[發明專利]縱彎復合換能器式雙圓筒形行波超聲電機振子

無效

• 申請號: 200910072700.0
• 申請日: 2009-08-19
• 公開（公告）號: CN101626206A
• 公開（公告）日: 2010-01-13
• 發明（設計）人: 陳維山;劉英想;劉軍考;石勝君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/12
• 分類號: H02N2/12
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種縱彎復合換能器式雙圓筒形行波超聲電機振子，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，通過摩擦耦合作用來產生驅動力的電機。它利用壓電陶瓷的逆壓電效壓，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，然后在彈性體表面特定點或特定區域形成具有特定軌跡的質點運動，再通過定子、轉子之間的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動。超聲電機由于具有低速大轉矩、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。?

出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前壓電超聲電機振子大多采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，這種激勵方式采用壓電陶瓷的d₃₁振動模式，d₃₁振動模式是陶瓷片沿長度方向伸縮振動的模式，由于這種振動模式材料抗拉強度低并且實現能量轉換的機電耦合效率低，同時受粘貼膠層的強度和疲勞壽命的限制，使超聲電機的機械輸出能力受到嚴重制約；對于采用多個換能器式振子驅動的壓電超聲電機，由于每個振子在加工、粘貼以及裝配等過程中很難保證完全一致，使振動特性存在差異，進而引起振子表面質點振動軌跡的畸變，同樣降低超聲電機的機械輸出能力和可控性。?

發明內容

本發明的目的是為了解決目前的超聲電機振子采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，使超聲電機的機械輸出能力受到制約，以及采用多個換能器同時驅動時存在的難以保證多個換能器完全一致而導致的振子表面質點振動軌跡的畸變，降低超聲電機的機械輸出能力和可控性的問題，提供了一種縱彎復合換能器式雙圓筒形行波超聲電機振子。?

本發明包括縱彎復合夾心換能器和兩個圓筒，所述圓筒的內壁沿圓周向均勻分布多個梳狀驅動齒，多個梳狀驅動齒沿圓筒的軸向與中心軸線平行；?

所述縱彎復合夾心換能器由兩個前端蓋、兩片第一彎振壓電陶瓷片、兩片第二彎振壓電陶瓷片、兩片第一縱振壓電陶瓷片、兩片第二縱振壓電陶瓷片、兩片第一電極片、兩片第二電極片、兩片第三電極片、兩片第四電極片、法蘭、兩個螺柱和兩個絕緣套組成；?

前端蓋由長方體和六面體兩部分制成一體，前端蓋的厚度與圓筒的高度相等，六面體的大端面與長方體的一面重合，六面體的小端面與圓筒的外表面制成一體，六面體由大端面至小端面的截面為逐漸變細的矩形；前端蓋的長方體一側的端面中心處具有帶內螺紋的盲孔；?

法蘭中心的兩側分別連接一個螺柱，每個螺柱上從與法蘭相連接端起依次套接一片第一縱振壓電陶瓷片、一片第一電極片、一片第二縱振壓電陶瓷片、一片第二電極片、一片第一彎振壓電陶瓷片、一片第三電極片、一片第二彎振壓電陶瓷片、一片第四電極片，每個螺柱的另一端分別通過一個帶內螺紋的盲孔與一個前端蓋固定連接；每個螺柱與第一縱振壓電陶瓷片、第一電極片、第二縱振壓電陶瓷片、第二電極片、第一彎振壓電陶瓷片、第三電極片、第二彎振壓電陶瓷片和第四電極片之間套有一個絕緣套；?

所述兩片第一縱振壓電陶瓷片、兩片第二縱振壓電陶瓷片、兩片第一彎振壓電陶瓷片和兩片第二彎振壓電陶瓷片分別沿厚度方向極化，所述每個螺柱上的第一縱振壓電陶瓷片和第二縱振壓電陶瓷片的極化方向相反，每個螺柱上的第一彎振壓電陶瓷片和第二彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片第一彎振壓電陶瓷片和第二彎振壓電陶瓷片的對稱切分的左半片和右半片的極化方向相反。?

本發明的優點是：?

本發明中的壓電陶瓷元件采用夾心結構，采用壓電陶瓷元件高機電耦合效率的d₃₃振動模式工作，d₃₃振動模式是陶瓷片沿厚度方向伸縮振動的模式，解決了粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機機電耦合效率低、機械輸出能力差的問

題；本發明采用沿厚度方向極化的彎振壓電陶瓷片實現換能器的彎曲振動的激勵，采用沿厚度方向極化的縱振壓電陶瓷片實現換能器的縱向振動的激勵；通過調整結構參數實現換能器縱振固有頻率、換能器彎振固有頻率和圓筒彎振固有頻率之間的簡并；前端蓋采用變截面設計起到振動能量的聚斂作用，可提高振子驅動齒表面質點的振幅和振速，使得采用本發明振子的超聲電機性能得到提高；采用單個換能器在圓筒振子中激勵出行波，避免采用多個換能器時存在的振動不一致問題，提高超聲電機的機械輸出能力和可控性。?

本發明具有結構簡單、設計靈活、機電耦合效率高、可實現大力矩輸出、性能穩定、易于控制、可系列化生產的優點。?

附圖說明