[发明专利]一种纵弯复合模态夹心式超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及压电超声电机领域，具体来说涉及一种纵弯复合模态夹心式超声电机振子。

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、转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、无需变速结构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。目前，作为一种新型驱动器有着广泛的应用。

出于压电陶瓷驱动方式简单、多样性，具有很强的机电互补特性，目前压电超声电机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。

传统的夹心式纵弯超声电机纵振和弯振压电陶瓷分别设计和激励，给结构设计、纵弯模态匹配、驱动和控制带来很大困难，也电机的输出特性和能力受限。且由于压电陶瓷片的价格高，这种分别设计和激励使得经济成本高，电学匹配受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种纵弯复合模态夹心式超声电机振子，以解决现有的纵弯复合模态振子陶瓷片布置受限、结构复杂、经济成本高、电学匹配受限的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种纵弯复合模态夹心式超声电机振子，所述超声电机振子为左右对称结构，包括两个变幅杆、振动压电陶瓷片、中性板、绝缘套、电极片；所述的变幅杆是截面逐渐变细的块体，变幅杆的小端面为驱动足，变幅杆的大端面的中心有一个带内螺纹的盲孔；所述的中性板带有安装座，中心有通孔，螺柱穿过中性板；所述的超声电机振子以中性板为中心，变幅杆在中性板两侧对称分布，振动压电陶瓷片套装在螺柱上，设置在变幅杆与中性板之间，在中性板的两侧对称分布；所述的振动压电陶瓷片在整体上被分成对称布置的第一组振动压电陶瓷片和第二组振动压电陶瓷片，所述的每片振动压电陶瓷片沿对称面分成第一组的半片压电陶瓷片与第二组的半片压电陶瓷片，所述的第一组由同一侧的半片压电陶瓷片组成，所述的第二组由另一侧的半片压电陶瓷片组成，第一组的电陶瓷片与第二组的压电陶瓷片个数相等且绝缘；每组内相邻两半片压电陶瓷片为一对，每对压电陶瓷片极化方向相反；每组压电陶瓷片对数为大于或者等于2的偶数，两个变幅杆通过大端面的螺纹孔分别旋合在螺柱的两端，从而将振动压电陶瓷片压紧在中性板和变幅1之间；中性板和振动压电陶瓷片之间、每组内相邻两个半片压电陶瓷片之间、振动压电陶瓷片和变幅杆大端面的接触面之间分别设置一片电极片。

作为一优选方案，所述的超声电机振子第一组内有两对压电陶瓷片，第二组内有两对压电陶瓷片，每组压电陶瓷片个数相等且为4。

在优选方案的基础上，所述的每片振动压电陶瓷片的第一组的压电陶瓷片与第二组的对应压电陶瓷片为一体件。

作为另外一实施方式，所述的每片振动压电陶瓷片的第一组的压电陶瓷片与第二组的压电陶瓷片分别为独立件。

依上述的一种纵弯复合模态夹心式超声电机振子，所述振动压电陶瓷片的横截面为中间带孔的矩形或圆形。

所述变幅杆和驱动足为一体件。

所述中性板和安装座为一体件，所述的安装座为一个。

与现有技术相比，采用上述技术方案的效果是：本发明采用偶数对的振动压电陶瓷片，其中，每对振动压电陶瓷片）由两片振动压电陶瓷片组成；每片振动压电陶瓷片沿对称面分成第一组压电陶瓷片与第二组压电陶瓷片，所有振动压电陶瓷片在整体上被分为分成第一组、第二组对称两组，两组压电陶瓷片极化区空间布置对称，相对称的第一组压电陶瓷片与第二组压电陶瓷片极化方向相同或相反，且相互绝缘；所述的组成每对振动压电陶瓷片的两片振动压电陶瓷片，在相同组中极化方向相反。如此便不再区分哪组是纵振压电陶瓷片，哪组是弯振压电陶瓷片，改变了传统的纵弯复合模态夹心式超声电机振子对压电陶瓷片在结构上的设计，使本发明的纵弯复合模态夹心式超声电机振子具有非常好的对称性，这种在结构、控制特性和阻抗特性上对称性，使得电机控制方式多样化，通过改变驱动电源的两相电压幅值，可以改变椭圆运动轨迹的大小；改变驱动电源的两相电压相位差或两相电压幅值差，可以改变椭圆运动轨迹的形状和大小，改善驱动质量。在电学匹配时，两路驱动电源的匹配电路完全相同。由匹配电路引起的驱动电压的相角偏差与幅值偏差完全相同，从而严格保证加在电机上的两路驱动电压的相位差和幅值差。