[發明專利]陶瓷嵌入式工字型四足直線超聲電機振子

有效

• 申請號: 201110435876.5
• 申請日: 2011-12-22
• 公開（公告）號: CN102497132A
• 公開（公告）日: 2012-06-13
• 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

本發明涉及一種陶瓷嵌入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，首次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，該種超聲電機振子中的換能器之間存在明顯的振動耦合問題，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

為了解決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，本發明提供了一種陶瓷嵌入式工字型四足直線超聲電機振子。

本發明所述陶瓷嵌入式工字型四足直線超聲電機振子，它包括工字型金屬基體、十二對壓電陶瓷片、十二個彈簧塊、絕緣墊片和十二片電極片，

所述工字型金屬基體由兩個水平金屬梁和豎直金屬梁組成，水平金屬梁和豎直金屬梁的形狀相同，其中水平金屬梁由梁體和兩個變幅桿組成，所述梁體為截面為圓形或方形的柱體，該梁體的兩端分別固定連接變幅桿，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梁體的連接界面形狀相同；豎直金屬梁兩端的小端面分別與兩個水平金屬梁內側面的中間位置固定連接，

每個水平金屬梁的梁體的內側面和外側面上呈鏡像對稱開有四個第一矩形通槽，并且該四個第一矩形通槽呈鏡像對稱分布在工字型金屬基體中心線的兩側；豎直金屬梁的左側面和右側面上呈鏡像對稱開有四個第二矩形通槽，并且該四個第二矩形通槽呈鏡像對稱分布在豎直金屬梁的水平中心線的兩側，

每個矩形通槽內設置一對壓電陶瓷片和一個彈簧塊，所述彈簧塊位于所述一對壓電陶瓷片的外側，每對壓電陶瓷片的兩片壓電陶瓷片之間設置一片電極片，每個矩形通槽的底面與該矩形通槽內的壓電陶瓷片和電極片之間設置有絕緣墊片。

由兩個水平金屬梁和豎直金屬梁組成的工字型金屬基體為一體件。

所有壓電陶瓷片均沿厚度方向相反，每對壓電陶瓷片中兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，相鄰對壓電陶瓷片的相鄰兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，兩個水平金屬梁上相應位置的壓電陶瓷片的極化方向相反。

所述彈簧塊的彈性伸縮方向為其所在金屬梁的長度方向。

它還包括四片摩擦片，所述四片摩擦片分別設置于兩個水平金屬梁的兩端面上。

所述摩擦片為截面與其所在水平金屬梁的端面形狀相同的塊體。

本發明的優點是：本發明在使用中，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進行激勵，其水平金屬梁和豎直金屬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，該兩個振動模態疊加在水平金屬梁的四個末端，即四個驅動足表面質點產生橢圓運動軌跡，當四個驅動足和位于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可實現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。金屬梁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，使得采用此振子的電機性能得到提高。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的能量，可有效提高輸出效率。