专利名称：悬臂弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种悬臂弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子，属于压电超 声电机技术领域。
背景技术：
超声电机是一种利用超声振动能量，通过摩擦耦合作用来产生驱动力的电 机。它利用压电陶瓷的逆压电效应，在弹性体中激励出超声频段内的振动， 然后在弹性体表面特定点或特定区域形成具有特定轨迹的质点运动，再通过定 子、转子之间的摩擦耦合将质点的微观运动转换成转子的宏观运动。超声电机 由于具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等 优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。
出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机振子 大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，这种激励方式采用压 电陶瓷的(131振动模式，d^振动模式是陶瓷片沿长度方向伸縮振动的模式，由 于这种振动模式材料抗拉强度低并且实现能量转换的机电耦合效率低，同时受 粘贴胶层的强度和疲劳寿命的限制，使超声电机的机械输出能力受到严重制 约。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前的超声电机振子采用金属弹性体粘贴压电 陶瓷薄片的方式进行激励使电机机械输出能力受制约的问题，提供了一种悬臂 弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子。
本发明包括圆筒，它还包括悬臂弯振夹心换能器，悬臂弯振夹心换能器由 悬臂、紧固螺钉、四片弯振压电陶瓷片、四片电极片、两个绝缘套、前端盖和 后端盖组成，
紧固螺钉穿过前端盖和悬臂的中心通孔与后端盖旋合固定，悬臂与前端盖和后端盖之间的紧固螺钉上分别套有两片弯振压电陶瓷片，每相邻的两片弯振 压电陶瓷片之间和悬臂与相邻的弯振压电陶瓷片之间分别固定有一片电极片，
在弯振压电陶瓷片和电极片与紧固螺钉之间设置有绝缘套；
悬臂与圆筒的外表面制成一体，悬臂与圆筒的外表面之间有通槽，圆筒内 壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿，多个梳状驱动齿沿圆筒的轴向与中心轴 线平行；
每片弯振压电陶瓷片沿厚度方向极化，每相邻两片弯振压电陶瓷片的极化 方向相反，每片弯振压电陶瓷片的对称切分并重新组合的左半片和右半片的极 化方向相反，与悬臂相邻的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相同。
本发明的优点是-
本发明中的压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷高机电耦合效率的
^3振动模式工作，d33振动模式是陶瓷片沿厚度方向伸縮振动的模式，解决了
粘贴压电陶瓷片式压电超声电机机电耦合效率低、机械输出能力差的问题；本 发明采用沿厚度方向极化的弯振压电陶瓷片能够实现换能器的弯曲振动的激 励，并通过调整结构参数实现换能器弯振固有频率和圆筒弯振固有频率之间的 简并。
本发明具有结构简单、设计灵活、机电耦合效率高、可实现大力矩输出、 性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点。
图l是本发明的立体结构示意图；图2是图1的俯视剖视图；图3是图2 所示的悬臂弯振夹心换能器中弯振压电陶瓷片的极化方向示意图；图4是本发 明振子的振型周向展开图，为圆筒六阶弯振模态的振型示意图，该振动模态采 用换能器的弯曲振动激励圆筒弯曲振动模态，换能器与圆筒的两个连接处分别 位于弯振模态相邻的波峰和波谷位置。
具体实施例方式
具体实施方式
一下面结合图1~图4说明本实施方式，本实施方式包括
圆筒l，它还包括悬臂弯振夹心换能器2，悬臂弯振夹心换能器2由悬臂2-l、紧固螺钉2-2、四片弯振压电陶瓷片2-3、四片电极片2-4、两个绝缘套2-5、 前端盖2-6和后端盖2-7组成，
前端盖2-6和后端盖2-7为长方体，紧固螺钉2-2穿过前端盖2-6和悬臂 2-1的中心通孔与后端盖2-7旋合固定，悬臂2-1与前端盖2-6和后端盖2-7之 间的紧固螺钉2-2上分别套有两片弯振压电陶瓷片2-3，每相邻的两片弯振压 电陶瓷片2-3之间和悬臂2-1与相邻的弯振压电陶瓷片2-3之间分别固定有一 片电极片2-4，在弯振压电陶瓷片2-3和电极片2-4与紧固螺钉2-2之间设置有 绝缘套2-5，所述绝缘套2-5在悬臂2-1两侧的弯振压电陶瓷片2-3和电极片 2-4与紧固螺钉2-2之间各设置一个；
悬臂2-1与圆筒1的外表面制成一体，悬臂2-1与圆筒1的外表面之间有 通槽，圆筒1内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿1-1，梳状驱动齿1-1与 圆筒1为一体件，多个梳状驱动齿1-1沿圆筒1的轴向与中心轴线平行；
每片弯振压电陶瓷片2-3沿厚度方向极化，每相邻两片弯振压电陶瓷片2-3 的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片2-3的对称切分并重新组合的左半片和 右半片的极化方向相反，与悬臂2-1相邻的两片弯振压电陶瓷片2-3的极化方 向相同。
本实施方式中圆筒1的高度和悬臂弯振夹心换能器2的厚度相同，可以使
在实际加工的过程中工艺更加简单。
工作原理本发明中的弯振压电陶瓷片2-3采用频率为振子自身谐振频率 的交流电压信号激励时，利用弯振压电陶瓷片2-3的纵向振动在悬臂弯振夹心 换能器2中激励出弯曲振动，进而通过连接悬臂弯振夹心换能器2和圆筒1 的悬臂2-1实现圆筒弯振模态的激励，在圆筒1上形成驻波，振子振型如图4 所示，梳状驱动齿1-1表面质点产生斜线运动轨迹，进而通过梳状驱动齿1-1 和转子之间的摩擦耦合实现转子的宏观运动输出。
具体实施方式
二本实施方式与实施方式一的不同之处在于所述弯振压电 陶瓷片2-3的截面为矩形。其它组成及连接关系与实施方式一相同。
权利要求
1、一种悬臂弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子，它包括圆筒(1)，其特征在于它还包括悬臂弯振夹心换能器(2)，悬臂弯振夹心换能器(2)由悬臂(2-1)、紧固螺钉(2-2)、四片弯振压电陶瓷片(2-3)、四片电极片(2-4)、两个绝缘套(2-5)、前端盖(2-6)和后端盖(2-7)组成，紧固螺钉(2-2)穿过前端盖(2-6)和悬臂(2-1)的中心通孔与后端盖(2-7)旋合固定，悬臂(2-1)与前端盖(2-6)和后端盖(2-7)之间的紧固螺钉(2-2)上分别套有两片弯振压电陶瓷片(2-3)，每相邻的两片弯振压电陶瓷片(2-3)之间和悬臂(2-1)与相邻的弯振压电陶瓷片(2-3)之间分别固定有一片电极片(2-4)，在弯振压电陶瓷片(2-3)和电极片(2-4)与紧固螺钉(2-2)之间设置有绝缘套(2-5)；悬臂(2-1)与圆筒(1)的外表面制成一体，悬臂(2-1)与圆筒(1)的外表面之间有通槽，圆筒(1)内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿(1-1)，多个梳状驱动齿(1-1)沿圆筒(1)的轴向与中心轴线平行；每片弯振压电陶瓷片(2-3)沿厚度方向极化，每相邻两片弯振压电陶瓷片(2-3)的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片(2-3)的对称切分并重新组合的左半片和右半片的极化方向相反，与悬臂(2-1)相邻的两片弯振压电陶瓷片(2-3)的极化方向相同。
2、根据权利要求1所述的悬臂弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子， 其特征在于所述弯振压电陶瓷片(2-3)的截面为矩形。
全文摘要
悬臂弯振换能器式圆筒形驻波超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。它是为了解决目前的超声电机振子采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励使电机机械输出能力受制约的问题。它由圆筒和悬臂弯振夹心换能器组成，圆筒和悬臂弯振夹心换能器通过悬臂连为一体，紧固螺钉穿过前端盖和悬臂的中心通孔与后端盖旋合固定，悬臂与前端盖和后端盖之间分别套有两片弯振压电陶瓷片，弯振压电陶瓷片之间和悬臂与弯振压电陶瓷片之间设电极片，相邻弯振压电陶瓷片的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片的对称切分并重新组合的左半片和右半片的极化方向相反，与悬臂相邻的两片弯振压电陶瓷片的极化方向相同。本发明用于超声电机的制作领域。
文档编号H02N2/00GK101651430SQ20091007281
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者刘军考, 刘英想, 郁 姚, 石胜君, 陈维山 申请人:哈尔滨工业大学