[發明專利]夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子

有效

• 申請號: 201410039600.9
• 申請日: 2014-01-27
• 公開（公告）號: CN103762886A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 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: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子，屬于壓電超聲電機領域。

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，具有結構簡單、設計靈活、低速大轉矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、響應速度快、斷電自鎖、無電磁干擾且不受電磁干擾等優點。

公開日為2010年1月20日、公開號為CN101630924、發明名稱為“T型直線超聲電機振子”的專利申請，他首次提出了一種T型單足直線壓電超聲電機振子，采用水平夾心換能器和豎直夾心換能器縱向振動的復合實現了驅動足處橢圓軌跡振動的高效激勵，具有機電耦合效率高、可實現大推力輸出、性能穩定、易于控制、可系列化生產的優點；但是，其三個后端蓋處的振動能量并沒有用于致動輸出，存在振動能量的閑置浪費問題；此外，該電機需要采用兩相交流電壓進行激勵，豎直換能器用于實現驅動足處豎直方向振動的激勵，水平換能器用于實現驅動足處水平方向振動的激勵，激勵方法較為復雜，驅動電源也較為復雜，豎直換能器和水平換能器上均產生的明顯的耦生彎振，振動耦合現象十分明顯。

發明內容

本發明目的是為了解決現有T型直線超聲電機振子存在振動能量閑置浪費、驅動方法復雜以及存在振動耦合的問題，提供了一種夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子。

本發明所述夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子，它包括豎直梁、2n片壓電陶瓷片、兩個變幅桿和2n片電極片，其中，n為大于等于2的偶數；所述豎直梁左右兩個側面各設置有一個螺柱，且兩個螺柱同軸，所述變幅桿為截面逐漸變細的塊體；所述每個螺柱上均套裝有n片壓電陶瓷片，兩個變幅桿通過其大端面的螺紋孔分別旋合在兩個螺柱上，實現對壓電陶瓷片的緊固；在相鄰兩片壓電陶瓷片之間、壓電陶瓷片與變幅桿之間均設置有電極片；所有壓電陶瓷片均沿螺柱軸線方向極化，且相鄰兩片壓電陶瓷片極化方向相反。

本發明的優點：本發明的夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子在工作時只采用單相交流電壓信號進行激勵，激勵方法十分簡單，通過壓電陶瓷片的伸縮振動實現壓電金屬復合梁的縱向振動的激勵；實際工作時，豎直梁的下端和外部基座固定連接，使得本發明中的振子中復合梁的縱向振動的振型（參見圖4）相對于自由梁縱向振動振型（參見圖5）產生了明顯的變化。對于自由梁縱向振動而言，變幅桿末端的振動位移為沿梁軸線方向；而對于本發明中的振子中復合梁的縱向振動而言，由于豎直梁采用了固定的邊界條件，變幅桿末端的振動位移不僅有軸向分量，同時有橫向分量；變幅桿末端的橫向分量可以用于推動動子實現直線運動輸出，軸向分量則用來克服動子和振子之間的預壓力（參見圖5）。

本發明的超聲電機振子的兩側變幅桿都可以用于致動輸出，能量利用率高，不存在振動能量的閑置浪費問題；此外，只采用一個水平梁的縱向振動實現了變幅桿末端斜線軌跡振動的激勵，不存在振動耦合問題，有利于提高能量的轉換效率，也使得結構得到了很大程度上的簡化，加工裝配也十分簡單；變幅桿采用變截面設計可以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。

本發明的夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子通過采用固定邊界條件的方法實現了單縱振換能器雙側驅動足直線致動輸出的功能，結構簡單，加工裝配十分簡便，激勵方法簡單，能量利用率高，且易于實現系列化生產。

附圖說明

圖1是本發明所述夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子的結構示意圖，其中n為2；

圖2是本發明所述夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子的俯視剖面圖；

圖3是壓電陶瓷片的極化方向示意圖；

圖4是本發明所述夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子工作時所利用的振動模態的振型圖；

圖5是自由邊界條件下壓電換能器縱向振動模態的振型圖；

圖6是本發明所述夾心式T型雙足直線壓電超聲電機振子工作時驅動動子實現直線運動的工作原理示意圖，A表示動子，a表示水平方向，b表示豎直方向，c表示動子運動方向，d表示預壓力。

具體實施方式