分区激励式纵弯复合超声电机振子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到一种分区激励式纵弯复合超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。
【背景技术】
[0002]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，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。
[0003]压电超声驱动技术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的技术。压电超声驱动器具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。
[0004]纵弯复合超声电机振子采用振子弹性体纵向振动和弯曲振动的复合实现驱动，在传统的纵弯复合超声电机振子中，激励纵向振动和弯曲振动的压电陶瓷元件一般单独进行设置，也就是纵振陶瓷用于激励纵向振动，弯振陶瓷用于激励弯曲振动；例如公开日为2007年8月22日、公开号为CN101022256、发明名称为“带调频变幅杆的夹心换能器式纵弯直线超声电机”的专利申请，它提出了一种带调频变幅杆的夹心换能器式纵弯直线超声电机，解决了现有的夹心式纵弯复合直线超声电机存在电机效率低下、噪声大、磨损严重、难于系列化等不足，具有效率高、出力大、可系列化生产的优点。但是，该超声电机振子采用纵振陶瓷和弯振陶瓷分别来激励纵向振动和弯曲振动，两种陶瓷在振子轴线方向上位于不同位置；而对于纵弯复合型超声电机振子而言，纵振陶瓷和弯振陶瓷的最佳设置位置很多时候是重叠的；因此，这种独立设置压电元件的方法限制了其能量转换效率的提高，不利于实现压电陶瓷的最佳布置；此外，这种振子中弯振陶瓷采用两片极化方向相反的半片压电陶瓷组合而成，由于弯振陶瓷加工过程中难免存在厚度偏差，这种半片陶瓷组合的方式会使得各个弯振陶瓷上施加的预紧力不一致，从而大大降低机电耦合效率，引起严重的发热问题。
【发明内容】
[0005]本发明是为了解决现有纵弯复合型超声电机振子中存在的由纵振陶瓷和弯振陶瓷独立设置而带来的能量转换效率较低、难于实现最佳布置问题，以及由半片弯振陶瓷组合方式带来的机电耦合效率低、发热严重等问题，本发明提供了一种分区激励式纵弯复合超声电机振子。
[0006]分区激励式纵弯复合超声电机振子，它包括隔板1、八片压电陶瓷片2、两个端盖
3、两个驱动足4、四个接地电极片5、四个纵振电极片6和八个弯振电极片7 ;
[0007]隔板1左右两侧对称设置有两个螺柱1-1，两个螺柱1-1均垂直于所述隔板1 ;八片压电陶瓷片2对称套装在两个螺柱1-1上；
[0008]隔板1同一侧中从隔板1起始向外的四片压电陶瓷片2分别称为第一片压电陶瓷片、第二片压电陶瓷片、第三片压电陶瓷片和第四片压电陶瓷片；两个端盖3分别旋合在两个螺柱1-1的末端，用于夹紧压电陶瓷片2 ;
[0009]所述两个驱动足分别固定设置在两个端盖3上侧面的末端位置；
[0010]所述八片压电陶瓷片2均沿厚度方向极化，且相邻的两片压电陶瓷片2极化方向相反；
[0011]隔板1左侧第二片压电陶瓷片和第三片压电陶瓷片之间、第四片压电陶瓷片和左侧端盖3之间均设置有接地电极片5 ;隔板1右侧第二片压电陶瓷片和第三片压电陶瓷片2之间、第四片压电陶瓷片和右侧端盖3之间均设置有接地电极片5 ;
[0012]隔板1左侧第一片压电陶瓷片和第二片压电陶瓷片之间、第三片压电陶瓷片和第四片压电陶瓷片之间均设置有一个纵振电极片6和两个弯振电极片7 ;隔板1右侧第一片压电陶瓷片和第二片压电陶瓷片之间、第三片压电陶瓷片和第四片压电陶瓷片2之间均设置有一个纵振电极片6和两个弯振电极片7 ;
[0013]设置在同一平面内的一个纵振电极片6和两个弯振电极片7中，纵振电极片6套装在螺柱1-1上，两个弯振电极片7对称设置在纵振电极片6的上下两侧，且弯振电极片7和纵振电极片6之间留有间隙。
[0014]所有接地电极片5与激励信号公共端连接，四片纵振电极片6与第一相驱动信号连接，隔板1的左侧上部的两个弯振电极片7和隔板1的右侧下部的两个弯振电极片7与第二相驱动信号连接，隔板1的左侧下部的两个弯振电极片7和隔板1的右侧上部的两个弯振电极片7与第三相驱动信号连接；所有驱动信号均为交流激励信号，信号波形是方波、正弦波、梯形波或者三角波；第一相驱动信号与第二相驱动信号之间在时间上具有90度相位差，第二相驱动信号与第三相驱动信号之间在时间上具有180度相位差。
[0015]所述端盖3的横截面大于或者等于压电陶瓷片2的横截面。
[0016]所述隔板1的横截面大于压电陶瓷片2的横截面。
[0017]本发明的分区激励式纵弯复合超声电机振子利用复合梁的奇数阶纵向振动和偶数阶弯曲振动的复合实现双足的直线致动；压电陶瓷中间部分通过纵振电极片施加同样的交流激励信号，产生同步的伸缩变形，进而激励出振子的纵向振动；压电陶瓷两侧分别通过弯振电极片施加两相具有180度相位差的激励信号，压电陶瓷的上侧和下侧会产生交替的伸缩，进而激励出振子的弯曲振动；当超声电机振子的奇数阶纵向振动和偶数阶弯曲振动的谐振频率十分接近时，且纵向振动和弯曲振动在时间上具有90度相位差，则可以通过纵振和弯振的复合在两个驱动足处激发椭圆轨迹的振动，两个驱动足振动轨迹的旋向一致，从而保证振子可以实现直线致动(见图8，其中8为动子)；调整纵向振动和弯曲振动的相位差为-90度，则可以实现反向驱动。
[0018]本发明的分区激励式纵弯复合超声电机振子，采用的是整片的压电陶瓷实现纵弯复合振动的激励，其中陶瓷的中间位置用于激励纵向振动，两侧的陶瓷用于激励弯曲振动，纵振陶瓷和弯振陶瓷不再是单独设置，而且他们在轴向方向的位置是重合的，这种方式解决了早期纵弯复合型超声电机振子中存在的由纵振陶瓷和弯振陶瓷独立设置而带来的能量转换效率较低、难于实现最佳布置问题；而且采用的是整片的陶瓷片来实现纵弯复合激励，避免了传统方案中由半片弯振陶瓷组合方式激励弯曲振动带来的机电耦合效率低、发热严重等问题。
[0019]本发明的分区激励式纵弯复合超声电机振子能量转换效率高、发热低、易于实现压电陶瓷的最佳布置，加工装配十分简便，便于实现系列化和商品化。
[0020]本发明适用于超声电机振子制作领域。
【附图说明】
[0021]图1是本发明所述的分区激励式纵弯复合超声电机振子的立体结构示意图；
[0022]图2是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子的剖视图；
[0023]图3是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子中压电陶瓷2的极化方向示意图；
[0024]图4是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子拆除左侧端盖3之后的立体图；
[0025]图5是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子拆除左侧端盖3、一片压电陶瓷2之后的立体图；
[0026]图6是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子纵向振动模态振型图；
[0027]图7是图1所示分区激励式纵弯复合超声电机振子弯曲振动模态振型图；