[發明專利]基于壓電陶瓷多振動模式的Z型結構單模態駐波型直線超聲波電機

有效

• 申請號: 201811517741.1
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109600071B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 陸旦宏;林秋香;郝思鵬;胡霞;劉海濤;蔣春容;徐艷
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發明提供一種基于壓電陶瓷多振動模式的Z型結構單模態駐波型直線超聲波電機，包括定子與動子，定子包括上表面壓電陶瓷、左端壓電陶瓷、右端壓電陶瓷、左驅動足、右驅動足和金屬彈性體，金屬彈性體采用Z型金屬彈性體，金屬彈性體包括彈性體中部和凸出部，彈性體中部和凸出部整體呈現為Z型結構，凸出部與彈性體中部的兩端分別形成左邊槽、右邊槽，左端壓電陶瓷粘結在左邊槽內，右端壓電陶瓷粘結在右邊槽內；本發明在電機定子的金屬彈性體端部以及上表面粘貼壓電陶瓷，與傳統的單獨在彈性體上表面粘結壓電陶瓷相比，可以增大定子的振動幅度，體積小、結構緊湊、電機輸出更大。

技術領域

本發明涉及一種基于壓電陶瓷多振動模式的Z型結構單模態駐波型直線超聲波電機。

背景技術

目前流行的駐波型直線超聲波電機主要是基于壓電陶瓷的橫向振動模式和縱向振動模式來激勵出定子的復合模態，壓電陶瓷主要粘貼于金屬彈性體的頂部、底部和正面用以同時激發出兩種工作模態來復合而成一種定子的新型工作模態，形成橢圓運動，進而驅動動子直線運動。復合模態直線超聲波電機定子結構必須同時考慮多個模態振型的激勵，因此其定子設計過程相對復雜。單模態直線型超聲波電機只需考慮一種模態的激勵，定子設計過程相對簡單。

目前對于絕大多數單模態駐波型直線超聲波電機來說，壓電陶瓷只粘貼彈性體上表面，利用壓電陶瓷橫向振動模式激發出定子的金屬彈性體的一階彎振模態，使驅動足產生斜直線運動，推動動子前進。這種結構方式下，存在著輸出較小的問題。

上述問題是在駐波型直線超聲波電機的設計過程中應當予以考慮并解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于壓電陶瓷多振動模式的Z型結構單模態駐波型直線超聲波電機，定子所包含的三片壓電陶瓷一片粘貼于彈性體上表面，其余兩片與Z型彈性體兩端部凸出處形成的凹陷部位緊密粘結，與目前流行的直線型超聲波電機相比，該電機結構緊湊，輸出更大，適合小型精密裝置的驅動，解決現有技術中存在的輸出較小，相對不理想的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種基于壓電陶瓷多振動模式的Z型結構單模態駐波型直線超聲波電機，包括定子與動子，定子包括上表面壓電陶瓷、左端壓電陶瓷、右端壓電陶瓷、左驅動足、右驅動足和金屬彈性體，金屬彈性體采用Z型金屬彈性體，金屬彈性體包括彈性體中部和凸出部，彈性體中部的兩端分別設有伸出的凸出部，其中一端的凸出部緊挨金屬彈性體的上表面，另一端的凸出部緊挨金屬彈性體的下表面，彈性體中部和凸出部整體呈現為Z型結構，上表面壓電陶瓷設于彈性體中部的上表面，彈性體中部的下表面兩端分別設有左驅動足、右驅動足，且左驅動足、右驅動足均設于彈性體中部與動子間，凸出部與彈性體中部的兩端分別形成左邊槽、右邊槽，左端壓電陶瓷粘結在左邊槽內，右端壓電陶瓷粘結在右邊槽內。

進一步地，左驅動足偏離定子左側駐波波節位置，右驅動足偏離定子右側駐波波節位置，偏離方向和偏離距離都相同，偏離距離均為八分之一基波波長，動子放置于左驅動足、右驅動足兩驅動足下方。

進一步地，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷的極化方向均為Z軸正方向，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷兩塊壓電陶瓷施加電場方向分別為X軸正方向和X軸負方向，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷的工作模式均為扭轉振動模式；上表面壓電陶瓷的極化方向為Z軸正方向，施加電場方向為Z軸負方向，上表面壓電陶瓷的工作模式為伸縮振動模式；左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷的扭轉振動模式以及上表面壓電陶瓷的伸縮振動模式兩種模式共同工作。

進一步地，左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷的扭轉振動通過Z型金屬彈性體的凸出部傳遞給整個定子的金屬彈性體，使金屬彈性體發生彎振。

進一步地，上表面壓電陶瓷、左端壓電陶瓷和右端壓電陶瓷三塊壓電陶瓷施加相同時間相位的交流電壓，各自在定子的金屬彈性體中激振出的一階彎振具有相同時間相位和空間相位，三者互相疊加。