電陶瓷片2-1之間設置有縱振電極片6，隔板1左側相鄰的兩個彎振壓電陶瓷片2-2之間設置有彎振電極片7，設置在同一平面內的彎振電極片7和縱振電極片6之間留有間隙；
[0015]隔板1右側相鄰的兩個縱振壓電陶瓷片2-1之間設置有縱振電極片6，隔板1右側相鄰的兩個彎振壓電陶瓷片2-2之間設置有彎振電極片7，設置在同一平面內的彎振電極片7和縱振電極片6之間留有間隙。
[0016]所述所有接地電極片5與激勵信號公共端連接，兩個縱振電極片6與第一相驅動信號連接，四個彎振電極片7與第二相驅動信號連接；所有驅動信號均為交流激勵信號，信號波形是方波、正弦波、梯形波或者三角波；第一相驅動信號與第二相驅動信號之間在時間上具有90度相位差。
[0017]所述端蓋3的橫截面大于或者等于壓電陶瓷片2的橫截面。
[0018]所述隔板1的橫截面大于壓電陶瓷片2的橫截面。
[0019]本發明的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子，利用復合梁的奇數階縱向振動和偶數階彎曲振動的復合實現雙足的直線致動；位于中間的四片縱振陶瓷片通過縱振電極片施加同樣的交流激勵信號，產生同步的伸縮變形，進而激勵出振子的縱向振動；位于兩側的8片彎振陶瓷片通過彎振電極片施加另外一相激勵信號，壓電陶瓷的上側和下側會產生交替的伸縮，進而激勵出振子的彎曲振動；當超聲電機振子的奇數階縱向振動和偶數階彎曲振動的諧振頻率十分接近時，且縱向振動和彎曲振動在時間上具有90度相位差，則可以通過縱振和彎振的復合在兩個驅動足處激發橢圓軌跡的振動，兩個驅動足振動軌跡的旋向一致，從而保證振子可以實現直線致動(見圖9，其中8為動子)；調整縱向振動和彎曲振動的相位差為-90度，則可以實現反向驅動。
[0020]本發明的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子，采用的是整組的壓電陶瓷實現縱彎復合振動的激勵，中間位置的縱振陶瓷用于激勵縱向振動，兩側的彎振陶瓷用于激勵彎曲振動，縱振陶瓷和彎振陶瓷不再是單獨設置，他們在軸向方向的位置是重合的，屬于一種復位的設置方式，這種全新的設置方式可以解決早期縱彎復合型超聲電機振子中存在的由縱振陶瓷和彎振陶瓷獨立設置而帶來的能量轉換效率較低、難于實現壓電元件最佳布置的問題。
[0021]本發明的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子能量轉換效率高、易于實現壓電陶瓷的最佳布置，加工裝配十分簡便，便于實現系列化和商品化。
[0022]本發明適用于超聲電機振子制作領域。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明所述的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子的立體結構示意圖；
[0024]圖2是圖1所示的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子的剖視圖；
[0025]圖3是圖1所示中隔板左側或右側的兩組壓電陶瓷2的極化方向示意圖；
[0026]圖4是圖1所示中隔板右側或左側的兩組壓電陶瓷2的極化方向示意圖；
[0027]圖5是縱彎陶瓷復位型超聲電機振子拆除左側端蓋3之后的立體圖；
[0028]圖6是圖1所示縱彎陶瓷復位型超聲電機振子拆除端蓋3和兩組壓電陶瓷2之后的立體圖；
[0029]圖7是圖1所示縱彎陶瓷復位型超聲電機振子縱向振動模態振型圖；
[0030]圖8是圖1所示縱彎陶瓷復位型超聲電機振子彎曲振動模態振型圖；
[0031]圖9是圖1所示縱彎陶瓷復位型超聲電機振子工作時推動動子運動的示意圖。
【具體實施方式】
[0032]【具體實施方式】一、參照圖1至圖9具體說明本實施方式，本實施方式所述的縱彎陶瓷復位型超聲電機振子，它包括隔板1、四組壓電陶瓷片2、兩個端蓋3、兩個驅動足4、兩個接地電極片5、兩個縱振電極片6和四個彎振電極片7 ;
[0033]隔板1左右兩側對稱設置有兩個螺柱1-1，兩個螺柱1-1均垂直于所述隔板1 ;四組壓電陶瓷片2對稱套裝在兩個螺柱1