[發明專利]分區激勵式三自由度超聲電機振子

有效

• 申請號: 201410293174.1
• 申請日: 2014-06-25
• 公開（公告）號: CN104022678A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 陳維山;楊小輝;劉英想;劉軍考;石勝君
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;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。

夾心式超聲電機采用壓電陶瓷高機電耦合效率的d33模式工作，可有效提高電機的機械輸出特性。但是，傳統的壓電金屬復合梁縱彎復合振動激勵必須采用縱振陶瓷和彎振陶瓷兩部分陶瓷，例如公開日為2003年1月1日、公開號為CN1388637A、發明名稱為“單定子三自由度超聲電機”的專利申請，它提出了一種單定子三自由度超聲電機，其結構相對簡單，可精確實現三自由度運動；但是，該電機依舊采用縱振陶瓷和彎振陶瓷兩部分陶瓷來分別激勵縱向振動和彎曲振動，兩部分陶瓷的共同存在既增大了電機振子的質量，又增長了電機振子的長度；且在電機僅利用單向彎曲振動時，部分彎振陶瓷未被激勵而閑置，造成陶瓷材料的浪費。

發明內容

本發明是為了解決現有三自由度超聲電機的陶瓷材料利用不充分，造成材料浪費的問題，從而提供了一種分區激勵式三自由度超聲電機振子。

分區激勵式三自由度超聲電機振子，它包括兩個端蓋1、四片壓電陶瓷片2、法蘭3、兩個薄壁梁4、兩個安裝座5、兩個絕緣套6和十個電極片7；

端蓋1是一端為螺紋孔，、另一端為沉孔的塊體，所述沉孔上邊緣為球體驅動邊界，該邊界為圓形；所述法蘭3的兩個端面上分別設置有一個螺柱3-1，每個螺柱3-1上均套有一對壓電陶瓷片2，位于上方的端蓋1與法蘭3之間壓緊有一對壓電陶瓷片2，位于下方的端蓋1與法蘭3之間壓緊有一對壓電陶瓷片2；在法蘭3和壓電陶瓷片2之間、兩片壓電陶瓷片2之間分別固定有電極片7，兩片壓電陶瓷片2之間的電極片7為四個相同的小型電極片，且所述同一平面內的四個電極片之間留有間隙；螺柱3-1與壓電陶瓷片2、電極片7之間設置有絕緣套6，所述兩個薄壁梁4對稱設置于法蘭3的兩個側面上，兩個安裝座5分別設置于兩個薄壁梁4的外側。

本發明的有益效果是：本發明的分區激勵式三自由度超聲電機振子中的壓電陶瓷元件采用夾心結構，采用壓電陶瓷高機電耦合效率的d33模式工作，可以有效提高振子機電耦合效率、改善機械輸出能力。薄壁梁可以實現彈性支撐和振動隔離，將安裝座與其它構件的聯接對振子的彎曲振動模態的影響程度降到最低。本發明的分區激勵式三自由度超聲電機振子僅采用兩對壓電陶瓷片，實現了結構的簡化，節省了陶瓷材料的使用；并且在球體的三種驅動模式中，充分激勵振子中所有的壓電陶瓷，實現了壓電陶瓷的最大化利用，利用率同比提高了20％。特別是在驅動球體繞豎直軸旋轉時，通過改進陶瓷的激勵方式，有效提高了振子的驅動性能。

本發明的分區激勵式三自由度超聲電機振子具有結構簡單、設計靈活、機電耦合效率高、可實現大力矩輸出、性能穩定、易于控制、可系列化生產的優點。

附圖說明

圖1為分區激勵式三自由度超聲電機振子的剖視圖；

圖2為圖1振子的立體結構示意圖；

圖3為圖1中四片壓電陶瓷片2的極化方向示意圖；

圖4為圖1中十個電極片7的立體布局示意圖；

圖5為圖1所示振子的一階縱振模態振型示意圖；

圖6為圖1所示振子的二階彎振模態振型示意圖；

圖7為圖1所示振子的另一個二階彎振模態振型示意圖；

圖8為驅動球體的三種旋轉模式示意圖，雙向箭頭代表球體可旋轉方向。

具體實施方式

具體實施方式一：下面結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式所述的分區激勵式三自由度超聲電機振子，它包括兩個端蓋1、四片壓電陶瓷片2、法蘭3、兩個薄壁梁4、兩個安裝座5、兩個絕緣套6和十個電極片7；