[發明專利]夾心式工字型四足直線超聲電機振子

有效

• 申請號: 201110435842.6
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102437782A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉英想;陳維山;馮培連;劉軍考;石勝君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 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 23109
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種夾心式工字型四足直線超聲電機振子，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的電機，它具有低速大轉矩、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，壓電超聲電機有著十分廣泛的應用。

中國專利《矩形四足直線超聲電機振子》，公開號為CN101626205A，公開日為2010年1月13日，提出了一種封閉結構的夾心式直線型超聲電機新構型，它通過四個按照矩形布置的縱振換能器實現四個驅動足處橢圓軌跡振動的激勵；但是，該超聲電機振子中的換能器之間存在明顯的振動耦合問題，使得換能器的實際振動狀態并不是單一的縱振，而是一種縱振和彎振疊加的復合振動；其中，縱振是通過壓電陶瓷片的主動激勵產生的，而彎振則是由相鄰換能器之間的耦合引起的；這種耦生彎振的存在會使得振子模態特征頻率偏離單個換能器諧振頻率，并會降低振子的機電轉換效率，限制振子機械輸出特性的提高。此外，這種耦生彎振的存在使得四個驅動足處的振動軌跡存在明顯的不一致性，也不利于其輸出特性的改善。

發明內容

為了消除現有矩形四足直線超聲電機振子中存在的耦生彎振所帶來的各種不利影響，本發明提供一種夾心式工字型四足直線超聲電機振子。

本發明所述夾心式工字型四足直線超聲電機振子，它包括兩個水平復合梁和一個豎直復合梁，

兩個水平復合梁和豎直復合梁呈工字形排布，

兩個水平復合梁的結構相同；所述水平復合梁由兩個水平變幅桿、兩對壓電陶瓷片、水平法蘭、預緊螺柱、絕緣套和電極片組成，豎直復合梁由兩個豎直變幅桿、兩對壓電陶瓷片、豎直法蘭、絕緣套和電極片組成，

所述水平變幅桿和豎直變幅桿的結構相同，其中所述豎直變幅桿由連接桿和變幅桿組成，所述連接桿為截面為圓形或方形的柱體，該連接桿的一端的端面中心設置有一個帶內螺紋的盲孔，該連接桿的另一端固定連接變幅桿，該變幅桿為截面為圓形或方形并且向其末端逐漸變細的塊體，并且所述變幅桿的大端面與連接桿的界面形狀相同；

每個水平復合梁的兩個水平變幅桿的盲孔分別旋合在預緊螺柱的兩端，預緊螺柱上套接水平法蘭，該水平法蘭與每個水平變幅桿之間的預緊螺柱上均套接一對壓電陶瓷片，該對壓電陶瓷片夾固在水平變幅桿與水平法蘭之間，壓電陶瓷片與預緊螺柱的接觸面之間設置絕緣套，水平變幅桿與壓電陶瓷片的接觸面之間以及每對壓電陶瓷片的兩片壓電陶瓷片之間均設置有電極片；

豎直法蘭的兩側端面中心沿其中心線分別設置向外伸出的螺柱，每根螺柱上套接一對壓電陶瓷片，每根螺柱的端部與一個豎直變幅桿的盲孔旋合，并將所述一對壓電陶瓷片壓緊，每對壓電陶瓷片與螺柱的接觸面之間設置絕緣套，豎直變幅桿與壓電陶瓷片的接觸面之間以及每對壓電陶瓷片的兩片壓電陶瓷片之間均設置有電極片；

兩個豎直變幅桿的小端面分別與兩個水平復合梁的水平法蘭的內側面固定連接。

每個豎直變幅桿和與該豎直變幅桿連接的水平法蘭為一體件。

所述電機振子還包括四片摩擦片，該四片摩擦片分別固定于四個水平變幅桿的末端。

所述摩擦片為截面與其所在水平變幅桿的末端的端面形狀相同的塊體。

所有壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，每對壓電陶瓷片中的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，兩個水平復合梁上相應位置的壓電陶瓷片的極化方向相反。

本發明的優點是：本發明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，其水平復合梁和豎直復合梁上的壓電陶瓷片分別采用兩相電壓激勵，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，兩個振動模態疊加在四個驅動足上，即四個水平變幅桿的末端，驅動足表面質點產生橢圓運動軌跡，當四個驅動足和其兩側的動子在一定預壓力下接觸時，通過驅動足和動子之間的摩擦耦合即實現了動子的宏觀運動輸出。如果調整兩路激勵信號的相位差為-90°，可以實現反向驅動。本發明中的變幅桿采用變截面設計能夠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振動產生了能量，可有效提高輸出效率。