[发明专利]复合弯振双足旋转超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及到一种复合弯振双足旋转超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。

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、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点。

出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前旋转型超声电机大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。夹心式超声电机采用压电陶瓷高机电耦合效率的d₃₃模式工作，可有效提高电机的机械输出特性。公开日为2012年2月22日、公开号为CN102361414A、发明名称为“带弹性支承的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子”的专利申请，它首次提出了一种采用纵向振动和弯曲振动模态复合实现双足旋转驱动的压电超声电机新构型，具有结构简单、设计灵活、输出力矩大等优点；但是，由于该电机采用两个驱动足的小端面进行驱动，其与转子的接触形式为柱面接触，这使得驱动足与转子之间预压力的施加十分复杂。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有“带弹性支承的纵弯复合模态夹心式双足旋转超声电机振子”中存在的驱动足与转子之间预压力的施加复杂的问题，本发明提供了一种复合弯振双足旋转超声电机振子。

复合弯振双足旋转超声电机振子，它包括两个端盖、四个薄壁梁、四个安装座、四片竖直弯振压电陶瓷片、四片水平弯振压电陶瓷片、绝缘套、螺柱、九个电极片和两个摩擦片；

所述每一个端盖均是截面为矩形并逐渐变细的块体，端盖的大端面的中心设置有一个带内螺纹的盲孔，且每一个端盖的大端面两侧对称设置有两个薄壁梁，每个薄壁梁外侧均设置有一个安装座；所述螺柱的两端均带螺纹；四片竖直弯振压电陶瓷片和四片水平弯振压电陶瓷片均套在螺柱上，其中，四片水平弯振压电陶瓷片设置在中间位置，四片竖直弯振压电陶瓷片分为两组，每组两片竖直弯振压电陶瓷片，两组竖直弯振压电陶瓷片分别设置在四片水平弯振压电陶瓷片的两侧，所述螺柱与每片竖直弯振压电陶瓷片和每片水平弯振压电陶瓷片之间均设置有绝缘套；

两个端盖通过其大端面的螺纹孔分别旋合于螺柱的两端，使得位于其中间的四片竖直弯振压电陶瓷片和四片水平弯振压电陶瓷片紧密接触；在每个端盖和与其相邻的竖直弯振压电陶瓷片之间固定有一个电极片；在相邻两个竖直弯振压电陶瓷片之间固定有一个电极片；在相邻两个水平弯振压电陶瓷片之间固定有一个电极片；在相邻的竖直弯振压电陶瓷片和水平弯振压电陶瓷片之间固定有一个电极片；两个摩擦片分别固定在两个端盖末端侧面；

每个竖直弯振压电陶瓷片和每个水平弯振压电陶瓷片均沿厚度方向极化，从任意一个端盖起的第一片与第二片竖直弯振压电陶瓷片极化方向相反、第二片与第三片竖直弯振压电陶瓷片极化方向相同、第三片与第四片竖直弯振压电陶瓷片极化方向相反，水平弯振压电陶瓷片中相邻两片弯振压电陶瓷片的极化方向相反；

每个竖直弯振压电陶瓷片均对称切分成两个半片压电陶瓷片，将极化方向相反的两个半片压电陶瓷片重新组合在一起形成一片完整的压电陶瓷片，每个水平弯振压电陶瓷片对称切分成两个半片压电陶瓷片，将极化方向相反的两个半片压电陶瓷片重新组合在一起形成一片完整的压电陶瓷片，四片竖直弯振压电陶瓷片的切分面共面，四片水平弯振压电陶瓷片的切分面共面，并且所述竖直弯振压电陶瓷片的切分面和水平弯振压电陶瓷片的切分面相互垂直。

本发明的优点是：本发明采用竖直弯振压电陶瓷片实现振子偶数阶竖直弯振模态的激励，采用水平弯振陶瓷片实现振子奇数阶弯振模态的激励。水平弯振陶瓷片设置于振子中间位置，该位置为振子奇数阶弯振模态振型的波腹位置；竖直弯振陶瓷片设置于水平弯振陶瓷片的两侧，分别位于振子偶数阶弯振的两个相邻的波腹位置；这种设置方式使得竖直弯振压电陶瓷片和水平弯振压电陶瓷片的伸缩振动可以高效的激励振子的弯曲振动。