[发明专利]一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子

说明书

本发明公开一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子，包括多片扇形的压电单晶片，各扇形的压电单晶片围成环形，各压电单晶片均沿其厚度方向极化，相邻的两个压电单晶片极化方向相反，解决了现有压电陶瓷环型超声电机低温环境下的使用受限、用于大尺寸环型超声电机定子的单晶环难于加工、单晶各向异性的影响等问题，与环片式压电单晶环型超声电机相比较，贴片式高性能压电单晶环形超声电机性能有所提升，功率密度增大，输出力矩增大，并且加工装配工艺简便，结构紧凑。

【技术领域】

本发明属于超声电机技术领域，涉及一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子。

【背景技术】

超声电机作为一种新型驱动电机，与传统的电磁电机相比，超声电机无磁极与绕组，不依靠电磁场传递能量，而是利用压电材料的逆压电效应，在金属弹性体中激发超声频段内的振动，进而通过共振放大以及定子与转子之间的摩擦耦合作用，将压电材料的微观变形转化成转子的宏观机械运动。超声电机具有不受电磁干扰，低速大转矩，动态响应快，结构简单，断电自锁等优点。

由于压电陶瓷在低温环境下压电性能的严重退化，现有的环片式压电陶瓷环型超声电机在低温环境下使用受到限制；存在用于大尺寸环型超声电机定子的单晶环难于加工、单晶各向异性影响的问题。

【发明内容】

本发明目的在于克服现有技术方案的不足，提供了一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子，解决了现有压电陶瓷环型超声电机低温环境下的使用受限、用于大尺寸环型超声电机定子的单晶环难于加工、单晶各向异性影响等问题。

为达到上述目的，本发明专利是采取如下技术方案予以实现的：

一种高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子，包括多片扇形的压电单晶片，各扇形的压电单晶片围成环形，并且各压电单晶片沿同一圆周布置，多片压电单晶片的上表面和下表面分别镀有电极，各压电单晶片的上表面位于同一平面上、下表面位于同一平面上，各压电单晶片均沿其厚度方向极化，各压电单晶片分为A区、B区和R区，A区和B区中各压电单晶片宽度为λ/2，R区压电单晶片宽度为λ/4，其中λ为行波波长，A区和B区中相邻的两个压电单晶片极化方向相反，R区的压电单晶片极化方向与相邻的A区和B区的两个压电单晶片极化方向相反。

进一步，所述多片压电单晶片上下表面为金电极或银电极。

进一步，所述多片压电单晶片为压电性能一致、单晶片加工方向一致、材料均匀性一致且厚度方向均为[001]方向的单晶。

进一步，所述多片压电单晶片为高性能压电单晶材料。

进一步，所述高性能压电单晶材料为铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅或铌镁酸铅-钛酸铅中的一种。

进一步，包括十七片扇形压电单晶片，A区和B区各包括8片压电单晶片，宽度均为宽度为λ/2，R区包括1片，宽度为λ/4。

本发明存在以下优点：

1)、本发明的超声电机用振子采用多片扇形的压电单晶片围成环形构成，使得超声电机定子刚度减小，从而减小定子谐振频率，降低了电机定子的机械损耗和压电单晶的机械损耗。

2)、因高性能压电单晶生长过程中存在成分分凝现象，本发明的振子采用多片扇形的压电单晶片围成环形构成，可以根据多个单片压电单晶片性质调整布置位置，消除了单晶材料成分均匀性对超声电机性能的影响。在工程应用中，超声电机工作中，若是某个特定的单晶片断裂，可以更换该特定单晶片。大尺寸单晶环的加工工艺目前还不成熟，独立小尺寸单晶片加工更为方便。

3)、本发明的超声电机用振子采用压电单晶片围构成，使得在低温等特殊环境下，超声电机的性能稳定，并且提高超声电机的功率密度。

4)、高性能压电单晶贴片式环型超声电机用振子使得超声电机定子在Z方向的位移增大，在相同摩擦系数的情况下，摩擦力增大，超声电机的输出力矩也增大。