[發明專利]單驅動足夾心換能器式縱彎直線超聲電機

無效

• 申請號: 200710071944.8
• 申請日: 2007-03-26
• 公開（公告）號: CN101072000A
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 陳維山;石勝君;劉軍考;謝濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/08
• 分類號: H02N2/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種直線超聲電機，屬于壓電超聲電機技術領域。

背景技術

超聲電機是一種利用超聲振動能量，并通過摩擦作用來產生驅動力的電機。具有低速大轉矩(推力)、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點，作為一種壓電驅動器有著十分廣泛的應用。目前所有的直線超聲電機在低于100V驅動電壓下運動速度一般不超過1m/s，輸出推力普遍小于30N，嚴重制約了直線超聲電機在高速大功率場合的應用。

發明內容

本發明為了解決現有的直線超聲電機運動速度低、推力小、電機效率低下的問題，進而提供一種單驅動足夾心換能器式縱彎直線超聲電機。

本發明的技術方案是：單驅動足夾心換能器式縱彎直線超聲電機，包括夾心換能器和驅動足；所述的夾心換能器由變幅桿、兩個端蓋、兩組壓電陶瓷片組、兩個法蘭螺柱、薄銅片組成；所述法蘭螺柱由法蘭和螺柱組成，螺柱上的中間位置固定設有法蘭；所述的變幅桿是由兩端向中部逐漸變細的截面為矩形的四棱體，驅動足位于變幅桿的中間位置，所述的壓電陶瓷片組由兩片彎振壓電陶瓷片和兩片縱振壓電陶瓷片組成，兩個法蘭螺柱的外側螺柱上分別裝有兩片彎振壓電陶瓷片，兩個法蘭螺柱的內側螺柱上分別裝有兩片縱振壓電陶瓷片，壓電陶瓷片組的各個壓電陶瓷片之間及壓電陶瓷片組與變幅桿的大端之間分別裝有作為電極的薄銅片，兩個端蓋分別安裝在兩個法蘭螺柱的外側螺柱上，兩個端蓋、兩組壓電陶瓷片組和薄銅片通過兩個法蘭螺柱與變幅桿的兩個大端緊固成一體；每片彎振壓電陶瓷片對稱切分成上半片彎振壓電陶瓷片和下半片彎振壓電陶瓷片，上半片彎振壓電陶瓷片和下半片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰兩片上半片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰兩片下半片彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰兩片縱振壓電陶瓷片的極化方向相反。

本發明具有以下有益效果：本發明利用壓電陶瓷片的縱向振動在夾心式換能器中激出縱向振動和彎曲振動，二者疊加在驅動足部位產生橢圓振動軌跡，產生推力，實現電機的直線運動。本發明通過調整變幅桿的大小端面積之比即變幅比、變幅桿的矩形截面長短邊之比以及端蓋長度來實現縱彎頻率簡并的。變幅桿采用變截面設計起到聚集振動能量的作用，大大提高驅動足部位的振幅和振速，使電機的性能有了大幅度提高，最高速度能夠達到2m/s以上，能夠產生50N以上輸出推力，具有很好的速度穩定性。本發明還具有單驅動足、高速度、大推力、結構簡單等優點。

附圖說明

圖1為本發明的立體圖，圖2是圖1的縱剖圖，圖3是壓電陶瓷片組3的極化方向示意圖，圖4是本發明的直線超聲電機在一個完整的振動周期內的振型變化及驅動原理示意圖，圖5是本發明的直線超聲電機安裝在實驗平臺上的結構示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1、圖2和圖3來說明本實施方式，本實施方式的單驅動足夾心換能器式縱彎直線超聲電機由夾心換能器、驅動足6組成，所述的夾心換能器由變幅桿1、兩個端蓋2、兩組壓電陶瓷片組3、兩個法蘭螺柱、薄銅片5組成；所述法蘭螺柱由法蘭4和螺柱14組成，螺柱14上的中間位置固定設有法蘭4；所述的變幅桿1是由兩端向中部逐漸變細截面為矩形的四棱體，驅動足6位于變幅桿1的中間位置，所述的壓電陶瓷片組3由兩片彎振壓電陶瓷片7和兩片縱振壓電陶瓷片8組成，兩個法蘭螺柱的外側螺柱14上分別裝有兩片彎振壓電陶瓷片7，兩個法蘭螺柱的內側螺柱14上分別裝有兩片縱振壓電陶瓷片8，壓電陶瓷片組3的各個壓電陶瓷片之間及陶瓷片組3與變幅桿1的大端之間分別裝有作為電極的薄銅片5，兩個端蓋2分別安裝在兩個法蘭螺柱的外側螺柱14上，兩個端蓋2、兩組壓電陶瓷片組3和薄銅片5通過兩個法蘭螺柱與變幅桿1的兩個大端緊固成一體；每片彎振壓電陶瓷片7對稱切分成上半片彎振壓電陶瓷片9和下半片彎振壓電陶瓷片10，上半片彎振壓電陶瓷片9和下半片彎振壓電陶瓷片10的極化方向相反，相鄰兩片上半片彎振壓電陶瓷片9的極化方向相反，相鄰兩片下半片彎振壓電陶瓷片10的極化方向相反，相鄰兩片縱振壓電陶瓷片8的極化方向相反；各壓電陶瓷片沿厚度方向極化，用“+”“—”表示電疇即極化方向；驅動足6的中心與法蘭4的中心的距離L為1/2或1/4縱振波長。

具體實施方式二：如圖1、圖2所示，所述變幅桿1和驅動足6采用一整塊金屬材料加工而成。減少能量損失，結構簡單易加工。

具體實施方式三：如圖1所示，所述驅動足6的上端橫截面和下端橫截面均為矩形。采有這樣的結構，可使驅動足6與導軌平面充分接觸，提高直線超聲電機的動行穩定性。其它組成及連接關系與具體實施方式一相同。