[發明專利]一種縱彎復合模態的直線超聲電機

無效

• 申請號: 200910192152.5
• 申請日: 2009-09-08
• 公開（公告）號: CN101656490A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 張鐵民;羅平;梁莉
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種超聲電機，尤其涉及一種螺栓軸型縱彎復合模態的直線超聲電機。

背景技術

直線超聲電機是利用壓電陶瓷的逆壓電效應和超聲振動，將彈性材料的微觀變形通過共振放大和摩擦耦合轉換成動子的宏觀直線運動的一種新型電機。它與傳統電磁式直線電機相比，具有結構簡單、緊湊、功率密度大、定位精度高、靈敏度高、可斷電自鎖、不需運動轉換機構即可直接輸出直線運動等一系列優點。

目前，直線超聲電機通常采用圓柱體蘭杰文振子，利用縱、彎等復合振動模態，為使振子表面質點產生橢圓運動軌跡，振子縱向和彎曲振動頻率必須趨于一致，但由于圓柱體復合振子圓截面的對稱性，在同一或相近頻率激勵下，將必然同時存在繞X軸和繞Y軸的同頻彎曲振動，使所設計的直線超聲電機效率和可靠性降低。另外，采用圓柱體復合振子，在裝配過程中難于保證激勵振子彎曲振動的壓電陶瓷片對正。因此也使直線超聲電機的效率、驅動力、驅動速度及可靠性等性能降低，難于實現工業化應用。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種縱彎復合模態的直線超聲電機，該電機相對于其他采用圓柱形蘭杰文振子和其它利用縱彎模態的直線超聲電機，其優點是便于設計、制造和安裝、結構簡單、可靠性高、成本低。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：一種縱彎復合模態的直線超聲電機，包括底座、設于底座上的復合振子、給復合振子加壓的預壓力機構及與復合振子接觸的動子，該復合振子包括壓電陶瓷片、與壓電陶瓷片電連接的電極片及與壓電陶瓷片連接且與動子接觸的驅動頭，壓電陶瓷片分兩組，分別用以激勵驅動頭的彎曲振動模態和縱向振動模態，所述復合振子整體呈棱柱型。

所述壓電陶瓷片橫截面為矩形，中間設有通孔，其中一組沿軸向同向極化的壓電陶瓷片為縱振壓電陶瓷片，每兩個縱振壓電陶瓷片為一組，且反極化方向連接，其公共接觸區為電源信號輸入端，非公共接觸區為輸入地端；另外一組壓電陶瓷片沿矩形面長度方向分成兩個對稱的極化區，并沿厚度方反向極化，為彎振壓電陶瓷片，每兩個彎振壓電陶瓷片為一組，反極化方向連接，其公共接觸區為電源信號輸入端，非公共接觸區為輸入地端。

所述復合振子還包括蓋板，預壓力機構通過該蓋板給復合振子加壓。

所述預壓力機構包括插裝于底座底部的預壓力施加螺釘、設于預壓力施加螺釘末端的預壓力螺母、與預壓力螺母接觸的預壓彈簧及與預壓彈簧連接的預緊螺栓，該預緊螺栓依次插裝于蓋板、兩組壓電陶瓷片及驅動頭的中孔內，將蓋板、兩組壓電陶瓷片及驅動頭串接一起。

所述動子包括線性滑軌及設于線性滑軌底部的滾珠。

所述驅動頭采用變截面超聲變幅桿。

線性滑軌上或者驅動頭與線性滑軌接觸部位涂復有耐磨材料。

所述蓋板與驅動頭均為金屬彈性體。

與現有技術相比，本發明具有如下優勢：

發明將復合振子整體設計成棱柱型，就由于棱柱體復合振子圓截面的不對稱性，在同一或相近頻率激勵下，可以避免同時繞X軸和繞Y軸的同頻彎曲振動，使所設計的直線超聲電機效率和可靠性提高。另外，采用棱柱體復合振子，在裝配過程中易于保證激勵振子彎曲振動的壓電陶瓷片對正。因此可使直線超聲電機的效率、驅動力、驅動速度及可靠性等性能提高，易于實現工業化應用。

附圖說明

圖1為本發明的縱彎復合模態的直線超聲電機的結構示意圖；

圖2為縱振壓電陶瓷片分區極化示意圖；

圖3為彎振壓電陶瓷片分區極化示意圖；

圖4a為復合振子的正面結構圖，圖4b為復合振子的側面結構圖；

圖5為直線超聲電機所利用模態及模態復合示意圖。

圖1及圖4中標號名稱是：1-底座，2-蓋板，3-彎振壓電陶瓷片(分區極化)，4-縱振壓電陶瓷片(同向不分區極化)，5-驅動頭，6-電極片，7-滾珠，8-線性滑軌，9-預緊螺栓，10-預壓彈簧，11-預壓力螺母，12-預壓力施加螺釘。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。

如圖1至圖5所示，一種縱彎復合模態的直線超聲電機，包括底座1、設于底座1上的復合振子、給復合振子加壓的預壓力機構及與復合振子接觸的動子，該復合振子包括壓電陶瓷片、與壓電陶瓷片電連接的電極片6及與壓電陶瓷片連接且與動子接觸的驅動頭5，壓電陶瓷片分兩組，分別用以激勵驅動頭的彎曲振動模態和縱向振動模態，所述復合振子整體呈棱柱型。