夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的制作方法
【專利摘要】夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，屬于壓電超聲電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子。解決了現(xiàn)有貼片式超聲電機(jī)振子中存在的陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低、膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命以及振子振幅提高受限的問題，本發(fā)明的四片壓電陶瓷基片平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板中間，第一片壓電陶瓷基片和第二片壓電陶瓷基片的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片和第四片壓電陶瓷基片的極化方向相反，五片電極片分別夾持在第一塊硬板與其相鄰的壓電陶瓷基片之間、相鄰兩片壓電陶瓷基片之間和第二塊硬板與其相鄰的壓電陶瓷基片之間。本發(fā)明適用于作為縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子。
【專利說明】夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于壓電超聲電機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子。
【背景技術(shù)】
[0002]壓電超聲電機(jī)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(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動，進(jìn)而通過定子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動，具有低速大轉(zhuǎn)矩、無需變速機(jī)構(gòu)、無電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等優(yōu)點(diǎn)，作為一種壓電驅(qū)動器有著十分廣泛的應(yīng)用。
[0003]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(jī)大多采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵，由于受壓電陶瓷材料的抗拉強(qiáng)度低，以及膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵方式使得超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制約。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有貼片式超聲電機(jī)振子中存在的陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低、膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命以及振子振幅提高受限的問題，提供了一種夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子。
[0005]本發(fā)明所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，它包括四片壓電陶瓷基片、兩塊硬板和五片電極片；
[0006]四片壓電陶瓷基片平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板中間，第一片壓電陶瓷基片和第二片壓電陶瓷基片的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片和第四片壓電陶瓷基片的極化方向相反，五片電極片分別夾持在第一塊硬板與其相鄰的壓電陶瓷基片之間、相鄰兩片壓電陶瓷基片之間和第二塊硬板與其相鄰的壓電陶瓷基片之間。
[0007]本發(fā)明的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子采用五個電極片時第一片壓電陶瓷片與第二片壓電陶瓷片之間電極片和第三片壓電陶瓷片與第四片壓電陶瓷片之間的電極片分別連接兩相交流電壓信號，第二片壓電陶瓷片與第三片壓電陶瓷片之間的電極片、第一片壓電陶瓷片與硬板之間的電極片和第四片壓電陶瓷片與硬板之間的電極片均與激勵電源公共端相連，實現(xiàn)振子奇數(shù)階縱振和奇數(shù)階彎振模態(tài)的復(fù)合激勵。
[0008]本發(fā)明的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子采用七個電極片時，第一片壓電陶瓷基片與第二片壓電陶瓷基片之間的電極片和第三壓電陶瓷基片與第四壓電陶瓷基片之間電極片分別連接驅(qū)動電源的兩相交流電壓信號端，第二片壓電陶瓷片與第三片壓電陶瓷片之間的電極片、第一片壓電陶瓷片與硬板之間的電極片和第四片壓電陶瓷片與硬板之間的電極片均與激勵電源的公共端相連，實現(xiàn)了振子偶數(shù)階振動模態(tài)縱振或彎振的激勵。更進(jìn)一步，若所述振子中第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片的極化方向相同時，可實現(xiàn)振子偶數(shù)階縱振和奇數(shù)階彎振模態(tài)的復(fù)合激勵。此時，應(yīng)用壓電陶瓷的D31工作模態(tài)在振子中激勵出相應(yīng)的縱彎復(fù)合振動，進(jìn)而在硬板末端驅(qū)動足區(qū)域生成橢圓軌跡振動，通過采用適當(dāng)?shù)目v彎振型階數(shù)組合可以實現(xiàn)直線或旋轉(zhuǎn)致動輸出。倘若兩相交流電壓信號相位差為+90°時，振子正向驅(qū)動，則當(dāng)調(diào)整兩相激勵信號的相位差為-90°時，可以實現(xiàn)反向驅(qū)動。
[0009]本發(fā)明的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活、可實現(xiàn)高電壓激勵、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。同時夾持在兩塊硬板中間解決了陶瓷材料抗拉強(qiáng)度低、膠層的強(qiáng)度低的問題，增加了夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的疲勞壽命以及提高了振子振幅。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1本發(fā)明所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子采用五片電極片時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為發(fā)明所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子采用七片電極片時的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子一階縱振模態(tài)振型示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子二階縱振模態(tài)振型示意圖；
[0014]圖5是本發(fā)明所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子一階彎振模態(tài)振型示意圖；
[0015]圖6是本發(fā)明所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子二階彎振模態(tài)振型示意圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一、結(jié)合圖1說明本實施方式，本實施方式所述夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，它包括四片壓電陶瓷基片1、兩塊硬板2和五片電極片3 ；
[0017]四片壓電陶瓷基片I平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板2中間，第一片壓電陶瓷基片I和第二片壓電陶瓷基片I的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片I和第四片壓電陶瓷基片I的極化方向相反，五片電極片3分別夾持在第一塊硬板2與其相鄰的壓電陶瓷基片I之間、相鄰兩片壓電陶瓷基片I之間和第二塊硬板2與其相鄰的壓電陶瓷基片I之間。
[0018]【具體實施方式】二、本實施方式是對【具體實施方式】一所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的進(jìn)一步說明，按從左至右的順序，第一片壓電陶瓷基片I與第二片壓電陶瓷基片I之間的電極片3和第三壓電陶瓷基片I與第四壓電陶瓷基片I之間的電極片3分別連接激勵電源的相位差為90度的兩相交流電壓信號，
[0019]第二片壓電陶瓷片I與第三片壓電陶瓷片I之間的電極片3、第一片壓電陶瓷片I與第一塊硬板2之間的電極片3和第四片壓電陶瓷片I與第二塊硬板2之間的電極片3均與激勵電源公共端相連。
[0020]【具體實施方式】三、結(jié)合圖2說明本實施方式所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，它包括四片壓電陶瓷基片1、兩塊硬板2和七片電極片3 ；
[0021]四片壓電陶瓷基片I平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板2中間，第一片壓電陶瓷基片I和第二片壓電陶瓷基片I的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片I和第四片壓電陶瓷基片I的極化方向相反，
[0022]第一片壓電陶瓷片I和第二片壓電陶瓷片I之間設(shè)置有兩片電極片3，且該兩片電極片3平行設(shè)置位于同一平面內(nèi)，所述兩片電極片3之間留有間隙，第三片壓電陶瓷片I和第四片壓電陶瓷片I之間也設(shè)置有兩片電極片3，且該兩片電極片3平行設(shè)置位于同一平面內(nèi)，所述兩片電極片3之間留有間隙；其余三片電極片3分別夾在硬板第一片壓電陶瓷片I與第一塊硬板2之間、第二片壓電陶瓷片I與第三片壓電陶瓷片I之間和第四片壓電陶瓷片I與第二塊硬板2之間。
[0023]當(dāng)本發(fā)明所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子中第二片壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片的極化方向相反時，實現(xiàn)振子奇數(shù)階縱振和偶數(shù)階彎振模態(tài)的復(fù)合激勵。當(dāng)持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子中第二壓電陶瓷片和第三片壓電陶瓷片的極化方向相同時，實現(xiàn)振子偶數(shù)階縱振和奇數(shù)階彎振模態(tài)的復(fù)合激勵。
[0024]【具體實施方式】四、本實施方式是對【具體實施方式】三所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的進(jìn)一步說明，按從左至右的順序，第一片壓電陶瓷片I和第二片壓電陶瓷片I之間的兩片電極片3與第三片壓電陶瓷片I和第四片壓電陶瓷片I之間的兩片電極片3交叉連接組合為兩組電極，該兩組電極分別連接激勵電源的相位差為90度的兩相交流電壓信號，第二片壓電陶瓷片I和第三片壓電陶瓷片之間的電極片3、第一片壓電陶瓷片I與硬板之間的電極片3和第四片壓電陶瓷片I與硬板之間的電極片3均與激勵電源公共端相連。
[0025]【具體實施方式】五、本實施方式是對【具體實施方式】一或三所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的進(jìn)一步說明，兩塊硬板2通過螺栓固定或通過夾持裝置進(jìn)行固定。
[0026]硬板的長度大于壓電陶瓷基片的長度，且兩個硬板的四個末端作為驅(qū)動足使用。
[0027]【具體實施方式】六、本實施方式是對【具體實施方式】一或三所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的進(jìn)一步說明，硬板2的長度大于壓電陶瓷基片I的長度。
[0028]【具體實施方式】七、本實施方式是對【具體實施方式】一或三所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子的進(jìn)一步說明，四片壓電陶瓷基片I均沿厚度方向極化。
【權(quán)利要求】
1.夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，它包括四片壓電陶瓷基片(I)、兩塊硬板⑵和五片電極片(3); 四片壓電陶瓷基片(I)平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板(2)中間，第一片壓電陶瓷基片(I)和第二片壓電陶瓷基片(I)的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片(I)和第四片壓電陶瓷基片(I)的極化方向相反，五片電極片(3)分別夾持在第一塊硬板(2)與其相鄰的壓電陶瓷基片(I)之間、相鄰兩片壓電陶瓷基片(I)之間和第二塊硬板(2)與其相鄰的壓電陶瓷基片⑴之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，按從左至右的順序，第一片壓電陶瓷基片(I)與第二片壓電陶瓷基片(I)之間的電極片(3)和第三壓電陶瓷基片(I)與第四壓電陶瓷基片(I)之間的電極片(3)分別連接激勵電源的相位差為90度的兩相交流電壓信號， 第二片壓電陶瓷片(I)與第三片壓電陶瓷片(I)之間的電極片(3)、第一片壓電陶瓷片(I)與第一塊硬板⑵之間的電極片⑶和第四片壓電陶瓷片⑴與第二塊硬板⑵之間的電極片(3)均與激勵電源公共端相連。
3.夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，它包括四片壓電陶瓷基片(I)、兩塊硬板⑵和七片電極片⑶； 四片壓電陶瓷基片(I)平行設(shè)置，且均夾在兩塊硬板(2)中間，第一片壓電陶瓷基片(I)和第二片壓電陶瓷基片(I)的極化方向相反，第三片壓電陶瓷基片(I)和第四片壓電陶瓷基片(I)的極化方向相反， 第一片壓電陶瓷片(I)和第二片壓電陶瓷片(I)之間設(shè)置有兩片電極片(3)，且該兩片電極片⑶平行設(shè)置位于同一平面內(nèi)，所述兩片電極片⑶之間留有間隙，第三片壓電陶瓷片(I)和第四片壓電陶瓷片(I)之間也設(shè)置有兩片電極片(3)，且該兩片電極片(3)平行設(shè)置位于同一平面內(nèi)，所述兩片電極片(3)之間留有間隙；其余三片電極片(3)分別夾在硬板第一片壓電陶瓷片(I)與第一塊硬板(2)之間、第二片壓電陶瓷片(I)與第三片壓電陶瓷片(I)之間和第四片壓電陶瓷片(I)與第二塊硬板⑵之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，按從左至右的順序，第一片壓電陶瓷片(I)和第二片壓電陶瓷片(I)之間的兩片電極片(3)與第三片壓電陶瓷片(I)和第四片壓電陶瓷片(I)之間的兩片電極片(3)交叉連接組合為兩組電極，該兩組電極分別連接激勵電源的相位差為90度的兩相交流電壓信號，第二片壓電陶瓷片(1)和第三片壓電陶瓷片之間的電極片(3)、第一片壓電陶瓷片(I)與硬板之間的電極片(3)和第四片壓電陶瓷片⑴與硬板之間的電極片⑶均與激勵電源公共端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，兩塊硬板(2)通過螺栓固定或通過夾持裝置進(jìn)行固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，硬板(2)的長度大于壓電陶瓷基片(I)的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的夾持式縱彎復(fù)合超聲電機(jī)振子，其特征在于，四片壓電陶瓷基片(I)均沿厚度方向極化。
【文檔編號】H02N2/12GK104022679SQ201410293184
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】陳維山, 楊小輝, 劉英想, 劉軍考, 石勝君 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)