專利名稱：矩形四足直線超聲電機振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種超聲電機振子，具體涉及一種直線超聲電機振子。
背景技術(shù)：
壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵出超聲頻段內(nèi)的振動 ，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點運動，進而通過定子、轉(zhuǎn)子之間 的摩擦耦合將質(zhì)點的微觀運動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運動，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無需變速機構(gòu)、無 電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點，作為一種壓電驅(qū)動器有著十分廣泛的應(yīng)用。
出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前壓電超聲電機大多采用金屬彈性 體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，由于受壓電陶瓷的d;n模式機電耦合效率和陶瓷材料
抗拉強度低，以及膠層的強度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵方式使得超聲電機的機械輸 出能力受到嚴重制約。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵的超聲電機的定子存在 的機械輸出能力受制約的問題，而提出的一種矩形四足直線超聲電機振子。
矩形四足直線超聲電機振子，它由四個前端蓋、八對壓電陶瓷片、四個法蘭、四個預(yù)緊
螺柱、絕緣套和八對電極片組成；四個前端蓋的結(jié)構(gòu)和形狀均相同；所述前端蓋由水平變幅 桿、豎直變幅桿和一個驅(qū)動足組成，水平變幅桿和豎直變幅桿均為截面為矩形并逐漸變細的 四棱柱體，即所述的四棱柱體的一個側(cè)面為弧面，另外三個側(cè)面為平面的四棱柱體；水平變 幅桿和豎直變幅桿的大端面端的端面中心處均有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述驅(qū)動足為長方體 ，驅(qū)動足的底端面與水平變幅桿的小端面端的端面相連接，豎直變幅桿小端面端的端面與驅(qū) 動足的一個側(cè)面相連接，所述水平變幅桿和豎直變幅桿正交布置；水平變幅桿、豎直變幅桿 和驅(qū)動足為一體件；所述預(yù)緊螺柱的中間為方形截面軸段，預(yù)緊螺柱兩端為旋向相反的螺紋 ;所述法蘭中心處設(shè)置有方形孔，預(yù)緊螺柱的方形截面軸段穿過法蘭中心處的方形孔達到過 盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個水平變幅桿的大端面端的盲孔螺紋嚙合，所述相鄰兩 個水平變幅桿大端面端的螺紋孔的螺紋旋向相反，在法蘭和每個水平變幅桿之間的螺柱上都 套有一對壓電陶瓷片；所述相鄰兩個豎直變幅桿大端面端的螺紋孔的螺紋旋向相反，預(yù)緊螺 柱的方形截面軸段穿過法蘭中心處的方形孔達到過盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個豎直變幅桿的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭和每個豎直變幅桿之間的預(yù)緊螺柱上都套有一 對壓電陶瓷片；在水平變幅桿和壓電陶瓷片之間、兩個壓電陶瓷片之間以及豎直變幅桿和壓 電陶瓷片之間分別固定有電極片；在所述壓電陶瓷片、電極片和預(yù)緊螺柱之間固定有絕緣套
本發(fā)明的矩形四足直線超聲電機振子具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、機電耦合效率高、可實 現(xiàn)大力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點。
本發(fā)明的工作原理矩形四足直線超聲電機振子中的壓電陶瓷元件采用夾心結(jié)構(gòu)，采用 壓電陶瓷高機電耦合效率的d33模式工作，解決了粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機機電耦合 效率低、機械輸出能力差的問題。本發(fā)明采用沿厚度方向極化的壓電陶瓷片(2)實現(xiàn)換能 器的兩個振動模態(tài)的激勵，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，實現(xiàn)振子兩個振動模態(tài)特征頻率的一致；變 幅桿采用變截面設(shè)計起到振動能量的聚斂作用，可提高驅(qū)動足表面質(zhì)點的振幅和振速，使得 電機性能得到提高。本發(fā)明的矩形四足直線超聲電機振子中的壓電陶瓷片采用幅值相等、頻 率為換能器自身諧振頻率、相位差為+ 9()°的交流電壓信號激勵，驅(qū)動信號施加如圖5所示， 前端蓋l相鄰的所有電極片6與驅(qū)動電源的公共端Vo連接，每對陶瓷片2中間的電極片6分別與 驅(qū)動信號V^nV2連接，利用壓電陶瓷片的縱向振動在振子中激勵出兩個振動模態(tài)，所述兩個 振動模態(tài)如圖6和圖7所示，兩個振動模態(tài)疊加在四個驅(qū)動足表面質(zhì)點產(chǎn)生橢圓運動軌跡，動 子為矩形，并且動子兩個平行的內(nèi)側(cè)面分別和驅(qū)動足接觸時，通過驅(qū)動足和動子之間的摩擦 耦合實現(xiàn)動子的宏觀運動輸出。如果調(diào)整兩路激勵信號的相位差為_9()°，可以實現(xiàn)反向驅(qū) 動。四個驅(qū)動足同時參與驅(qū)動，可以成倍提高電機的機械輸出能力，并且該振子充分利用了 振動產(chǎn)生了能量，可提高輸出效率。


圖l是本發(fā)明的剖視圖，圖2是圖1所示的矩形四足直線超聲電機振子的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3 是壓電陶瓷片2的極化方向示意圖，圖4是前端蓋1的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是振子的驅(qū)動信號施加 示意圖，圖6是圖1所示的振子的一個基本振動模態(tài)振型示意圖，圖7是圖1所示的振子的另一 個基本振動模態(tài)振型示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式由四個前端蓋l、八對壓 電陶瓷片2、四個法蘭3、四個預(yù)緊螺柱4、絕緣套5和八對電極片6組成；四個前端蓋l的結(jié)構(gòu) 和形狀均相同；所述前端蓋l由水平變幅桿l-l、豎直變幅桿l-2和一個驅(qū)動足l-3組成，水平 變幅桿l-l和豎直變幅桿l-2均為截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，即所述的四棱柱體的一個側(cè)面為弧面，另外三個側(cè)面為平面的四棱柱體；水平變幅桿l-l和豎直變幅桿l-2的大端面 端的端面中心處均有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述驅(qū)動足l-3為長方體，驅(qū)動足l-3的底端面與 水平變幅桿l-l的小端面端的端面相連接，豎直變幅桿l-2小端面端的端面與驅(qū)動足l-3的一 個側(cè)面相連接，所述水平變幅桿l-l和豎直變幅桿l-2正交布置；水平變幅桿l-l、豎直變幅 桿1-2和驅(qū)動足1-3為一體件；所述預(yù)緊螺柱4的中間為方形截面軸段，預(yù)緊螺柱4兩端為旋向 相反的螺紋；所述法蘭3中心處設(shè)置有方形孔，預(yù)緊螺柱4的方形截面軸段穿過法蘭3中心處 的方形孔達到過盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個水平變幅桿l-l的大端面端的盲孔螺 紋嚙合，所述相鄰兩個水平變幅桿1-1大端面端的螺紋孔的螺紋旋向相反，在法蘭3和每個水 平變幅桿1-1之間的螺柱上都套有一對壓電陶瓷片2;所述相鄰兩個豎直變幅桿l-2大端面端 的螺紋孔的螺紋旋向相反，預(yù)緊螺柱4的方形截面軸段穿過法蘭3中心處的方形孔達到過盈配 合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個豎直變幅桿l-2的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭3和每 個豎直變幅桿l-2之間的預(yù)緊螺柱4上都套有一對壓電陶瓷片2;在水平變幅桿l-l和壓電陶瓷 片2之間、兩個壓電陶瓷片2之間以及豎直變幅桿l-2和壓電陶瓷片2之間分別固定有電極片6 ;在所述壓電陶瓷片2、電極片6和預(yù)緊螺柱4之間固定有絕緣套5。本實施方式的矩形四足直 線超聲電機振子在應(yīng)用的時候，驅(qū)動信號連接如圖5所示，和前端蓋1相鄰的所有電極片6與 驅(qū)動電源的公共端Vo連接，每對陶瓷片2中間的電極片6分別與驅(qū)動信號V^nV2連接，
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述法蘭3兩側(cè)每對壓電 陶瓷片2中的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，水平變幅桿1-1之間的兩組壓電陶瓷片2的極 化方式相反，豎直變幅桿l-2之間的兩組壓電陶瓷片2的極化方式相同。其他的組成和連接方 式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述壓電陶瓷片2的橫截 面為方形或圓形。
權(quán)利要求
1.矩形四足直線超聲電機振子，它由四個前端蓋(1)、八對壓電陶瓷片(2)、四個法蘭(3)、四個預(yù)緊螺柱(4)、絕緣套(5)和八對電極片(6)組成；四個前端蓋(1)的結(jié)構(gòu)和形狀均相同；其特征在于所述前端蓋(1)由水平變幅桿(1-1)、豎直變幅桿(1-2)和一個驅(qū)動足(1-3)組成，水平變幅桿(1-1)和豎直變幅桿(1-2)均為截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，即所述的四棱柱體的一個側(cè)面為弧面，另外三個側(cè)面為平面的四棱柱體；水平變幅桿(1-1)和豎直變幅桿(1-2)的大端面端的端面中心處均有一個帶內(nèi)螺紋的盲孔，所述驅(qū)動足(1-3)為長方體，驅(qū)動足(1-3)的底端面與水平變幅桿(1-1)的小端面端的端面相連接，豎直變幅桿(1-2)小端面端的端面與驅(qū)動足(1-3)的一個側(cè)面相連接，所述水平變幅桿(1-1)和豎直變幅桿(1-2)正交布置；水平變幅桿(1-1)、豎直變幅桿(1-2)和驅(qū)動足(1-3)為一體件；所述預(yù)緊螺柱(4)的中間為方形截面軸段，預(yù)緊螺柱(4)兩端為旋向相反的螺紋；所述法蘭(3)中心處設(shè)置有方形孔，預(yù)緊螺柱(4)的方形截面軸段穿過法蘭(3)中心處的方形孔達到過盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個水平變幅桿(1-1)的大端面端的盲孔螺紋嚙合，所述相鄰兩個水平變幅桿(1-1)大端面端的螺紋孔的螺紋旋向相反，在法蘭(3)和每個水平變幅桿(1-1)之間的螺柱上都套有一對壓電陶瓷片(2)；所述相鄰兩個豎直變幅桿(1-2)大端面端的螺紋孔的螺紋旋向相反，預(yù)緊螺柱(4)的方形截面軸段穿過法蘭(3)中心處的方形孔達到過盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個豎直變幅桿(1-2)的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭(3)和每個豎直變幅桿(1-2)之間的預(yù)緊螺柱(4)上都套有一對壓電陶瓷片(2)；在水平變幅桿(1-1)和壓電陶瓷片(2)之間、兩個壓電陶瓷片(2)之間以及豎直變幅桿(1-2)和壓電陶瓷片(2)之間分別固定有電極片(6)；在所述壓電陶瓷片(2)、電極片(6)和預(yù)緊螺柱(4)之間固定有絕緣套(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的矩形四足直線超聲電機振子，其特征在于所 述法蘭(3)兩側(cè)每對壓電陶瓷片(2)中的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，水平變幅桿( 1-1)之間的兩組壓電陶瓷片(2)的極化方式相反，豎直變幅桿(1-2)之間的兩組壓電陶瓷片(2)的極化方式相同。
3 根據(jù)權(quán)利要求l所述的矩形四足直線超聲電機振子，其特征在于所 述壓電陶瓷片(2)的橫截面為方形或圓形。
全文摘要
矩形四足直線超聲電機振子，涉及超聲電機振子。它解決了現(xiàn)有超聲電機定子存在的機械輸出能力受制約的問題。它由四個前端蓋、八對壓電陶瓷片、四個法蘭、四個預(yù)緊螺柱、絕緣套和電極片組成，所述前端蓋包括水平變幅桿、豎直變幅桿和一個驅(qū)動足，驅(qū)動足為長方體，水平變幅桿和豎直變幅桿正交布置，水平變幅桿、豎直變幅桿和驅(qū)動足為一體件，相鄰兩個水平變幅桿的大端面通過預(yù)緊螺柱和法蘭固定連接，在法蘭和每個水平變幅桿之間的螺柱上均套有一對壓電陶瓷片，相鄰兩個豎直變幅桿的大端面通過預(yù)緊螺柱和法蘭固定連接，在法蘭和每個豎直變幅桿之間的螺柱上均套有一對壓電陶瓷片。本發(fā)明可以應(yīng)用到超聲電機制作領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/04GK101626205SQ20091030606
公開日2010年1月13日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月25日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)