[發明專利]貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子

無效

• 申請號: 201110316741.7
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102437786A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉英想;石勝君;劉軍考;陳維山
• 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 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及到一種貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子，屬于壓電超聲電機技術領域。

背景技術

壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動，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，進而通過定子、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，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。

公開日為2010年1月20日、公開號為CN101630925A、發明名稱為“方形旋轉超聲電機振子”的專利申請，它首次提出了一種封閉方形結構的夾心式旋轉型超聲電機新構型，通過四個同樣的縱振換能器實現四個驅動足處橢圓軌跡振動的激勵，實現了縱振能量的高效利用；但是，采用螺柱預緊使得該振子結構較為復雜、難于實現微型化，并且該振子對裝配精度和各個零部件加工精度要求極高，在加工和裝配精度無法達到要求時會導致振子內部存在較大內應力、壓電陶瓷預壓力施加不均勻等問題的存在，從而導致振子無法正常工作。

發明內容

為了解決現有方形旋轉超聲電機振子存在的構型復雜、難于實現微型化、對加工和裝配精度要求苛刻等問題，本發明提供了一種貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子。

貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子，包括正方形金屬基體和二十片縱振壓電陶瓷片；正方形金屬基體包括四個梁、八個變幅桿、四個驅動足、四個薄壁梁和法蘭，四個梁的結構完全相同，所述梁是截面為矩形的四棱柱體；八個變幅桿的結構完全相同，所述變幅桿是截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體；每個梁的兩個端面各設置有一個變幅桿共同構成復合梁，四個復合梁組成正方形結構；相鄰兩個復合梁之間通過一個驅動足連接；每個梁的內側面中心位置均設置有一個薄壁梁，所述每個薄壁梁均與該薄壁梁所對應的復合梁垂直；法蘭通過四個薄壁梁的與四個復合梁固定連接；每個梁的外側面、上側面和下側面各設置有一片縱振壓電陶瓷片，每個梁的內側面在薄壁梁兩側對稱設置有兩片縱振壓電陶瓷片。

本發明的貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子采用一體化的方形金屬基體與壓電陶瓷粘結的方式進行激勵，由于舍棄了螺柱預緊方式，使得結構得到極大簡化，便于實現振子的微型化，也極大程度的簡化了加工和裝配工藝；金屬基體的一體化結構避免了螺柱預緊方式中振子內部存在內應力的問題，金屬基體與壓電陶瓷之間所采用的粘結方式則避免了壓電陶瓷預壓力施加不均勻的問題。因此，本發明的貼片式方形四足旋轉超聲電機振子成功的克服了方形旋轉超聲電機振子構型復雜、難于實現微型化、對加工和裝配精度要求苛刻等問題。

本發明的貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子中的壓電陶瓷片采用幅值相等、頻率為振子自身諧振頻率、相位差為+90°的兩相交流電壓信號激勵(軸線相互平行的兩個復合梁上的壓電陶瓷采用同一相電壓進行激勵)，利用壓電陶瓷片的伸縮振動在振子中激勵出兩個振動模態(振子的兩個振動模態如圖4和圖5所示)，兩個振動模態疊加在四個驅動足表面質點產生橢圓運動軌跡，當四個驅動足和圓筒型轉子內表面接觸時，通過驅動足和轉子之間的摩擦耦合實現轉子的宏觀運動輸出。如果調整兩路激勵信號的相位差為-90°，可以實現反向驅動。變幅桿采用變截面設計起到振動能量的聚斂作用，可提高驅動足表面質點的振幅和振速，使得電機性能得到提高。四個驅動足同時參與驅動，可以成倍提高電機的機械輸出能力，并且該振子充分利用了振動產生了能量，可提高輸出效率。

本發明的貼片式正方形四足旋轉超聲電機振子具有結構簡單、設計靈活、易于實現微型化、加工和裝配簡單、可系列化生產的優點。

附圖說明

圖1是本發明所述的貼片正方方形四足旋轉超聲電機振子的俯視圖，圖2是圖1所示的振子的立體結構示意圖，圖3是圖1所示的振子中正方形金屬基體1的立體結構示意圖，圖4和圖5是圖1所示的振子的兩個基本振動模態振型示意圖。

具體實施方式