专利名称：U型双足直线超声电机振子的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种U型双足直线超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。
背景技术：
压电超声电机是一种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 ，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，进而通过定子、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，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，目前压电超声电机大多采用金属弹性 体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的d;n模式机电耦合效率和陶瓷材料 抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限制，这样的激励方式使得超声电机的机械输 出能力受到严重制约。
发明内容
为了解决现有采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励的超声电机的定子存在 的机械输出能力受制约的问题，本发明提供了一种U型双足直线超声电机振子。
本发明的U型双足直线超声电机振子包括两个连接端盖、十二片压电陶瓷片、 一个法兰 、四个绝缘套、十二片电极片和两个独立端盖；所述连接端盖包括竖直变幅杆、水平变幅杆 和驱动足，竖直变幅杆和水平变幅杆均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，竖直变幅杆和 水平变幅杆的大端面的中心均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足为长方体，驱动足的上端 面与竖直变幅杆的小端面相连接，驱动足的侧面上部与水平变幅杆的小端面相连接，竖直变 幅杆、水平变幅杆和驱动足为一体件；所述法兰两端面的中心位置设置有螺柱，法兰上的两 个螺柱分别与两个水平变幅杆的大端面的盲孔固定连接，每个水平变幅杆和法兰之间的螺柱 上都套有两片压电陶瓷片；所述的两个独立端盖的结构相同，每个独立端盖下端面的中心位 置设置有螺柱，每个独立端盖通过所述螺柱与一个竖直变幅杆大端面的盲孔固定连接，每个 独立端盖和竖直变幅杆之间的螺柱上都套有四片压电陶瓷片；所述的十二片压电陶瓷片均是 沿厚度方向极化，相邻两片压电陶瓷片的极化方向相反，在竖直变幅杆和压电陶瓷片之间、 压电陶瓷片和水平变幅杆之间，以及相邻两片压电陶瓷片之间都分别固定有一片电极片；在 所述法兰的螺柱和独立端盖的螺柱与压电陶瓷片和电极片之间都分别固定有绝缘套。本发明的U型双足直线超声电机振子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d33模式工作，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压电陶瓷片实现换能器的两个振动模态的激励，通过调整
结构参数，实现振子两个振动模态特征频率的一致；前端盖采用变截面设计起到振动能量的 聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。
本发明的U型双足直线超声电机振子具有结构简单、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1是本发明所述的U型双足直线超声电机振子的剖视图；图2是本发明所述的U型双足直 线超声电机振子的立体结构示意图；图3是压电陶瓷片2的极化方向示意图；图4是U型双足直 线超声电机振子中的连接端盖l的结构示意图；图5是U型双足直线超声电机振子的电极片7上 施加的驱动信号示意图；图6和图7是U型双足直线超声电机振子的两个基本振动模态振型示 意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的U型双足直线超声 电机振子包括两个连接端盖l、十二片压电陶瓷片2、 一个法兰3、四个绝缘套4、十二片电极 片5和两个独立端盖6;所述连接端盖l包括竖直变幅杆l-2、水平变幅杆l-l和驱动足l-3，竖 直变幅杆1-2和水平变幅杆1-1均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，竖直变幅杆l-2和水 平变幅杆l-l的大端面的中心均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足l-3为长方体，驱动足 l-3的上端面与竖直变幅杆l-2的小端面相连接，驱动足l-3的侧面上部与水平变幅杆l-2的小 端面相连接，竖直变幅杆l-2、水平变幅杆l-l和驱动足l-3为一体件；所述法兰3两端面的中 心位置设置有螺柱3-l，法兰3上的两个螺柱3-l分别与两个水平变幅杆l-l的大端面的盲孔固 定连接，每个水平变幅杆1-1和法兰3之间的螺柱3-1上都套有两片压电陶瓷片2;所述的两个 独立端盖6的结构相同，每个独立端盖6下端面的中心位置设置有螺柱6-l，每个独立端盖6通 过所述螺柱6-l与一个竖直变幅杆l-2大端面的盲孔固定连接，每个独立端盖6和竖直变幅杆 l-2之间的螺柱6-l上都套有四片压电陶瓷片2;所述的十二片压电陶瓷片2均是沿厚度方向极 化，相邻两片压电陶瓷片2的极化方向相反，在竖直变幅杆l-2和压电陶瓷片2之间、压电陶 瓷片2和水平变幅杆1-1之间，以及相邻两片压电陶瓷片2之间都分别固定有一片电极片5;在 所述法兰的螺柱3-1和独立端盖的螺柱6-1与压电陶瓷片2和电极片5之间都分别固定有绝缘套所述法兰3两侧每对压电陶瓷片2中的两片压电陶瓷片的极化方向相反，套在螺柱6-l上 的四片压电陶瓷片2中的相邻两片压电陶瓷片的极化方向相反，与两个竖直变幅杆l-2相邻的 两组压电陶瓷片2的极化方式相反。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一所述的U型双足直线超声电机振子的区 别在于，所述压电陶瓷片2和后端盖3的横截面为方形或圆形。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式
的组合同样 也可以实现发明的目的。
本发明的U型双足直线超声电机振子在应用的时候，驱动信号连接如图5所示，连接端盖 l与压电陶瓷片2之间的所有电极片5，以及独立端盖的螺柱6-l上四片压电陶瓷片2中间位置 的两片压电陶瓷片2之间的电极片5均与驱动电源的公共端Vo连接，独立端盖的螺柱6-1上四 片压电陶瓷片2除中间位置的两片压电陶瓷片2之间的电极片5以外的电极片5与驱动信号V2连 接，法兰3两侧的两对压电陶瓷片2之间的电极片5与驱动信号V工连接。
本发明的U型双足直线超声电机振子中的压电陶瓷片采用幅值相等、频率为换能器自身 谐振频率、相位差为+ 9()°的交流电压信号激励(驱动信号施加如图5所示)，利用压电陶瓷片 的纵向振动在振子中激励出两个振动模态(U型双足直线超声电机振子的两个振动模态如图6 所示)，两个振动模态叠加在两个驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，进而通过驱动足和动 子之间的摩擦耦合实现动子的宏观运动输出。如果调整两路激励信号的相位差为_9()° ，可 以实现反向驱动。两个驱动足同时参与驱动，可以成倍提高电机的机械输出能力，并且充分 利用了超声振子振动产生了能量，可以有效的提高输出效率。
权利要求
1.U型双足直线超声电机振子，它包括两个连接端盖(1)、十二片压电陶瓷片(2)、一个法兰(3)、四个绝缘套(4)、十二片电极片(5)和两个独立端盖(6)；其特征在于所述连接端盖(1)包括竖直变幅杆(1-2)、水平变幅杆(1-1)和驱动足(1-3)，竖直变幅杆(1-2)和水平变幅杆(1-1)均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，竖直变幅杆(1-2)和水平变幅杆(1-1)的大端面的中心均有一个带内螺纹的盲孔，所述驱动足(1-3)为长方体，驱动足(1-3)的上端面与竖直变幅杆(1-2)的小端面相连接，驱动足(1-3)的侧面上部与水平变幅杆(1-2)的小端面相连接，竖直变幅杆(1-2)、水平变幅杆(1-1)和驱动足(1-3)为一体件；所述法兰(3)两端面的中心位置设置有螺柱(3-1)，法兰(3)上的两个螺柱(3-1)分别与两个水平变幅杆(1-1)的大端面的盲孔固定连接，每个水平变幅杆(1-1)和法兰(3)之间的螺柱(3-1)上都套有两片压电陶瓷片(2)；所述的两个独立端盖(6)的结构相同，每个独立端盖(6)下端面的中心位置设置有螺柱(6-1)，每个独立端盖(6)通过所述螺柱(6-1)与一个竖直变幅杆(1-2)大端面的盲孔固定连接，每个独立端盖(6)和竖直变幅杆(1-2)之间的螺柱(6-1)上都套有四片压电陶瓷片(2)；所述的十二片压电陶瓷片(2)均是沿厚度方向极化，相邻两片压电陶瓷片(2)的极化方向相反，在竖直变幅杆(1-2)和压电陶瓷片(2)之间、压电陶瓷片(2)和水平变幅杆(1-1)之间，以及相邻两片压电陶瓷片(2)之间都分别固定有一片电极片(5)；在所述法兰的螺柱(3-1)和独立端盖的螺柱(6-1)与压电陶瓷片(2)和电极片(5)之间都分别固定有绝缘套(4)。
2 根据权利要求1所述的U型双足直线超声电机振子，其特征在于所 述压电陶瓷片(2)和独立端盖(6)的横截面为方形或圆形。
全文摘要
U型双足直线超声电机振子，它涉及压电超声电机领域。它解决了现有存在的机械输出能力受制约的问题。它连接端盖的竖直变幅杆和水平变幅杆均为截面为矩形并逐渐变细的四棱柱体，其大端面均有盲孔，驱动足为长方体，其上端面与竖直变幅杆小端面相连，驱动足侧面上部与水平变幅杆小端面相连；法兰设有螺柱，该螺柱与盲孔固接，并套有两片压电陶瓷片；两个独立端盖的结构相同，独立端盖设有螺柱，该螺柱与盲孔固接，并套有四片压电陶瓷片；压电陶瓷片均是沿厚度方向极化，相邻两片极化方向相反，在施加驱动信号的位置上设置有电极片；法兰的和独立端盖的螺柱都套有绝缘套。本发明应用于电机领域，并具有机电耦合效率高、实现大力矩输出的优点。
文档编号H02N2/02GK101626204SQ20091030606
公开日2010年1月13日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者刘军考, 刘英想, 石胜君, 陈维山 申请人:哈尔滨工业大学