[發明專利]分區激勵式縱彎復合超聲電機振子

有效

• 申請號: 201610012939.9
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105406759B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 劉英想;陳維山;劉軍考;石勝君;馮培連
• 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: 岳昕

技術領域

本發明涉及到一種分區激勵式縱彎復合超聲電機振子，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。

壓電超聲驅動技術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技術。壓電超聲驅動器具有低速大轉矩、無需變速機構、無電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優點。

縱彎復合超聲電機振子采用振子彈性體縱向振動和彎曲振動的復合實現驅動，在傳統的縱彎復合超聲電機振子中，激勵縱向振動和彎曲振動的壓電陶瓷元件一般單獨進行設置，也就是縱振陶瓷用于激勵縱向振動，彎振陶瓷用于激勵彎曲振動；例如公開日為2007年8月22日、公開號為CN101022256、發明名稱為“帶調頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機”的專利申請，它提出了一種帶調頻變幅桿的夾心換能器式縱彎直線超聲電機，解決了現有的夾心式縱彎復合直線超聲電機存在電機效率低下、噪聲大、磨損嚴重、難于系列化等不足，具有效率高、出力大、可系列化生產的優點。但是，該超聲電機振子采用縱振陶瓷和彎振陶瓷分別來激勵縱向振動和彎曲振動，兩種陶瓷在振子軸線方向上位于不同位置；而對于縱彎復合型超聲電機振子而言，縱振陶瓷和彎振陶瓷的最佳設置位置很多時候是重疊的；因此，這種獨立設置壓電元件的方法限制了其能量轉換效率的提高，不利于實現壓電陶瓷的最佳布置；此外，這種振子中彎振陶瓷采用兩片極化方向相反的半片壓電陶瓷組合而成，由于彎振陶瓷加工過程中難免存在厚度偏差，這種半片陶瓷組合的方式會使得各個彎振陶瓷上施加的預緊力不一致，從而大大降低機電耦合效率，引起嚴重的發熱問題。

發明內容

本發明是為了解決現有縱彎復合型超聲電機振子中存在的由縱振陶瓷和彎振陶瓷獨立設置而帶來的能量轉換效率較低、難于實現最佳布置問題，以及由半片彎振陶瓷組合方式帶來的機電耦合效率低、發熱嚴重等問題，本發明提供了一種分區激勵式縱彎復合超聲電機振子。

分區激勵式縱彎復合超聲電機振子，它包括隔板1、八片壓電陶瓷片2、兩個端蓋3、兩個驅動足4、四個接地電極片5、四個縱振電極片6和八個彎振電極片7；

隔板1左右兩側對稱設置有兩個螺柱1-1，兩個螺柱1-1均垂直于所述隔板1；八片壓電陶瓷片2對稱套裝在兩個螺柱1-1上；

隔板1同一側中從隔板1起始向外的四片壓電陶瓷片2分別稱為第一片壓電陶瓷片、第二片壓電陶瓷片、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片；兩個端蓋3分別旋合在兩個螺柱1-1的末端，用于夾緊壓電陶瓷片2；

所述兩個驅動足分別固定設置在兩個端蓋3上側面的末端位置；

所述八片壓電陶瓷片2均沿厚度方向極化，且相鄰的兩片壓電陶瓷片2極化方向相反；

隔板1左側第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片之間、第四片壓電陶瓷片和左側端蓋3之間均設置有接地電極片5；隔板1右側第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片2之間、第四片壓電陶瓷片和右側端蓋3之間均設置有接地電極片5；

隔板1左側第一片壓電陶瓷片和第二片壓電陶瓷片之間、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片之間均設置有一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7；隔板1右側第一片壓電陶瓷片和第二片壓電陶瓷片之間、第三片壓電陶瓷片和第四片壓電陶瓷片2之間均設置有一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7；

設置在同一平面內的一個縱振電極片6和兩個彎振電極片7中，縱振電極片6套裝在螺柱1-1上，兩個彎振電極片7對稱設置在縱振電極片6的上下兩側，且彎振電極片7和縱振電極片6之間留有間隙。

所有接地電極片5與激勵信號公共端連接，四片縱振電極片6與第一相驅動信號連接，隔板1的左側上部的兩個彎振電極片7和隔板1的右側下部的兩個彎振電極片7與第二相驅動信號連接，隔板1的左側下部的兩個彎振電極片7和隔板1的右側上部的兩個彎振電極片7與第三相驅動信號連接；所有驅動信號均為交流激勵信號，信號波形是方波、正弦波、梯形波或者三角波；第一相驅動信號與第二相驅動信號之間在時間上具有90度相位差，第二相驅動信號與第三相驅動信號之間在時間上具有180度相位差。