[发明专利]采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子，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、动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的电机，它具有低速大转矩、无需变速机构、无电磁干扰、响应速度快和断电自锁等优点，作为一种新型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，目前圆筒型行波超声电机大多采用金属圆筒粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，例如李有光等人在《西安交通大学学报》2008年第一期上发表的题为“柱面驱动新型行波超声电机研究”的论文中，所研制的圆筒型行波超声电机，该电机的压电陶瓷工作在d₃₁模式，d₃₁振动模式是陶瓷片沿长度方向伸缩振动的模式，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；此外，受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，贴片式圆筒型行波超声电机机械输出能力的提高受到严重制约。

发明内容

为了解决现有圆筒型行波超声电机由于采用的压电陶瓷的d₃₁工作模式而导致的机电耦合效率低及机械输出能力难于提高的问题，本发明提供一种采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子。

本发明所述采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子，它包括金属基体、4n个压电陶瓷片对、8n个楔形块、4n个电极片和4n个绝缘垫片，n为大于等于三的自然数；

所述金属基体由圆筒、两个薄壁环和两个法兰组成，圆筒的轴向两端均设置有薄壁环和法兰，所述薄壁环位于圆筒和法兰之间，圆筒、薄壁环和法兰的中轴线相重合，

圆筒的内圆表面上沿圆周方向均匀加工有连续梳状驱动齿，圆筒的外圆表面上沿圆周方向均匀加工有4n个横截面为等腰梯形的通槽，横截面为等腰梯形的通槽均为槽底宽度大于槽口宽度，每个横截面为等腰梯形的通槽内沿圆筒的周向居中设置一个压电陶瓷片对，压电陶瓷片对与横截面为等腰梯形的通槽的两个侧壁之间分别嵌放一个楔形块用来将压电陶瓷片对固定，

组成每个压电陶瓷片对的两片压电陶瓷片之间设置一个电极片，

每个横截面为等腰梯形的通槽内的压电陶瓷片对、电极片和楔形块与该通槽的槽底面之间设置一个绝缘垫片。

本发明的优点是：

本发明中采用楔形块实现对压电陶瓷片的预紧和预压力的施加，压电陶瓷片工作在高机电合效率的d₃₃振动模式，d₃₃振动模式是陶瓷片沿厚度方向伸缩振动的模式，解决了现有技术中粘贴压电陶瓷薄片式压电超声电机存在的机电耦合效率低的问题；本发明采用楔形块对压电陶瓷片预紧，避免了现有贴片式电机中胶层对振子振幅以及工作稳定性的限制，可有效提高电机的机械输出能力；此外，楔形块可以实现对压电陶瓷片较高预压力的施加，因此，该超声电机振子可采用高压激励，从而有利于进一步提高电机的机械输出特性。

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

附图说明

图1为本发明的主视图，n取值为5；

图2为图1中去掉法兰的俯视图；

图3为图2中A的局部放大图；

图4为本发明的立体结构示意图；

图5为本发明圆筒中激励出的第一种径向弯曲振动模态的振型示意图；

图6为本发明圆筒中激励出的第二种径向弯曲振动模态的振型示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述采用楔形预紧的陶瓷嵌入式圆筒型行波超声电机振子，它包括金属基体1、4n个压电陶瓷片对2、8n个楔形块3、4n个电极片4和4n个绝缘垫片5，n为大于等于三的自然数；

所述金属基体1由圆筒1-1、两个薄壁环1-2和两个法兰1-3组成，圆筒1-1的轴向两端均设置有薄壁环1-2和法兰1-3，所述薄壁环1-2位于圆筒1-1和法兰1-3之间，圆筒1-1、薄壁环1-2和法兰1-3的中轴线相重合，