[发明专利]贴片式纵振复合双足压电超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及到一种压电超声电机振子，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，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。

公开号为CN101626204、名称为“U型双足直线超声电机振子”，它提出了一种夹心结构U型双足直线超声电机振子，它实现了振子两个振动模态特征频率的一致。该振子具有机电耦合效率高、可实现大力矩输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点；但是，由于采用夹心结构，其加工、装配较为复杂，对零件的加工精度要求很高；此外，夹心结构也使得其微型化难于实现。

发明内容

为了解决现有夹心式纵振复合双足直线超声电机振子中存在的加工装配较为复杂、难于实现微型化的问题，本发明提供了一种贴片式纵振复合双足压电超声电机振子。

本发明的贴片式纵振复合双足压电超声电机振子，包括金属基体1和六片压电陶瓷片2；金属基体1包括水平梁1-1、两个竖直梁1-2和两个驱动足1-3，所述水平梁1-1左、右两端各设置有一个水平变幅杆1-1-1，每个竖直梁1-2的一端均设置有一个竖直变幅杆1-2-1，水平变幅杆1-1-1和竖直变幅杆1-2-1均是截面为矩形并逐渐变细的块体；水平梁1-1和两个竖直梁1-2按照U型设置，两个驱动足1-3的上端面分别与一个竖直变幅杆1-2-1的小端面连接；两个驱动足1-3的一个侧面分别与水平变幅杆1-1-1的小端面连接；金属基体1还包括三个法兰1-4和三个薄壁梁1-5，水平梁1-1和两个竖直梁1-2的内侧面均设置有一个法兰1-4，在水平梁1-1与法兰1-4之间、竖直梁1-2与法兰1-4之间均加工有薄壁梁1-5；所述水平梁1-1、两个竖直梁1-2的前、后表面分别固定连接有一片压电陶瓷片2，所有压电陶瓷片2均沿厚度方向极化，水平梁1-1上设置的两片压电陶瓷片2极化方向相反，每个竖直梁1-2上设置的两片压电陶瓷片2极化方向相反，两个竖直梁1-2的前表面设置的两片压电陶瓷片2极化方向相反。

本发明的贴片式纵振复合双足压电超声电机振子利用一个水平梁和两个竖直梁的纵向振动复合实现双足直线致动，压电陶瓷片设置于水平梁和竖直梁纵向振动波形的波节附近；振子在工作时采用频率为振子谐振频率、相位差为90o的两相交流电压信号进行；其中水平梁上的两片压电陶瓷片为一组，采用同相电压进行激励，竖直梁上的四片压电陶瓷片为一组，采用另外一相电压进行激励；竖直梁的纵向振动则会引起驱动足竖直方向的振动（参见图4），水平梁的纵向振动会引起驱动足水平方向的振动（参见图5）；两个正交纵向振动的叠加会在驱动足出产生椭圆轨迹的运动（参见图6），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。如果调整两相激励信号的相位差为-90o，可以实现反向驱动。水平变幅杆和竖直变幅杆均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。

本发明的贴片式纵振复合双足压电超声电机振子采用贴片结构，结构简单，加工装配十分简便，对零件加工精度要求较低，且易于实现微型化和集成化。

附图说明

图1是本发明所述的贴片式纵振复合双足压电超声电机振子的的立体结构示意图，图2是图1所示振子中金属基体1的立体结构示意图，图3是图1中压电陶瓷片2的极化方向示意图，图4为图1所示振子工作时所利用的竖直振动模态的阵型图，图5分别为图1所示振子工作时所利用的水平振动模态的阵型图，图6是图1所示的振子工作时推动动子运动的示意图（振型变化示意图）；其中标记A为预压力方向；B为动子运动方向；C为动子。

具体实施方式