貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，屬于壓電超聲電機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]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。
[0003]現(xiàn)有的圓環(huán)壓電超聲電機振子一般屬于行波電機，通過兩列彎曲振動駐波的疊加，在環(huán)形振子中形成行波，最終實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，受現(xiàn)有工作原理的限制，該類振子難于實現(xiàn)直線驅(qū)動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的圓環(huán)壓電超聲電機振子難于實現(xiàn)直線驅(qū)動的問題?，F(xiàn)提供貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子。
[0005]貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，它包括兩個驅(qū)動足、內(nèi)環(huán)、中間環(huán)、外環(huán)和十六片壓電陶瓷片，所述內(nèi)環(huán)、中間環(huán)和外環(huán)均為圓環(huán)形，中間環(huán)設(shè)置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，且內(nèi)環(huán)、中間環(huán)和外環(huán)均同軸，兩個驅(qū)動足均設(shè)置在內(nèi)環(huán)的內(nèi)表面，所述內(nèi)環(huán)的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片，外環(huán)的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片，所有壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，外環(huán)上表面的四片壓電陶瓷片極化方向相同，外環(huán)下表面的四片壓電陶瓷片極化方向相同，外環(huán)下表面的四片壓電陶瓷片與外環(huán)上表面的四片壓電陶瓷片極化方向相反，內(nèi)環(huán)上表面的四片壓電陶瓷片中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，內(nèi)環(huán)下表面的四片壓電陶瓷片中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反，內(nèi)環(huán)下表面的四片壓電陶瓷片與內(nèi)環(huán)上表面的四片壓電陶瓷片極化方向相同。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明采用沿厚度方向極化的十六片壓電陶瓷片實現(xiàn)振子兩個模態(tài)振動的激勵。十六片壓電陶瓷片分別設(shè)置于外環(huán)的上下表面和內(nèi)環(huán)的上下表面，內(nèi)環(huán)與外環(huán)上各八片。其中外環(huán)上表面的壓電陶瓷片極化方向相同、外環(huán)下表面的壓電陶瓷片極化方向相同，外環(huán)上表面和下表面的極化方向相反，在施加同相電壓后，外環(huán)上下表面的八片壓電陶瓷同時伸縮，以激勵出振子的徑向伸縮振動，如圖6所示。內(nèi)環(huán)上下表面對稱位置的壓電陶瓷片極化方向相同，非對稱位置的極化方向相反，且其位于圓環(huán)軸向彎曲振動的波腹位置，施加同相電壓后，相應(yīng)位置的兩片壓電陶瓷會交替伸縮振動，在內(nèi)環(huán)上下表面的八個壓電陶瓷片的共同作用下，可以有效地激勵出振子的軸向彎曲振動，如圖7所示。設(shè)置于內(nèi)環(huán)和外環(huán)上的壓電陶瓷片，采用頻率為振子兩個模態(tài)的諧振頻率、相位差為+90°的兩相交流電壓低信號進行激勵；外環(huán)上的八片壓電陶瓷片同時伸縮，激勵出振子的徑向伸縮振動，對應(yīng)引起驅(qū)動足徑向方向的位移；內(nèi)環(huán)上的八片壓電陶瓷交替伸縮振動，激勵出振子的軸向彎曲振動，對應(yīng)引起驅(qū)動足的軸向方向的位移；兩個振動模態(tài)的疊加會在兩個驅(qū)動足末端表面質(zhì)點產(chǎn)生反向的橢圓軌跡運動，通過驅(qū)動足末端和動子之間的摩擦親合實現(xiàn)動子沿圓環(huán)軸線方向的直線運動輸出。如果調(diào)整兩相激勵信號的相位差為-90°，可以實現(xiàn)反向驅(qū)動。
[0007]本發(fā)明的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子從原理上解決了環(huán)形振子難以實現(xiàn)直線驅(qū)動的問題，并且加工裝配較為簡便，易于實現(xiàn)微型化；動子置于振子中，其結(jié)構(gòu)緊湊，且受力平衡。
【附圖說明】
[0008]圖1為【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子的立體結(jié)構(gòu)示意圖，
[0009]圖2為圖1所示振子中由驅(qū)動足、內(nèi)環(huán)、中間環(huán)、外環(huán)組成的一體件的立體結(jié)構(gòu)示意圖，
[0010]圖3為【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子中內(nèi)環(huán)的上表面壓電陶瓷片和下表面壓電陶瓷片的極化方向示意圖，
[0011]圖4為【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子中外環(huán)的上表面壓電陶瓷片和下表面壓電陶瓷片的極化方向示意圖，
[0012]圖5為本發(fā)明所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子工作時推動動子運動的示意圖，附圖標記6表示動子，附圖標記A表示動子的運動方向。
[0013]圖6為本發(fā)明所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子的徑向伸縮振動的模態(tài)振型圖，
[0014]圖7為本發(fā)明所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子的軸向彎曲振動的模態(tài)振型圖。
【具體實施方式】
[0015]【具體實施方式】一:參照圖1、圖3和圖4具體說明本實施方式，本實施方式所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，它包括兩個驅(qū)動足1、內(nèi)環(huán)2、中間環(huán)3、外環(huán)4和十六片壓電陶瓷片5，
[0016]所述內(nèi)環(huán)2、中間環(huán)3和外環(huán)4均為圓環(huán)形，中間環(huán)3設(shè)置在內(nèi)環(huán)2和外環(huán)4之間，且內(nèi)環(huán)2、中間環(huán)3和外環(huán)4均同軸，兩個驅(qū)動足均設(shè)置在內(nèi)環(huán)2的內(nèi)表面，所述內(nèi)環(huán)2的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片5，外環(huán)4的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片5，所有壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，外環(huán)4上表面的四片壓電陶瓷片5極化方向相同，外環(huán)4下表面的四片壓電陶瓷片5極化方向相同，外環(huán)4下表面的四片壓電陶瓷片5與外環(huán)4上表面的四片壓電陶瓷片5極化方向相反，內(nèi)環(huán)2上表面的四片壓電陶瓷5中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片5的極化方向相反，內(nèi)環(huán)2下表面的四片壓電陶瓷片5中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片5的極化方向相反，內(nèi)環(huán)2下表面的四片壓電陶瓷片5與內(nèi)環(huán)2上表面的四片壓電陶瓷片5極化方向相同。
[0017]本實施方式中，貼片式雙足超聲電機振子在應(yīng)用的時候，外環(huán)4與驅(qū)動電源的公共端連接，外環(huán)4上下兩個表面上固定的八片壓電陶瓷片5的外表面與一相驅(qū)動信號連接，內(nèi)環(huán)2上下兩個表面上固定的八片彎振壓電陶瓷片5的外表面與另外一相驅(qū)動信號連接。
[0018]【具體實施方式】二:參見圖2所示。本實施方式是對【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子作進一步說明，本實施方式中，所述驅(qū)動足1、內(nèi)環(huán)2、中間環(huán)3、外環(huán)4為一體件，這樣可以簡化加工工藝。
[0019]參見圖5所示，為本實施方式所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子與結(jié)合之后的示意圖，所述動子為圓柱形，嵌入在振子的內(nèi)環(huán)內(nèi)，振子的驅(qū)動足與動子的外側(cè)壁摩擦連接，所述動子在振子的驅(qū)動下可以沿標記A所指示的方向做直線往復(fù)運動。
[0020]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子作進一步說明，本實施方式中，所述十六片壓電陶瓷片5均為扇形，且十六片壓電陶瓷片5與內(nèi)環(huán)2、中間環(huán)3和外環(huán)4同軸，這樣可以保證徑向伸縮振動同一時刻在周向上點的徑向位移盡量相等，徑向彎曲振動各波腹的幅值盡量相等。
[0021]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子作進一步說明，本實施方式中，所述中間環(huán)3的厚度小于內(nèi)環(huán)2和外環(huán)4，這樣可以保證中間環(huán)既能夠?qū)⑼猸h(huán)4的徑向伸縮振動傳遞給內(nèi)環(huán)2，進一步傳遞給驅(qū)動足，又可以降低內(nèi)環(huán)的軸向彎曲振動對外環(huán)的影響，同時還可以將彎曲振動的波腹最大值控制在內(nèi)環(huán)的內(nèi)側(cè)。
[0022]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子作進一步說明，本實施方式中，所述驅(qū)動足I之間的夾角為180度，這樣使得兩個驅(qū)動足置于軸向彎曲振動同向的兩個波腹處，保證兩驅(qū)動足在動子表面產(chǎn)生同向的驅(qū)動力。
[0023]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子作進一步說明，本實施方式中，所述兩個驅(qū)動足I橫截面為矩形或者梯形，且兩個驅(qū)動足I高度相等，這樣能夠保證兩個驅(qū)動足產(chǎn)生一致的驅(qū)動力。
【主權(quán)項】
1.貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，它包括兩個驅(qū)動足⑴、內(nèi)環(huán)(2)、中間環(huán)(3)、外環(huán)(4)和十六片壓電陶瓷片(5)，其特征在于，所述內(nèi)環(huán)(2)、中間環(huán)(3)和外環(huán)(4)均為圓環(huán)形，中間環(huán)⑶設(shè)置在內(nèi)環(huán)⑵和外環(huán)⑷之間，且內(nèi)環(huán)(2)、中間環(huán)(3)和外環(huán)(4)均同軸，兩個驅(qū)動足均設(shè)置在內(nèi)環(huán)(2)的內(nèi)表面，所述內(nèi)環(huán)(2)的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片(5)，外環(huán)(4)的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片(5)，所有壓電陶瓷片均沿厚度方向極化，外環(huán)(4)上表面的四片壓電陶瓷片(5)極化方向相同，外環(huán)(4)下表面的四片壓電陶瓷片(5)極化方向相同，外環(huán)(4)下表面的四片壓電陶瓷片(5)與外環(huán)(4)上表面的四片壓電陶瓷片(5)極化方向相反，內(nèi)環(huán)(2)上表面的四片壓電陶瓷片(5)中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片(5)的極化方向相反，內(nèi)環(huán)(2)下表面的四片壓電陶瓷片(5)中任意相鄰的兩片壓電陶瓷片(5)的極化方向相反，內(nèi)環(huán)(2)下表面的四片壓電陶瓷片(5)與內(nèi)環(huán)(2)上表面的四片壓電陶瓷片(5)極化方向相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，其特征在于，所述驅(qū)動足⑴、內(nèi)環(huán)(2)、中間環(huán)(3)、外環(huán)(4)為一體件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，其特征在于，所述十六片壓電陶瓷片(5)均為扇形，且十六片壓電陶瓷片(5)與內(nèi)環(huán)(2)、中間環(huán)(3)和外環(huán)(4)同軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，其特征在于，所述中間環(huán)(3)的厚度小于內(nèi)環(huán)⑵和外環(huán)(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，其特征在于，所述驅(qū)動足(I)之間的夾角為180度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，其特征在于，所述兩個驅(qū)動足(I)橫截面為矩形或者梯形，且兩個驅(qū)動足(I)高度相等。
【專利摘要】貼片式圓環(huán)雙足超聲電機振子，涉及壓電超聲電機技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的圓環(huán)壓電超聲電機振子難于實現(xiàn)直線驅(qū)動的問題。本發(fā)明所述內(nèi)環(huán)、中間環(huán)和外環(huán)均為圓環(huán)形，中間環(huán)設(shè)置在內(nèi)環(huán)和外環(huán)之間，且內(nèi)環(huán)、中間環(huán)和外環(huán)均同軸，兩個驅(qū)動足均設(shè)置在內(nèi)環(huán)的內(nèi)表面，所述內(nèi)環(huán)和外環(huán)的上表面和下表面分別固定有四片壓電陶瓷片，外環(huán)上表面的四片壓電陶瓷片極化方向相同，外環(huán)下表面的四片壓電陶瓷片極化方向相同，外環(huán)下表面的四片壓電陶瓷與外環(huán)上表面的四片壓電陶瓷極化方向相反，內(nèi)環(huán)上表面和下表面的四片壓電陶瓷中任意相鄰的兩片壓電陶瓷的極化方向相反，內(nèi)環(huán)下表面的四片壓電陶瓷與內(nèi)環(huán)上表面的四片壓電陶瓷極化方向相同。
【IPC分類】H02N2-04
【公開號】CN104578899
【申請?zhí)枴緾N201510060834
【發(fā)明人】劉英想, 閆紀朋, 石勝君, 熊懷銀, 陳維山
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年2月5日