[发明专利]贴片式矩形四足直线超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及到一种贴片式矩形四足直线超声电机振子，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，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应 用。

公开日为2010年1月13日、公开号为CN101626205A、发明名称为“矩形四足直线 超声电机振子”的专利申请，它首次提出了一种封闭结构的夹心式直线型超声电机新构型， 通过四个按照矩形布置的纵振换能器实现四个驱动足处椭圆轨迹振动的激励；但是，采用 螺柱预紧使得该振子结构较为复杂、难于实现微型化，并且该振子对装配精度和各个零部 件加工精度要求极高，在加工和装配精度无法达到要求时会导致振子内部存在较大内应 力、压电陶瓷预压力施加不均匀等问题的存在，从而导致振子无法正常工作。

发明内容

为了解决现有矩形四足直线超声电机振子存在的构型复杂、难于实现微型化、对加工 和装配精度要求苛刻等问题，本发明提供了一种贴片式矩形四足直线超声电机振子。

贴片式矩形四足直线超声电机振子，包括矩形金属基体、十八片纵振压电陶瓷片和四 个摩擦片；矩形金属基体包括四个梁、八个变幅杆、两个薄壁梁和法兰，四个梁的结构完 全相同，所述梁是截面为矩形的四棱柱体；八个变幅杆的结构完全相同，所述变幅杆是截 面为矩形并逐渐变细的四棱柱体；每个竖直方向布置的梁两个端面各设置有一个变幅杆共 同构成竖直复合梁，每个水平方向布置的梁两个端面各设置有一个变幅杆共同构成水平复 合梁，两个竖直复合梁和两个水平复合梁组成矩形结构；所述竖直复合梁两端的变幅杆的 小端面分别和两侧水平复合梁中的梁的内侧面固定连接；每个竖直复合梁中的梁的内侧面 中心位置均设置有一个薄壁梁，所述两个薄壁梁均与水平复合梁平行；法兰通过两个薄壁 梁与两个竖直复合梁固定连接；每个水平复合梁中的梁的四个侧面各设置有一片纵振压电 陶瓷片，每个竖直复合梁中的梁的外侧面、上侧面和下侧面各设置有一片纵振压电陶瓷片， 每个竖直复合梁中的梁的内侧面在薄壁梁两侧对称设置有两片纵振压电陶瓷片。

本发明的贴片式矩形四足直线超声电机振子采用一体化的矩形金属基体与压电陶瓷 粘结的方式进行激励，由于舍弃了螺柱预紧方式，使得结构得到极大简化，便于实现振子 的微型化，也极大程度的简化了加工和装配工艺；金属基体的一体化结构避免了螺柱预紧 方式中振子内部存在内应力的问题，金属基体与压电陶瓷之间所采用的粘结方式则避免了 压电陶瓷预压力施加不均匀的问题。因此，本发明的贴片式矩形四足直线超声电机振子成 功的克服了矩形四足直线超声电机振子构型复杂、难于实现微型化、对加工和装配精度要 求苛刻等问题。

本发明的贴片式矩形四足直线超声电机振子中的压电陶瓷片采用幅值相等、频率为振 子自身谐振频率、相位差为+90°的两相交流电压信号激励(水平复合梁和竖直复合梁上 的压电陶瓷片分别采用两相电压激励)，利用压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励出两个 振动模态(振子的两个振动模态如图4和图5所示)，两个振动模态叠加在四个驱动足表 面质点产生椭圆运动轨迹，当四个驱动足和两侧动子在一定预压力下接触时，通过驱动足 和动子之间的摩擦耦合实现动子的宏观运动输出。如果调整两路激励信号的相位差为 -90°，可以实现反向驱动。变幅杆采用变截面设计起到振动能量的聚敛作用，可提高驱 动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。四个驱动足同时参与驱动，可以成 倍提高电机的机械输出能力，并且该振子充分利用了振动产生了能量，可提高输出效率。

本发明的贴片式矩形四足直线超声电机振子具有结构简单、设计灵活、易于实现微型 化、加工和装配简单、可系列化生产的优点。

附图说明

图1是本发明所述的贴片式矩形四足直线超声电机振子的俯视图，图2是图1所示的 振子的立体结构示意图，图3是图1所示的振子中矩形金属基体1的立体结构示意图，图 4和图5是图1所示的振子的两个基本振动模态振型示意图。

具体实施方式