[發(fā)明專利]可實現(xiàn)雙向直線運動的夾心換能器式駐波超聲電機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710072099.6
• 申請日: 2007-04-25
• 公開（公告）號: CN101087111A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發(fā)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(yè)大學
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 劉同恩

技術領域

本發(fā)明涉及一種超聲電機。?

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(yōu)點，作為一種壓電驅動器有著十分廣泛的應用。1998年“超聲、鐵電及頻率控制”雜志(IEEE?Trans.Ultrason.，F(xiàn)erroelect.，F(xiàn)req.Contr.)第45期p1133～1139頁、名稱為“Standing?Wave?Bi-directional?Linearly?MovingUltrasonic?Motor”(駐波雙向直線運動超聲電機)提出一種可實現(xiàn)雙向直線運動的駐波超聲電機，其驅動振子結構如圖1所示。它包含板狀金屬彈性體111和壓電陶瓷片112兩部分。其中，在金屬彈性體111上加工有三個驅動齒110，并使各驅動齒位于振子三階和四階彎曲振動振型的公共的相鄰波腹和波節(jié)疊加區(qū)域；八片極化方向相同的矩形壓電陶瓷片粘貼于金屬彈性體平面處。按圖1所示通電方案a或b分別給壓電陶瓷片施加頻率為四階或三階彎曲諧振頻率的交流電壓，使振子工作在四階或三階彎曲振動諧振狀態(tài)，使各驅動齒端部產生同時向左或向右傾斜的振動軌跡，推動振子向左或向右運動。但它的不足之處在于：壓電陶瓷采用d₃₁振動模式實現(xiàn)能量轉換，而一般壓電陶瓷d₃₁能量轉換效率較低；其次膠層承受較大的剪切應力，激勵電壓較大時容易剝落，這些缺點限制了此類電機的大功率化。?

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于解決目前超聲電機存在的壓電陶瓷采用d₃₁振動模式實現(xiàn)能量轉換，而一般壓電陶瓷d₃₁能量轉換效率較低，其次膠層承受較大的剪切應力，激勵電壓較大時容易剝落的問題，提供一種可實現(xiàn)雙向直線運動的夾心換能器式駐波超聲電機。本發(fā)明由超聲驅動振子、負載支架和導軌30組成，超聲驅動振子由螺柱2、第一金屬塊3、第二金屬塊4、第三金屬塊5、第四金屬塊6、第五金屬塊7、第一組壓電陶瓷片8、第二組壓電陶瓷片9、第三組壓電陶瓷片10、第四組壓電陶瓷片11、十四個銅片電極15和四個橡?膠隔振環(huán)27組成，第一金屬塊3、第一組壓電陶瓷片8、第二金屬塊4、第二組壓電陶瓷片9、第三金屬塊5、第三組壓電陶瓷片10、第四金屬塊6、第四組壓電陶瓷片11和第五金屬塊7自左至右依次設置在螺柱2上，每組壓電陶瓷片分別為四片，每組的四片壓電陶瓷片兩兩之間分別設有一個銅片電極15，第一組壓電陶瓷片8的右端與第二金屬塊4的左端之間設有一個銅片電極15，第四金屬塊6的右端與第四組壓電陶瓷片11的左端之間設有一個銅片電極15，每組壓電陶瓷片以及銅片電極15與螺柱2之間分別設有橡膠隔振環(huán)27，第二金屬塊4、第三金屬塊5和第四金屬塊6一側的下端分別設有第一驅動齒12、第二驅動齒13和第三驅動齒14；負載支架由兩個立架21、橫板22、兩個墊片23、兩個立架螺釘24、四個橫板螺釘25和四個橡膠隔振片26組成，兩個立架21分別設置在螺柱2的兩端，兩個墊片23分別設置在兩個立架21的外側，螺柱2兩側的立架21和墊片23分別由立架螺釘24與螺柱2固定連接，螺柱2的左右兩端、第一金屬塊3的左端和第五金屬塊7的右端與兩個立架21之間，兩個立架21與兩個墊片23之間分別設有橡膠隔振片26，橫板22的兩端每端由兩個橫板螺釘25分別與兩個立架21的上端固定連接，第二金屬塊4、第三金屬塊5和第四金屬塊6下端的第一驅動齒12、第二驅動齒13和第三驅動齒14分別與導軌30相連接。?

本發(fā)明的有益效果是：利用了壓電陶瓷的縱向振動在夾心式換能器中激出彎曲振動駐波，當彎振陶瓷片組位于換能器的特定彎曲振型的波腹處時，對其施加該振型的諧振頻率同頻的電壓激勵，上下兩對陶瓷半片交替膨脹收縮，可以激發(fā)相應的彎曲駐波振動。電機工作原理基于以下客觀事實：位于彎曲駐波振動梁相鄰波腹和波節(jié)之間的驅動齒端部可以產生一定傾角的斜線振動軌跡，在這種運動軌跡下，驅動齒端對導軌施加與斜線同向的作用力，該作用力可分解為與導軌垂直的法向分量和與導軌平行的軸向分量，軸向分力推動電機沿軸向運動。實現(xiàn)電機雙向動的關鍵是合理布置驅動齒位置，使各驅動齒同時位于各波腹左側或右側，則各齒端產生同一傾向振動斜線軌跡。?

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的駐波雙向直線運動超聲電機結構外形圖，

圖2是本發(fā)明可?實現(xiàn)雙向直線運動的夾心換能器式駐波超聲電機結構示意圖，

圖3是本發(fā)明可實現(xiàn)雙向直線運動的夾心換能器式駐波超聲電機剖視圖，