[发明专利]复合弯振夹心式双足直线超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合弯振夹心式双足直线超声电机振子，属于压电超声电机技术领 域。

背景技术

压电超声电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的 振动，在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，进而通过定子、转 子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动的电机，它具有低速大转矩、 无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。

夹心式超声电机采用压电陶瓷高机电耦合效率的d₃₃模式工作，可有效提高电机的机 械输出特性。但是，目前多数夹心式超声电机采用异型振动模态的复合实现驱动区域质点 椭圆振动轨迹的激励，设计过程中首先面临的问题是异型振动模态特征频率之间的简并问 题，这给电机的结构带来了诸多限制，难于实现系列化。中国专利《弯振模态梁式直线超 声电机振子》，公开号为CN101626203A，公开日为2010年1月13日，首次提出了一种 采用同型正交弯振模态实现双驱动足直线驱动的压电超声电机新构型，它成功的避免了设 计过程中的模态简并问题，具有结构简单、设计灵活、可系列化生产等优点；但是，由于 压电陶瓷设置的非对称性，使得两个驱动足的振动特性并不一致，限制了该电机推力和速 度的提高，此外，该电机的压电陶瓷设置方式需要采用二阶弯振模态工作，而高阶弯振模 态的采用会使得驱动足振动强度明显减弱，从而降低电机的输出推力和速度。

发明内容

为了解决现有弯振模态梁式直线超声电机振子的两个驱动足的振动特性不一致，影 响电机的输出推力的问题，提供一种复合弯振夹心式双足直线超声电机振子。

本发明所述复合弯振夹心式双足直线超声电机振子，它包括两个驱动足、两个端盖、 四个薄壁梁、四个安装座、八片弯振压电陶瓷片、螺柱、绝缘套和九片电极片，

螺柱上套装有八片弯振压电陶瓷片，

所述端盖是截面为方形或者圆形并逐渐变细的块体，端盖的大端面的中心有一个带内 螺纹的盲孔，两个端盖分别旋合在螺柱的两端，将八片弯振压电陶瓷片压紧，

相邻的弯振压电陶瓷片之间及弯振压电陶瓷片与端盖大端面的接触面之间分别设置 一片电极片，

所有弯振压电陶瓷片和所有电极片与螺柱的接触面之间设置绝缘套，

每个端盖大端面的两侧对称设置两个薄壁梁，每个薄壁梁外侧固定一个安装座，

每个端盖的小端面上设置有驱动足，驱动足为截面与该小端面形状相同的块体。

所述弯振压电陶瓷片均沿厚度方向极化，将两个端盖之间的八片弯振压电陶瓷片从一 个端盖到另一个端盖依次顺序排号，则有：

第一片和第二片弯振压电陶瓷片极化方向相反，第二片和第七片弯振压电陶瓷片极化 方向相反，第七片和第八片弯振压电陶瓷片极化方向相反；第三片、第四片、第五片和第 六片弯振压电陶瓷片中相邻两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，

每片弯振压电陶瓷片由对称切分的两个半片压电陶瓷片组成，该两个半片压电陶瓷片 极化方向相反，第一、二、七、八片弯振压电陶瓷片的切分线共面，第三、四、五、六片 弯振压电陶瓷片的切分线亦共面，分别共面的两种切分线相互垂直。

本发明的优点是：本发明采用沿厚度方向极化的八片弯振压电陶瓷片实现电机振子 的两个同型正交一阶弯曲振动模态的激励，由于采用同型模态，不存在模态间的频率简并 问题，使得振子设计具备很大的灵活性。

本发明在使用中，弯振压电陶瓷片采用幅值相等、频率为振子一阶弯振特征频率、 相位差为+90°的两相交流电压信号激励，利用压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励出两 个同型正交的一阶弯曲振动模态，两个弯曲振动模态叠加在两个驱动足表面质点产生同向 的椭圆运动轨迹，进而通过驱动足和动子之间的摩擦耦合实现动子的宏观运动输出，两个 驱动足同时参与驱动，可以成倍的提高电机的机械输出能力。如果调整两相激励信号的相 位差为-90°，可以实现反向驱动。

本发明中的弯振压电陶瓷片采用夹心结构，并采用压电陶瓷高机电耦合效率的d₃₃模式工作，可以有效提高振子机电耦合效率、改善机械输出能力。端盖采用变截面设计起 到振动能量的聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高； 薄壁梁可以实现弹性支撑和振动隔离，将安装座与其它构件的连接对振子的弯曲振动模态 的影响程度降到最低。