專利名稱：復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子，屬于壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
壓電超聲電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)，在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無(wú)需變速機(jī)構(gòu)、無(wú)電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)。
出于激勵(lì)原理的簡(jiǎn)單性和理論分析方法的簡(jiǎn)便性，目前旋轉(zhuǎn)型超聲電機(jī)大多采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)，由于受壓電陶瓷的d31模式機(jī)電耦合效率和陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低，以及膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵(lì)方式使得超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制約。夾心式超聲電機(jī)采用壓電陶瓷高機(jī)電耦合效率的d33模式工作，可有效提高電機(jī)的機(jī)械輸出特性。
公開日為2012年2月22日、公開號(hào)為CN102361414A、發(fā)明名稱為“帶彈性支承的縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子”的專利申請(qǐng)，它首次提出了一種采用縱向振動(dòng)和彎曲振動(dòng)模態(tài)復(fù)合實(shí)現(xiàn)雙足旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的壓電超聲電機(jī)新構(gòu)型，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、輸出力矩大等優(yōu)點(diǎn)；但是，由于該電機(jī)采用兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足的小端面進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，其與轉(zhuǎn)子的接觸形式為柱面接觸，這使得驅(qū)動(dòng)足與轉(zhuǎn)子之間預(yù)壓力的施加十分復(fù)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(fù)合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子”中存在的驅(qū)動(dòng)足與轉(zhuǎn)子之間預(yù)壓力的施加復(fù)雜的問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子。復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子，它包括兩個(gè)端蓋、四個(gè)薄壁梁、四個(gè)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(gè)電極片和兩個(gè)摩擦片;所述每一個(gè)端蓋均是截面為矩形并逐漸變細(xì)的塊體，端蓋的大端面的中心設(shè)置有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個(gè)端蓋的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁，每個(gè)薄壁梁外側(cè)均設(shè)置有一個(gè)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(shè)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(shè)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(shè)置有絕緣套；兩個(gè)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(gè)端蓋和與其相鄰的豎直彎振壓電陶瓷片之間固定有一個(gè)電極片；在相鄰兩個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片之間固定有一個(gè)電極片；在相鄰兩個(gè)水平彎振壓電陶瓷片之間固定有一個(gè)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(gè)電極片；兩個(gè)摩擦片分別固定在兩個(gè)端蓋末端側(cè)面；每個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片和每個(gè)水平彎振壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，從任意一個(gè)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(gè)豎直彎振壓電陶瓷片均對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片，將極化方向相反的兩個(gè)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(gè)水平彎振壓電陶瓷 片對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片，將極化方向相反的兩個(gè)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(diǎn)是本發(fā)明采用豎直彎振壓電陶瓷片實(shí)現(xiàn)振子偶數(shù)階豎直彎振模態(tài)的激勵(lì)，采用水平彎振陶瓷片實(shí)現(xiàn)振子奇數(shù)階彎振模態(tài)的激勵(lì)。水平彎振陶瓷片設(shè)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(shè)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(gè)相鄰的波腹位置；這種設(shè)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(dòng)可以高效的激勵(lì)振子的彎曲振動(dòng)。本發(fā)明的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子通過調(diào)整端蓋長(zhǎng)度、端蓋大小端截面t匕、壓電陶瓷截面尺寸等構(gòu)型參數(shù)來實(shí)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(hào)激勵(lì)。利用豎直彎振壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)在振子中激勵(lì)出豎直方向的彎曲振動(dòng)，對(duì)應(yīng)引起端蓋末端質(zhì)點(diǎn)豎直方向的位移；利用水平彎振壓電陶瓷片的伸縮振動(dòng)在振子中激勵(lì)出水平方向的彎曲振動(dòng)，對(duì)應(yīng)引起端蓋末端質(zhì)點(diǎn)水平方向的位移。兩個(gè)彎曲振動(dòng)模態(tài)疊加的結(jié)果是在兩個(gè)摩擦片表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生旋向相反的橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過摩擦片和轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)輸出，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)足同時(shí)參與驅(qū)動(dòng)，可以成倍的提高電機(jī)的機(jī)械輸出能力。如果調(diào)整兩相激勵(lì)信號(hào)的相位差為-90，可以實(shí)現(xiàn)反向驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)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(jī)一致，為平面接觸，便于振子與轉(zhuǎn)子之間預(yù)壓力的施加；振子中的端蓋采用變截面設(shè)計(jì)起到振動(dòng)能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動(dòng)足表面質(zhì)點(diǎn)的振幅和振速，使得電機(jī)性能得到提高；薄壁梁可以實(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離，將安裝座與其它構(gòu)件的聯(lián)接對(duì)振子的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低。本發(fā)明的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、驅(qū)動(dòng)足與轉(zhuǎn)子間預(yù)壓力施加方便、機(jī)電耦合效率高、可實(shí)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(diǎn)。


圖I是本發(fā)明所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子的剖視圖2是圖I所示振子的立體結(jié)構(gòu)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(shí)所利用的三階彎曲振動(dòng)模態(tài)的振型示意圖；圖5是圖I所示的振子工作時(shí)所利用的四階彎曲振動(dòng)模態(tài)的振型示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖I至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子，它包括兩個(gè)端蓋I、四個(gè)薄壁梁2、四個(gè)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(gè)電極片8和兩個(gè)摩擦片9 ；
所述每一個(gè)端蓋I均是截面為矩形并逐漸變細(xì)的塊體，端蓋I的大端面的中心設(shè)置有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個(gè)端蓋I的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁2，每個(gè)薄壁梁2外側(cè)均設(shè)置有一個(gè)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(shè)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(shè)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(shè)置有絕緣套6 ；兩個(gè)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(gè)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(gè)電極片8;在相鄰兩個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片4之間固定有一個(gè)電極片8 ;在相鄰兩個(gè)水平彎振壓電陶瓷片5之間固定有一個(gè)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(gè)電極片8 ;兩個(gè)摩擦片9分別固定在兩個(gè)端蓋I末端側(cè)面；每個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片4和每個(gè)水平彎振壓電陶瓷片5均沿厚度方向極化，從任意一個(gè)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(gè)豎直彎振壓電陶瓷片4均對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片4-1，將極化方向相反的兩個(gè)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(gè)水平彎振壓電陶瓷片5對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片5-1，將極化方向相反的兩個(gè)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(shí)施方式的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子在應(yīng)用的時(shí)候，從端蓋I起第一、三、五、七、九個(gè)電極片8與驅(qū)動(dòng)電源的公共端連接，第二、八個(gè)電極片和驅(qū)動(dòng)電源的一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接，第四、六個(gè)電極片8與驅(qū)動(dòng)電源的另外一相驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)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(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)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(shí)現(xiàn)彈性支撐和振動(dòng)隔離的效果，能夠?qū)⒄褡优c其它構(gòu)件的聯(lián)接對(duì)振子的彎曲振動(dòng)模態(tài)的影響程度降到最低。 本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，還可以是上述各實(shí)施方式中所述技術(shù)特征的合理組合。
權(quán)利要求
1.復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子，它包括兩個(gè)端蓋(I)、四個(gè)薄壁梁(2)、四個(gè)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(gè)電極片⑶和兩個(gè)摩擦片(9)； 其特征在于所述每一個(gè)端蓋(I)均是截面為矩形并逐漸變細(xì)的塊體，端蓋(I)的大端面的中心設(shè)置有一個(gè)帶內(nèi)螺紋的盲孔，且每一個(gè)端蓋(I)的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁(2)，每個(gè)薄壁梁(2)外側(cè)均設(shè)置有一個(gè)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(shè)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(shè)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(shè)置有絕緣套(6)； 兩個(gè)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(gè)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(gè)電極片(8);在相鄰兩個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片(4)之間固定有一個(gè)電極片(8);在相鄰兩個(gè)水平彎振壓電陶瓷片(5)之間固定有一個(gè)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(gè)電極片(8);兩個(gè)摩擦片(9)分別固定在兩個(gè)端蓋(I)末端側(cè)面； 每個(gè)豎直彎振壓電陶瓷片(4)和每個(gè)水平彎振壓電陶瓷片(5)均沿厚度方向極化，從任意一個(gè)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(gè)豎直彎振壓電陶瓷片(4)均對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片(4-1)，將極化方向相反的兩個(gè)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(gè)水平彎振壓電陶瓷片(5)對(duì)稱切分成兩個(gè)半片壓電陶瓷片(5-1)，將極化方向相反的兩個(gè)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(quán)利要求I所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)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(quán)利要求I所述的復(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)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(fù)合彎振雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子，涉及壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它解決了現(xiàn)有縱彎復(fù)合模態(tài)夾心式雙足旋轉(zhuǎn)超聲電機(jī)振子中存在的驅(qū)動(dòng)足與轉(zhuǎn)子之間預(yù)壓力的施加復(fù)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(xì)的塊體，端蓋的大端面兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有兩個(gè)薄壁梁，安裝座設(shè)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(shè)置在中間位置，水平彎振壓電陶瓷片兩側(cè)各設(shè)置有兩片豎直彎振壓電陶瓷片，兩個(gè)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(gè)端蓋之間。本發(fā)明可以應(yīng)用到超聲電機(jī)制作領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/12GK102882423SQ20121039733
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)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(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)