[发明专利]纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及一种纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。 

背景技术

超声电机是一种利用超声振动能量，通过摩擦耦合作用来产生驱动力的电机。它利用压电陶瓷的逆压电效压，在弹性体中激励出超声频段内的振动，然后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，再通过定子、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。超声电机由于具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。 

出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机振子大多采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，这种激励方式采用压电陶瓷的d₃₁振动模式，d₃₁振动模式是陶瓷片沿长度方向伸缩振动的模式，由于这种振动模式材料抗拉强度低并且实现能量转换的机电耦合效率低，同时受粘贴胶层的强度和疲劳寿命的限制，使超声电机的机械输出能力受到严重制约；对于采用多个换能器式振子驱动的压电超声电机，由于每个振子在加工、粘贴以及装配等过程中很难保证完全一致，使振动特性存在差异，进而引起振子表面质点振动轨迹的畸变，同样降低超声电机的机械输出能力和可控性。 

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的超声电机振子采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，使超声电机的机械输出能力受到制约，以及采用多个换能器同时驱动时存在的难以保证多个换能器完全一致而导致的振子表面质点振动轨迹的畸变，降低超声电机的机械输出能力和可控性的问题，提供了一种纵弯复合换能器式双圆筒形行波超声电机振子。 

本发明包括纵弯复合夹心换能器和两个圆筒，所述圆筒的内壁沿圆周向均匀分布多个梳状驱动齿，多个梳状驱动齿沿圆筒的轴向与中心轴线平行； 

所述纵弯复合夹心换能器由两个前端盖、两片第一弯振压电陶瓷片、两片第二弯振压电陶瓷片、两片第一纵振压电陶瓷片、两片第二纵振压电陶瓷片、两片第一电极片、两片第二电极片、两片第三电极片、两片第四电极片、法兰、两个螺柱和两个绝缘套组成； 

前端盖由长方体和六面体两部分制成一体，前端盖的厚度与圆筒的高度相等，六面体的大端面与长方体的一面重合，六面体的小端面与圆筒的外表面制成一体，六面体由大端面至小端面的截面为逐渐变细的矩形；前端盖的长方体一侧的端面中心处具有带内螺纹的盲孔； 

法兰中心的两侧分别连接一个螺柱，每个螺柱上从与法兰相连接端起依次套接一片第一纵振压电陶瓷片、一片第一电极片、一片第二纵振压电陶瓷片、一片第二电极片、一片第一弯振压电陶瓷片、一片第三电极片、一片第二弯振压电陶瓷片、一片第四电极片，每个螺柱的另一端分别通过一个带内螺纹的盲孔与一个前端盖固定连接；每个螺柱与第一纵振压电陶瓷片、第一电极片、第二纵振压电陶瓷片、第二电极片、第一弯振压电陶瓷片、第三电极片、第二弯振压电陶瓷片和第四电极片之间套有一个绝缘套； 

所述两片第一纵振压电陶瓷片、两片第二纵振压电陶瓷片、两片第一弯振压电陶瓷片和两片第二弯振压电陶瓷片分别沿厚度方向极化，所述每个螺柱上的第一纵振压电陶瓷片和第二纵振压电陶瓷片的极化方向相反，每个螺柱上的第一弯振压电陶瓷片和第二弯振压电陶瓷片的极化方向相反，每片第一弯振压电陶瓷片和第二弯振压电陶瓷片的对称切分的左半片和右半片的极化方向相反。 

本发明的优点是： 

本发明中的压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷元件高机电耦合效率的d₃₃振动模式工作，d₃₃振动模式是陶瓷片沿厚度方向伸缩振动的模式，解决了粘贴压电陶瓷片式压电超声电机机电耦合效率低、机械输出能力差的问

题；本发明采用沿厚度方向极化的弯振压电陶瓷片实现换能器的弯曲振动的激励，采用沿厚度方向极化的纵振压电陶瓷片实现换能器的纵向振动的激励；通过调整结构参数实现换能器纵振固有频率、换能器弯振固有频率和圆筒弯振固有频率之间的简并；前端盖采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高振子驱动齿表面质点的振幅和振速，使得采用本发明振子的超声电机性能得到提高；采用单个换能器在圆筒振子中激励出行波，避免采用多个换能器时存在的振动不一致问题，提高超声电机的机械输出能力和可控性。 

本发明具有结构简单、设计灵活、机电耦合效率高、可实现大力矩输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点。 

附图说明