[發明專利]基于同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機

有效

• 申請號: 202011019632.4
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112165273B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陸旦宏;林秋香;胡霞;徐健喬
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/02;H02N2/04;H02N2/10;H02N2/12
• 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同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機，包括定子單元、上動子與下動子，上動子與下動子分別設于定子單元的上下兩側，定子單元包括金屬彈性體、右端斜壓電陶瓷、左端斜壓電陶瓷、上驅動足和下驅動足，金屬彈性體的左右兩端分別設有右端斜壓電陶瓷和左端斜壓電陶瓷，右端斜壓電陶瓷和左端斜壓電陶瓷的正截面均為平行四邊形，金屬彈性體的上下兩側分別設有上驅動足和下驅動足，且上驅動足和下驅動足分別設于金屬彈性體的彎振振幅最大處；通過依靠同向偏心約束使定子單元產生一階縱振與二階彎振的耦合模態振型，因此不需要進行模態簡并，結構緊湊且設計較為簡潔。

技術領域

本發明涉及一種基于同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機。

背景技術

對于直線型超聲波電機，可分為單模態直線型超聲波電機與多模態直線型超聲波電機。對于多模態直線型超聲波電機，目前較多的采用縱-彎復合、縱-扭復合、彎-彎復合，并且研究已經較為完善。

但上述復合型直線超聲波電機需要調節定子單元的尺寸以拉近兩種工作所需的振動模態的頻率實現模態簡并，從而在同一頻率下同時激發兩種工作模態形成一種復合模態，因此設計較為復雜。

上述問題是在基于同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機的設計與生產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同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機解決現有技術中存在的需要調節定子單元的尺寸以拉近兩種工作所需的振動模態的頻率實現模態簡并，從而在同一頻率下同時激發兩種工作模態形成一種復合模態，導致結構設計復雜的問題。

本發明的技術解決方案是：

一種基于同向偏心約束和斜壓電陶瓷的耦合模態型超聲波電機，包括定子單元和動子單元，動子單元包括上動子與下動子，上動子與下動子分別設于定子單元的上下兩側，定子單元包括金屬彈性體、右端斜壓電陶瓷、左端斜壓電陶瓷、上驅動足和下驅動足，金屬彈性體的左右兩端分別設有右端斜壓電陶瓷和左端斜壓電陶瓷，右端斜壓電陶瓷和左端斜壓電陶瓷的正截面均為平行四邊形，金屬彈性體的上下兩側分別設有上驅動足和下驅動足，且上驅動足和下驅動足分別設于金屬彈性體的彎振振幅最大處。

進一步地，左端斜壓電陶瓷的右側面粘貼金屬彈性體，左側面作為固定面；右端斜壓電陶瓷的左側面粘貼金屬彈性體，右側面作為固定面；左端斜壓電陶瓷和右端斜壓電陶瓷的極化方向均豎直向上，施加電壓激勵的面均為固定面；在左端斜壓電陶瓷和右端斜壓電陶瓷的固定面施加電壓，左端斜壓電陶瓷和右端斜壓電陶瓷的內部分別產生與壓電陶瓷斜向平行的電場，同時激發左端斜壓電陶瓷和右端斜壓電陶瓷的縱振和扭振，進而共同激發金屬彈性體的一縱二彎的耦合振動。

進一步地，上驅動足和下驅動足分別設于金屬彈性體上同一彎振振幅最大處，即定子單元二階彎振振幅左側最大處或右側最大處時，上動子和下動子運動方向相反。

進一步地，上驅動足和下驅動足分別設于金屬彈性體上不同彎振振幅最大處，即上驅動足和下驅動足一個粘貼于定子單元左側振幅最大處，另一個粘貼于定子單元右側振幅最大處時，上動子和下動子運動方向相同。

進一步地，上動子、下動子和金屬彈性體均采用直線形。

進一步地，上動子和下動子均采用圓環形，上動子和下動子間設有用于供電和固定的支架，支架包括絕緣套環和銅棒，絕緣套環設有若干銅棒，相鄰的銅棒間設有定子單元，定子單元的金屬彈性體采用圓弧形金屬彈性體，左端斜壓電陶瓷的固定面和右端斜壓電陶瓷的固定面分別粘接在相鄰的銅棒上。

進一步地，左端斜壓電陶瓷的固定面和右端斜壓電陶瓷的固定面施加諧振電壓，壓電陶瓷內部產生與壓電陶瓷斜向平行的電場，壓電陶瓷發生縱振和扭振，進而共同激發圓弧型金屬彈性體的一縱二彎的耦合振動，多個定子單元通過支架實現周向和軸向并聯，共同驅動上動子和下動子雙向或同向旋轉。

本發明的有益效果是：