专利名称：带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子，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、动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，作为一种新型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d31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振子存在的振动能量利用不充分、机械输出能力受制约的问题，本发明提供了一种带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子。本发明的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子为左右对称结构，其特征在于所述超声电机振子包括两个变幅杆、两对弯振压电陶瓷片、两对纵振压电陶瓷片、中性板、两个安装座、两个薄壁梁、两个绝缘套、八个电极片和两个摩擦片；所述变幅杆是截面逐渐变细的块体，变幅杆的小端面为驱动足，每个驱动足上固定有一个摩擦片； 变幅杆的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；所述中性板中心的两端均固定有螺柱，每个螺柱上套有一对弯振压电陶瓷片和一对纵振压电陶瓷片，且螺柱与套在其上的弯振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片之间设置有绝缘套，两个变幅杆通过其大端面的螺纹孔分别旋合于两个螺柱的端部从而把弯振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片压紧固定在变幅杆与中性板之间；所述纵振压电陶瓷片设置于靠近中性板一侧，所述弯振压电陶瓷片设置于靠近变幅杆一侧，在中性板和纵振压电陶瓷片之间、两个纵振压电陶瓷片之间、两个弯振压电陶瓷片之间、弯振压电陶瓷片与纵振压电陶瓷片之间分别固定有电极片；所述两个薄壁梁对称设置在中性板两侧，且位于所述中性板的中间，所述薄壁梁用于连接安装座和中性板。本发明所述的弯振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片的横截面为矩形或圆形。本发明所述的中性板、螺柱、薄壁梁和安装座为一体件。本发明所述的所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，相邻两片纵振压电陶瓷片的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片由两块形状相同的半片压电陶瓷片组成，所述两块半片压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两片弯振压电陶瓷片中位置对应的两块半片压电陶瓷片的极化方向相反。本发明所述的变幅杆的小端面有一矩形通槽，摩擦片通过改矩形通槽固定在变幅杆的小端面上。本发明的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转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^3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。本发明采用两对纵振压电陶瓷片实现振子纵振模态的激励，采用两对弯振压电陶瓷片实现振子弯振模态的激励，通过构型参数调整，可以实现振子纵振和弯振模态特征频率之间的简并；变幅杆采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高纵振和弯振模态下变幅杆末端质点的振速和振幅，使得电机性能得到提高；薄壁梁可以实现弹性支撑和振动隔离，将安装座与其它构件的联接对振子的纵振和弯振模态的影响程度降到最低。本发明的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子中的纵振和弯振压电陶瓷片分别采用幅值相等、频率为振子自身谐振频率、相位差为+90°的交流电压信号激励，利用纵振压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励纵振模态，利用弯振压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励出弯振模态，纵振和弯振模态叠加在两个驱动足表面质点产生旋向相同的椭圆轨迹振动，进而通过驱动足和圆筒型动子内表面的摩擦耦合实现动子的旋转运动输出，充分利用纵振和弯振能量实现了两个驱动足同时致动，可以成倍的提高电机的机械输出能力。如果调整两路激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。本发明的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子具有纵弯振动能量利用率高、结构简单、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是本发明所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的剖视图，图2是图1所示振子的立体结构示意图，图3是图1中两对弯振压电陶瓷片2和两对纵振压电陶瓷片3的极化方向示意图，图4是图1所示振子的纵振模态振型示意图，图 5是图1所示振子的弯振模态振型示意图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子为左右对称结构，其特征在于所述超声电机振子包括两个变幅杆1、两对弯振压电陶瓷片2、两对纵振压电陶瓷片3、中性板4、两个安装座5、两个薄壁梁6、两个绝缘套7、八个电极片8和两个摩擦片9 ；所述变幅杆1是截面逐渐变细的块体，变幅杆1的小端面为驱动足，每个驱动足上固定有一个摩擦片9 ；变幅杆1的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；所述中性板4中心的两端均固定有螺柱4-1，每个螺柱4-1上套有一对弯振压电陶瓷片2和一对纵振压电陶瓷片3，且螺柱4-1与套在其上的弯振压电陶瓷片2和纵振压电陶瓷片3之间设置有绝缘套7，两个变幅杆1通过其大端面的螺纹孔分别旋合于两个螺柱4-1的端部从而把弯振压电陶瓷片2和纵振压电陶瓷片3压紧固定在变幅杆1与中性板4之间；所述纵振压电陶瓷片3设置于靠近中性板4 一侧，所述弯振压电陶瓷片2设置于靠近变幅杆1 一侧，在中性板4和纵振压电陶瓷片3之间、两个纵振压电陶瓷片3之间、两个弯振压电陶瓷片2之间、弯振压电陶瓷片2与纵振压电陶瓷片3之间分别固定有电极片8 ；所述两个薄壁梁6对称设置在中性板4两侧，且位于所述中性板4的中间，所述薄壁梁6用于连接安装座5和中性板4。本实施方式的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子在应用的时候，位于中性板4和纵振压电陶瓷片3之间的两个电极片8、纵振压电陶瓷片3和弯振压电陶瓷片2之间的两个电极片8均与驱动电源的公共端连接，位于弯振压电陶瓷片2之间的两个电极片8与驱动电源的一相驱动信号连接，位于纵振压电陶瓷片3之间的两个电极片8与驱动电源的另外一相驱动信号连接。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的区别在于，所述弯振压电陶瓷片2和纵振压电陶瓷片3 的横截面为矩形或圆形。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的区别在于，所述中性板4、螺柱4-1、薄壁梁6和安装座5 为一体件。由于本发明所述的旋转超声电机振子为左右对称结构，即以中性板4的对称面左右对称，所述薄壁梁6位于对称面上，所述薄壁梁6可以实现弹性支撑和振动隔离的效果， 能够将振子与其它构件的联接对振子的弯曲振动模态的影响程度降到最低。
具体实施方式
四参见图3说明本实施方式。本实施方式与具体实施方式
一所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的区别在于，所述的所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，相邻两片纵振压电陶瓷片3的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片2由两块形状相同的半片压电陶瓷片2-1组成，所述两块半片压电陶瓷片2-1的极化方向相反；相邻两片弯振压电陶瓷片中位置对应的两块半片压电陶瓷片2-1的极化方向相反。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的区别在于，所述变幅杆1的小端面有一矩形通槽，摩擦片9通过改矩形通槽固定在变幅杆1的小端面上。本实施方式在变幅杆1的小端面加工有一矩形通槽，使得摩擦片9通过机械连接方式固定于变幅杆1末端的矩形通槽内，避免在大力矩输出情况下摩擦片从驱动足上脱落情况的发生。参见图4和图5所示，是本发明所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子的两种振动模态的振型示意图，其中，图4是纵振模态振型示意图，图5是弯振模态振型示意图。
权利要求
1.带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子，所述旋转超声电机振子为左右对称结构，其特征在于所述超声电机振子包括两个变幅杆(1)、两对弯振压电陶瓷片 O)、两对纵振压电陶瓷片(3)、中性板G)、两个安装座(5)、两个薄壁梁(6)、两个绝缘套 (7)、八个电极片(8)和两个摩擦片(9)；所述变幅杆(1)是截面逐渐变细的块体，变幅杆 (1)的小端面为驱动足，每个驱动足上固定有一个摩擦片(9)；变幅杆(1)的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；所述中性板中心的两端均固定有螺柱G-1)，每个螺柱(4-1) 上套有一对弯振压电陶瓷片( 和一对纵振压电陶瓷片(3)，且螺柱(4-1)与套在其上的弯振压电陶瓷片( 和纵振压电陶瓷片C3)之间设置有绝缘套(7)，两个变幅杆(1)通过其大端面的螺纹孔分别旋合于两个螺柱G-i)的端部从而把弯振压电陶瓷片( 和纵振压电陶瓷片( 压紧固定在变幅杆(1)与中性板(4)之间；所述纵振压电陶瓷片( 设置于靠近中性板⑷一侧，所述弯振压电陶瓷片⑵设置于靠近变幅杆⑴一侧，在中性板⑷和纵振压电陶瓷片C3)之间、两个纵振压电陶瓷片( 之间、两个弯振压电陶瓷片( 之间、弯振压电陶瓷片(2)与纵振压电陶瓷片(3)之间分别固定有电极片(8)；所述两个薄壁梁(6) 对称设置在中性板(4)两侧，且位于所述中性板(4)的中间，所述薄壁梁(6)用于连接安装座(5)和中性板⑷。
2.根据权利要求1所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子， 其特征在于所述弯振压电陶瓷片( 和纵振压电陶瓷片( 的横截面为矩形或圆形。
3.根据权利要求1所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子， 其特征在于所述中性板、螺柱G-1)、薄壁梁(6)和安装座(5)为一体件。
4.根据权利要求1所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子， 其特征在于所述的所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，相邻两片纵振压电陶瓷片(3)的极化方向相反，每片弯振压电陶瓷片O)由两块形状相同的半片压电陶瓷片(2-1)组成，所述两块半片压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两片弯振压电陶瓷片中位置对应的两块半片压电陶瓷片的极化方向相反。
5.根据权利要求1所述的带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子， 其特征在于所述变幅杆(1)的小端面有一矩形通槽，摩擦片(9)通过该矩形通槽固定在变幅杆(1)的小端面上。
全文摘要
带弹性支撑的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有超声电机振子存在的振动能量利用不充分、机械输出能力受制约的问题。本发明的超声电机振子包括两个变幅杆、两对弯振压电陶瓷片、两对纵振压电陶瓷片、中性板、两个安装座、两个薄壁梁、两个绝缘套、八个电极片和两个摩擦片，变幅杆是截面为矩形并逐渐变细的块体，变幅杆小端面为驱动足，摩擦片固定于变幅杆小端面的通槽内，中性板两端带有螺柱，变幅杆通过其大端面的螺纹孔分别旋合于螺柱的端部从而把弯振压电陶瓷片和纵振压电陶瓷片压紧在变幅杆与中性板之间。本发明所述振子适用于现有旋转超声电机。
文档编号H02N2/12GK102361414SQ20111031872
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月19日 优先权日2011年10月19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