[发明专利]一种非正弦周期谐振的压电振子

说明书

本发明公开一种非正弦周期谐振的压电振子，由基体、质量体、U形支架、支承支架、弯曲支架和压电片构成，两个等质量的质量体分别通过等刚度的U形支架和支承支架以及不等刚度的弯曲支架连接在基体的左右两侧，两个压电片分别粘贴在两侧弯曲支架的外侧面，压电振子具有一阶横向振动模态和二阶横向振动模态两个有效的固有振动模态，改变两侧弯曲支架的厚度比值可调整压电振子两个振动模态的固有频率比值为1：2或1：3，采用两个压电片分别激励产生两个固有频率下的正弦谐振，使得压电振子的基体合成谐振状态下的近似锯齿波或方波振动。本发明整体结构简单、频率匹配方便，有望作为关键部件构造出新型压电功率驱动马达。

技术领域

本发明涉及压电技术领域，具体涉及一种非正弦周期谐振的压电振子。

背景技术

压电振子利用压电材料的逆压电效应，在交流电压的激励下产生弹性结构的微幅振动，当交流电压的激励频率与压电振子振动模态的固有频率一致时，压电振子进入谐振状态，高频正弦振动的幅值获得极大的提高，从而具有极强的功率驱动能力。因此，工作在谐振状态的压电振子在超声雾化器、超声手术刀、超声马达等压电功率器件上得到广泛的应用。

近年来，多项专利申请涉及具有非正弦周期谐振功能的压电振子。专利申请CN106899229A，名称为“一种谐振冲击式压电旋转马达”，由压电扭转圆管、金属圆管和金属套筒构成压电复合定子，利用金属套筒调整压电复合定子的一阶扭转振动固有频率和三阶扭转振动固有频率满足1：2关系，从而合成谐振状态下的近似锯齿波振动。专利申请CN106602927A，名称为“一种谐振方波同步钳位压电直线马达”，在三角形板顶部设有频率调整块和频率调整孔，调整三角形板第一阶弯曲振型频率和第二阶弯曲振型频率满足1：3关系，从而合成谐振状态下的近似方波振动。上述新型压电马达将传统冲击式和尺蠖式压电马达的驱动频率从准静态频率范围扩展到谐振频率，功率驱动能力获得极大的提升。

上述具有非正弦周期谐振功能的压电振子是构成新型压电功率驱动马达的关键部件，然而上述压电振子两个振动模态的固有频率需满足特定的比例关系，而两个振动模态的固有频率在传统结构下难以满足所需的比例关系，固有频率的调整结构和匹配方法仍然是上述新型压电功率驱动马达发展的难点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种非正弦周期谐振的压电振子，存在两个有效的固有振动模态，可以通过可靠的固有频率调整结构和匹配方法，实现两个固有频率的比值满足1：2或1：3的关系。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种非正弦周期谐振的压电振子，其特征在于：包括基体、质量体、U形支架、支承支架、弯曲支架和压电片；

所述基体的左侧设置有U形支架A，质量体A通过内部的支承支架A和外部的弯曲支架A与U形支架A的两臂连接，弯曲支架A的外侧面粘贴有压电片A；

所述基体的右侧设置有U形支架B，质量体B通过内部的支承支架B和外部的弯曲支架B与U形支架B的两臂连接，弯曲支架B的外侧面粘贴有压电片B。

所述质量体、U形支架、支承支架在基体左右两侧对称设置，质量体A和质量体B的质量相等，U型支架A和U形支架B的刚度相等，支承支架A和支承支架B的刚度相等；

所述基体的内部对称设置有镂空通孔，调整基体的质量为质量体质量的2～4倍；

所述弯曲支架A和弯曲支架B的刚度不等，弯曲支架B的厚度为弯曲支架A厚度的2～6倍。

本发明中，压电振子存在两个有效的固有振动模态，即一阶横向振动模态和二阶横向振动模态。在基体的质量是质量体质量2～4倍的情况下，调整弯曲支架B的厚度是弯曲支架A厚度的2～6倍范围内，可获得一阶横向振动模态和二阶横向振动模态的固有频率比值为1：2或1：3。