[发明专利]一种双振子驻波超声电机及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机及其电激励方法，属于超声电机技术领域。

背景技术

朗之万压电换能器在超声器件中应用广泛，例如，定位装置、微操纵系统、机器人等。朗之万压电换能器由压电陶瓷、金属配重和预紧螺钉组成，具有高机械品质因数、低阻抗和易于夹持的特点。

当在压电陶瓷中施加频率为换能器共振频率的交变电场时，朗之万压电换能器由压电陶瓷的d₃₃效应激发出纵振。由于钛酸钡压电陶瓷的压电常数d₃₃大于d₃₁，利用d₃₃效应的压电作动器比利用d₃₁效应的压电作动器具有更高的效率。在预紧螺钉所施加的预应力作用下，压电陶瓷工作时始终处于压应力作用下，因此，换能器组件的声传导更高效，同时提升了机械品质因数。这使朗之万换能器适用于大功率超声器件的需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、大推重比、高精度、快响应的双振子驻波超声电机及其激励方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种双振子驻波超声电机，包括第一、第二T形架、拱形梁结构和两个杆状夹心结构压电换能器；所述两个杆状夹心结构压电换能器相同一侧的配重块通过第一T形架固定连接，而另一侧的配重块通过通过第二T形架固定连接，所述拱形梁结构的底部一端设置在其中一个杆状夹心结构压电换能器的激振源之间，另一端设置在另一个杆状夹心结构压电换能器的激振源之间，同时所述拱形梁结构的顶端中部设有第一突起形成驱动足。

优选的：所述杆状夹心结构压电换能器包括第一、第二配重块、螺钉、以及两组激振源，所述两组激振源分别为第一、第二激振源；第一、第二配重块均为一个相对的面为正方形的长方体，所述第一配重块在正方形的一面的中心开设有光孔，且第一配重块设有光孔的一个表面上设有沿光孔直径垂直并平行T形架上端的第一凹槽，而第二配重块在正方形的一面的中心开设有螺纹孔，所述第二配重块设有螺纹孔的一个表面上设有沿螺纹孔直径垂直并平行T形架上端的第二凹槽；所述压电陶瓷为环状，其内径与光孔直径相同；所述电极片为软质导电金属，与压电陶瓷具有相同的环状外形，并在外环设有第二突起，用于连接通电引线；所述第一T形架的一端设置于其中一个杆状夹心结构压电换能器的第一凹槽内，另一端设置在另一个杆状夹心结构压电换能器的第一凹槽内；所述所述第二T形架的一端设置于其中一个杆状夹心结构压电换能器的第二凹槽内，另一端设置在另一个杆状夹心结构压电换能器的第二凹槽内；所述拱形梁结构的底部一端设置在其中一个杆状夹心结构压电换能器的第一、第二激振源之间，另一端设置在另一个杆状夹心结构压电换能器的第一、第二激振源之间；所述同一个杆状夹心结构压电换能器上的第一、第二激振源的中心轴线与该换能器上的光孔的轴线重合；所述同一个杆状夹心结构压电换能器上的第一、第二激振源的中心轴线与该换能器上的螺纹孔的轴线重合；其中一个杆状夹心结构压电换能器上的螺钉依次贯穿该换能器上第一配重块、第一T形架的一端、第一激振源、拱形梁结构底部的一端，第二激振源、第二T形架的一端、并旋入第二配重块上的螺纹孔中；而另一个杆状夹心结构压电换能器上的螺钉依次贯穿该换能器上第一配重块、第一T形架的另一端、第一激振源、拱形梁结构底部的另一端，第二激振源、第二T形架的另一端、并旋入第二配重块上的螺纹孔中。

优选的：每组激振源由5片电极片和4片压电陶瓷构成，压电陶瓷的极化方向两两相对。

优选的：拱形梁结构中部第一突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。

一种双振子驻波超声电机的激励方法，四组激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为A、B两相，其中一根螺钉贯穿的两组激振源施加A相，另一根螺钉贯穿的两组激振源施加B相；所述A、B两相电压激励信号都是等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差。

优选的：两个杆状夹心结构压电换能器在A、B两相电压激励信号激励下，在拱形梁结构中部的第一突起发生椭圆轨迹振动。

本发明提供的双振子驻波超声电机及其激励方法，相比现有技术，具有以下有益效果：压电陶瓷夹心结构布置可获得较高机械品质因数，两个换能器都工作在相同的一阶弯振模态，对称性好，基阶模态易于激励，效率高，因此本发明结构简单、大推重比、高精度、快响应。

附图说明

图1双振子驻波超声电机结构；

图2双振子驻波超声电机激励方式；