[发明专利]贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及到一种贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子，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，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。

公开日为2013年1月9日、公开号为CN102868316A、发明名称为“贴片式双足超声电机振子”和公开日为2013年1月9日、公开号为CN102868315A、发明名称为“贴片式弯振复合双足超声电机振子”的专利申请，他们分别首次提出了一种采用一阶正交弯振模态复合实现双足直线驱动的压电超声电机振子和一种采用二阶正交弯振模态复合实现双足直线驱动的压电超声电机振子的新构型，并且都采用贴片结构形式，成功的避免了设计夹心式弯振复合压电超声电机存在的加工装配复杂、对加工精度要求苛刻以及难于实现微型化等问题，具有结构简单、加工装配工艺简单、易于实现微小型化和可系列化生产等优点；但是，这两种新型超声电机振子均采用了双驱动足结构，需要辅助以两套动子、导轨系统实现驱动，会使得系统变得复杂，不利于实现集成化。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的超声电机振子均采用了双驱动足结构，需要辅助以两套动子、导轨系统实现驱动，会使得系统变得复杂，不利于实现集成化的问题，本发明提供一种贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子。

本发明的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子，它包括金属基体和八片压电陶瓷片；所述金属基体包括两个变幅杆、两个中间梁、两个后端盖、驱动足和两个法兰；

所述变幅杆是首端至末端逐渐变细的块体，中间梁是横截面为正方形的长方体，两个变幅杆的首端分别与两个中间梁的首端面固定连接，两个变幅杆的末端通过驱动足固定连接，每个中间梁的末端面处均设置有一个后端盖，每个后端盖的外侧均设置一个法兰；

中间梁的每个侧面上均设置一片压电陶瓷片，所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，相互平行的四片压电陶瓷片极化方向相同。

所述由两个变幅杆、两个中间梁、两个后端盖、驱动足和两个法兰组成的金属基体为一体件。

每个法兰和相应的后端盖之间通过薄壁环固定连接。

本发明的优点在于，本发明的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子中压电陶瓷片设置于中间梁的侧面，对应位于振子奇数阶（三阶、五阶、七阶...）弯曲振动的两个波腹位置，从而保证相互平行的四片压电陶瓷片交替的伸缩振动可以有效的激励出振子的弯曲振动；振子在工作时采用频率为振子弯振谐振频率、相位差为90o的两相交流电压信号进行；其中相互平行的四片压电陶瓷片为一组，采用同相电压进行激励；中间梁左右四个侧面上固定的四片压电陶瓷片交替的伸缩振动会激励出振子ZOY平面内的弯曲振动，对应引起变幅杆末端质点水平方向（即OY轴方向）的位移；中间梁上下四个侧面上固定的四片压电陶瓷片交替的伸缩振动会激励出振子XOZ平面内的弯曲振动，对应引起变幅杆末端质点竖直方向（即OX轴方向）的位移；两个弯曲振动叠加会在驱动足出产生椭圆轨迹的运动，进而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，如图7所示。如果调整两相激励信号的相位差为-90o，可以实现反向驱动。由于采用同型正交弯曲振动模态的复合实现致动，只需要保证振子截面的对称性就可以满足两个弯振模态谐振频率的一致，使得振子设计具备很大的灵活性。

本发明的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子采用贴片结构，加工装配十分简便，对零件加工精度要求较低，且易于实现微型化；此外，该振子采用单驱动足实现致动输出，动子系统结构简单，易于实现集成化。

本发明的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子具有动子系统结构简单、设计灵活、易于实现微型化和集成化的优点。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子的俯视图。

图2是图1所述的振子的立体结构示意图。

图3是图2中金属基体1的立体结构示意图。

图4是图2中压电陶瓷片2的极化方向的原理示意图。

图5和图6均是具体实施方式一所述的贴片式弯振复合型单足压电超声电机振子工作时的两个正交三阶弯曲振动模态的阵型图。