一種復合振子駐波超聲電機及其激勵方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復合振子駐波超聲電機及其激勵方法，屬于超聲電機【技術(shù)領域】，包括圓柱配重、兩組壓電激振源、驅(qū)動足和螺釘；所述圓柱配重有兩個，分別為第一、第二配重；兩組壓電激振源分別為第一、第二壓電激振源，每組壓電激振源均包括5片電極片和4片壓電陶瓷片；所述驅(qū)動足為一圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)；螺釘依次貫穿第一配重、第一壓電激振源、驅(qū)動足、第二壓電激振源、并通過第二配重上的螺紋孔旋緊。其激勵時在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號，所述A、B兩相電壓激勵信號為等幅同頻正弦電壓信號，且兩相電壓信號具有π/2的相位差，本發(fā)明可獲得較高機械品質(zhì)因數(shù)，換能器僅有一個，可同時激發(fā)兩個模態(tài)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。
【專利說明】一種復合振子駐波超聲電機及其激勵方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超聲電機及其電激勵方法，屬于超聲電機【技術(shù)領域】。

【背景技術(shù)】
[0002]朗之萬壓電換能器在超聲器件中應用廣泛，例如，定位裝置、微操縱系統(tǒng)、機器人等。朗之萬壓電換能器由壓電陶瓷、金屬配重和預緊螺釘組成，具有高機械品質(zhì)因數(shù)、低阻抗和易于夾持的特點。
[0003]當在壓電陶瓷中施加頻率為換能器共振頻率的交變電場時，朗之萬壓電換能器由壓電陶瓷的d33效應激發(fā)出縱振。由于鈦酸鋇壓電陶瓷的壓電常數(shù)d33大于d31，利用d33效應的壓電作動器比利用d31效應的壓電作動器具有更高的效率。在預緊螺釘所施加的預應力作用下，壓電陶瓷工作時始終處于壓應力作用下，因此，換能器組件的聲傳導更高效，同時提升了機械品質(zhì)因數(shù)。這使朗之萬換能器適用于大功率超聲器件的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、大推重比、高精度、快響應的直線超聲電機。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種復合振子駐波超聲電機，包括圓柱配重、兩組壓電激振源、驅(qū)動足和螺釘；所述圓柱配重有兩個，分別為第一、第二配重；且第一、第二配重均為中空結(jié)構(gòu)；所述第一配重沿圓柱軸線設有光孔，而第二配重沿圓柱軸線設有螺紋孔，且所述第一、第二配重的圓柱面上均設置有夾持結(jié)構(gòu)；兩組壓電激振源分別為第一、第二壓電激振源；所述驅(qū)動足為一圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，且該圓環(huán)外側(cè)具有外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)外形由對稱于直徑的兩條切線圍成，外端部切成平面，該平面垂直于兩條切線的對稱軸，且在該平面上設有第二突起；螺釘依次貫穿第一配重、第一壓電激振源、驅(qū)動足、第二壓電激振源、并通過第二配重上的螺紋孔旋緊。
[0006]優(yōu)選的:所述夾持結(jié)構(gòu)為第一、第二配重的圓柱面上設置的第一突起，且所述第一突起上設有安裝孔。
[0007]優(yōu)選的:每組壓電激振源均包括5片電極片和4片壓電陶瓷片，所述電極片和壓電陶瓷片交替設置，且所述電極片分別位于壓電陶瓷片兩個環(huán)面上且圓心重合，同時所述壓電陶瓷片的極化方向兩兩相對。
[0008]優(yōu)選的:驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的突起的振動引起與之接觸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或動子平動。
[0009]一種復合振子駐波超聲電機的激勵方法，在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號，所述A、B兩相電壓激勵信號為等幅同頻正弦電壓信號，且兩相電壓信號具有π/2的相位差。
[0010]優(yōu)選的:第一、第二壓電激振源上的電極片分別連接導線，每組激振源中兩側(cè)和中間的電極片經(jīng)導線接地，其余兩片電極片施加相同電壓激勵信號，所述電壓激勵信號分為A、B兩相。
[0011]優(yōu)選的:在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號的情況下，驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的第二突起發(fā)生橢圓軌跡振動。
[0012]本發(fā)明提供的一種復合振子駐波超聲電機及其激勵方法，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:壓電陶瓷夾心結(jié)構(gòu)布置可獲得較高機械品質(zhì)因數(shù)，換能器僅有一個，可同時激發(fā)兩個模態(tài)，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為復合振子駐波超聲電機結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0014]圖2為復合振子駐波超聲電機激勵方式示意圖；
[0015]圖3為壓電陶瓷極化方向示意圖；
[0016]圖4為驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動驅(qū)動示意圖；
[0017]圖5為驅(qū)動動子輸出直線運動不意圖；
[0018]其中，1-壓電換能器；2_夾持結(jié)構(gòu)；3_驅(qū)動足；4-轉(zhuǎn)子；5_定子。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0020]一種復合振子駐波超聲電機，如圖1所示，包括圓柱配重、兩組壓電激振源、驅(qū)動足和螺釘；所述圓柱配重有兩個，分別為第一、第二配重；且第一、第二配重均為中空結(jié)構(gòu)；所述第一配重沿圓柱軸線設有光孔，而第二配重沿圓柱軸線設有螺紋孔，且所述第一、第二配重的圓柱面上均設置有夾持結(jié)構(gòu)；兩組壓電激振源分別為第一、第二壓電激振源；所述驅(qū)動足為一圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，且該圓環(huán)外側(cè)具有外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)外形由對稱于直徑的兩條切線圍成，外端部切成平面，該平面垂直于兩條切線的對稱軸，且在該平面上設有第二突起；螺釘依次貫穿第一配重、第一壓電激振源、驅(qū)動足、第二壓電激振源、并通過第二配重上的螺紋孔旋緊。
[0021]所述夾持結(jié)構(gòu)為第一、第二配重的圓柱面上設置的第一突起，且所述第一突起上設有安裝孔。
[0022]每組壓電激振源均包括5片電極片和4片壓電陶瓷片，所述電極片和壓電陶瓷片交替設置，且所述電極片分別位于壓電陶瓷片兩個環(huán)面上且圓心重合，同時所述壓電陶瓷片的極化方向兩兩相對。
[0023]驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的突起的振動引起與之接觸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或動子平動。
[0024]一種復合振子駐波超聲電機的激勵方法，在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號，所述A、B兩相電壓激勵信號為等幅同頻正弦電壓信號，且兩相電壓信號具有π/2的相位差。
[0025]第一、第二壓電激振源上的電極片分別連接導線，每組激振源中兩側(cè)和中間的電極片經(jīng)導線接地，其余兩片電極片施加相同電壓激勵信號，所述電壓激勵信號分為A、B兩相。
[0026]在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號的情況下，驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的第二突起發(fā)生橢圓軌跡振動。
[0027]下面給出本發(fā)明的一個具體實例對本發(fā)明進行說明。
[0028]一種復合振子駐波超聲電機，如圖1，由桿狀夾心結(jié)構(gòu)壓電換能器(I)、夾持結(jié)構(gòu)
(2)和驅(qū)動足(3)組成；兩個桿狀夾心結(jié)構(gòu)壓電換能器(I)并列布置，中間經(jīng)拱形梁結(jié)構(gòu)
(2)和T形架(3)連接成一體，拱形結(jié)構(gòu)中部設有突起，T形架位于拱形梁結(jié)構(gòu)兩側(cè)對稱布置。
[0029]如圖1，由圓柱配重、兩組壓電激振源、驅(qū)動足和螺釘組成；所述圓柱配重有兩個，都是中空結(jié)構(gòu)，其中一個沿圓柱軸線設有光孔，另一個設有螺紋孔，設有螺紋孔的配重有一端設有圓環(huán)狀突起，兩個配重的圓柱面上設有相同的突起，突起上設有安裝孔；所述兩組壓電激振源每組由5片電極片和4片壓電陶瓷構(gòu)成，陶瓷片的極化方向兩兩相對，電極片分別位于陶瓷片兩個環(huán)面上且圓心重合；驅(qū)動足為一圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，且圓環(huán)外側(cè)具有外延結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)外形由對稱于直徑的兩條切線圍成，外端部切成平面，該平面垂直于兩條切線的對稱軸，平面上設有突起；螺釘依次貫穿設有光孔的配重、激振源、驅(qū)動足和激振源，并旋緊在設有螺紋孔的配重上，兩個配重圓柱面上的突起并列布置且位于驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)的相對側(cè)。
[0030]復合振子駐波超聲電機的激勵方式如圖2:在壓電換能器兩組壓電陶瓷上分別施加Usin ω t、Ucos ω t兩相電壓激勵信號。壓電換能器在兩相電壓激勵信號激勵下，在驅(qū)動足中部的突起發(fā)生橢圓軌跡振動。
[0031]壓電換能器由配重、驅(qū)動足、螺釘、壓電陶瓷和電極片組成。配重有兩個，分別為帶通孔圓柱體經(jīng)螺釘連接成一體，螺釘通過位于正中通孔；所述兩個配重上所設通孔一個為螺紋孔，另一個為光孔；所述驅(qū)動足兩側(cè)與兩組壓電陶瓷相鄰。驅(qū)動足為片狀結(jié)構(gòu)，其外形為圓環(huán)外接等腰梯形，梯形較長的底邊為圓環(huán)的直徑，兩腰分別與圓環(huán)相切，較短的底中部設有凸起，該部分與所驅(qū)動構(gòu)件直接相觸。壓電陶瓷為環(huán)狀，其直徑與配重外圓直徑相同，內(nèi)徑與配重正中的通孔相同。電極片為軟質(zhì)導電金屬，與壓電陶瓷具有相同的環(huán)狀外形，并在外環(huán)設有突起，用于連接通電引線。8片壓電陶瓷和10片電極片組成2組相同的激振源，每組激振源由5片電極片和4片壓電陶瓷構(gòu)成，陶瓷片的極化方向兩兩相對，電極片分別位于陶瓷片兩個環(huán)面上且圓心重合，如圖3。兩組激振源位于驅(qū)動足的兩側(cè)，且壓電陶瓷和電極片組合成激振源的中心軸線與配重上通孔的軸線重合，兩個配重分別位于兩組激振源外偵牝且配重上通孔與兩組激振源中心軸線重合，螺釘分別貫穿配重上的光孔、兩組激振源中心驅(qū)動足上光孔并旋入另一個配重上的螺紋孔中。
[0032]如圖2，所述組兩激振源上的電極片分別連接導線，每組激振源中兩側(cè)和中間的電極片經(jīng)導線接地，其余兩片電極片施加相同電壓激勵信號，所述電壓激勵信號分為Usin ω t、Ucos ω t 兩相。
[0033]按圖2方式給兩組壓電單元施加電壓激勵，驅(qū)動足中部的突起將以橢圓軌跡振動，將該突起以一定的力壓在另一物體表面，將產(chǎn)生單向摩擦力。
[0034]如圖4所示，通過所述的驅(qū)動足中部突起的振動引起與之接觸的轉(zhuǎn)子⑷轉(zhuǎn)動。
[0035]如圖5所示，通過所述的驅(qū)動足中部突起的振動引起與之接觸的動子(5)平動。
[0036]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術(shù)領域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種復合振子駐波超聲電機，其特征在于:包括圓柱配重、兩組壓電激振源、驅(qū)動足和螺釘；所述圓柱配重有兩個，分別為第一、第二配重；且第一、第二配重均為中空結(jié)構(gòu)；所述第一配重沿圓柱軸線設有光孔，而第二配重沿圓柱軸線設有螺紋孔，且所述第一、第二配重的圓柱面上均設置有夾持結(jié)構(gòu)；兩組壓電激振源分別為第一、第二壓電激振源；所述驅(qū)動足為一圓環(huán)片狀結(jié)構(gòu)，且該圓環(huán)外側(cè)具有外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)外形由對稱于直徑的兩條切線圍成，外端部切成平面，該平面垂直于兩條切線的對稱軸，且在該平面上設有第二突起；螺釘依次貫穿第一配重、第一壓電激振源、驅(qū)動足、第二壓電激振源、并通過第二配重上的螺紋孔旋緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合振子駐波超聲電機，其特征在于:所述夾持結(jié)構(gòu)為第一、第二配重的圓柱面上設置的第一突起，且所述第一突起上設有安裝孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復合振子駐波超聲電機，其特征在于:每組壓電激振源均包括5片電極片和4片壓電陶瓷片，所述電極片和壓電陶瓷片交替設置，且所述電極片分別位于壓電陶瓷片兩個環(huán)面上且圓心重合，同時所述壓電陶瓷片的極化方向兩兩相對。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合振子駐波超聲電機，其特征在于:驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的突起的振動引起與之接觸的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動或動子平動。
5.一種如權(quán)利要求1所述的復合振子駐波超聲電機的激勵方法，其特征在于:在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號，所述A、B兩相電壓激勵信號為等幅同頻正弦電壓信號，且兩相電壓信號具有η/2的相位差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復合振子駐波超聲電機的激勵方法，其特征在于:第一、第二壓電激振源上的電極片分別連接導線，每組激振源中兩側(cè)和中間的電極片經(jīng)導線接地，其余兩片電極片施加相同電壓激勵信號，所述電壓激勵信號分為A、B兩相。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合振子駐波超聲電機的激勵方法，其特征在于:在第一、第二壓電激振源上分別施加A、B兩相電壓激勵信號的情況下，驅(qū)動足外延結(jié)構(gòu)端面上的第二突起發(fā)生橢圓軌跡振動。
【文檔編號】H02N2/00GK104485837SQ201410762747
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】楊穎 , 皮奧特爾·瓦西爾耶夫, 王寅, 王亮, 謝爾蓋·鮑羅廷, 達柳斯·馬澤卡 申請人:南京航空航天大學