[发明专利]分区激励式三自由度超声电机振子

说明书

技术领域

本发明涉及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。

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。但是，传统的压电金属复合梁纵弯复合振动激励必须采用纵振陶瓷和弯振陶瓷两部分陶瓷，例如公开日为2003年1月1日、公开号为CN1388637A、发明名称为“单定子三自由度超声电机”的专利申请，它提出了一种单定子三自由度超声电机，其结构相对简单，可精确实现三自由度运动；但是，该电机依旧采用纵振陶瓷和弯振陶瓷两部分陶瓷来分别激励纵向振动和弯曲振动，两部分陶瓷的共同存在既增大了电机振子的质量，又增长了电机振子的长度；且在电机仅利用单向弯曲振动时，部分弯振陶瓷未被激励而闲置，造成陶瓷材料的浪费。

发明内容

本发明是为了解决现有三自由度超声电机的陶瓷材料利用不充分，造成材料浪费的问题，从而提供了一种分区激励式三自由度超声电机振子。

分区激励式三自由度超声电机振子，它包括两个端盖1、四片压电陶瓷片2、法兰3、两个薄壁梁4、两个安装座5、两个绝缘套6和十个电极片7；

端盖1是一端为螺纹孔，、另一端为沉孔的块体，所述沉孔上边缘为球体驱动边界，该边界为圆形；所述法兰3的两个端面上分别设置有一个螺柱3-1，每个螺柱3-1上均套有一对压电陶瓷片2，位于上方的端盖1与法兰3之间压紧有一对压电陶瓷片2，位于下方的端盖1与法兰3之间压紧有一对压电陶瓷片2；在法兰3和压电陶瓷片2之间、两片压电陶瓷片2之间分别固定有电极片7，两片压电陶瓷片2之间的电极片7为四个相同的小型电极片，且所述同一平面内的四个电极片之间留有间隙；螺柱3-1与压电陶瓷片2、电极片7之间设置有绝缘套6，所述两个薄壁梁4对称设置于法兰3的两个侧面上，两个安装座5分别设置于两个薄壁梁4的外侧。

本发明的有益效果是：本发明的分区激励式三自由度超声电机振子中的压电陶瓷元件采用夹心结构，采用压电陶瓷高机电耦合效率的d33模式工作，可以有效提高振子机电耦合效率、改善机械输出能力。薄壁梁可以实现弹性支撑和振动隔离，将安装座与其它构件的联接对振子的弯曲振动模态的影响程度降到最低。本发明的分区激励式三自由度超声电机振子仅采用两对压电陶瓷片，实现了结构的简化，节省了陶瓷材料的使用；并且在球体的三种驱动模式中，充分激励振子中所有的压电陶瓷，实现了压电陶瓷的最大化利用，利用率同比提高了20％。特别是在驱动球体绕竖直轴旋转时，通过改进陶瓷的激励方式，有效提高了振子的驱动性能。

本发明的分区激励式三自由度超声电机振子具有结构简单、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

图1为分区激励式三自由度超声电机振子的剖视图；

图2为图1振子的立体结构示意图；

图3为图1中四片压电陶瓷片2的极化方向示意图；

图4为图1中十个电极片7的立体布局示意图；

图5为图1所示振子的一阶纵振模态振型示意图；

图6为图1所示振子的二阶弯振模态振型示意图；

图7为图1所示振子的另一个二阶弯振模态振型示意图；

图8为驱动球体的三种旋转模式示意图，双向箭头代表球体可旋转方向。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的分区激励式三自由度超声电机振子，它包括两个端盖1、四片压电陶瓷片2、法兰3、两个薄壁梁4、两个安装座5、两个绝缘套6和十个电极片7；