[发明专利]一种复合振子驻波超声电机及其激励方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声电机及其电激励方法，属于超声电机技术领域。

背景技术

朗之万压电换能器在超声器件中应用广泛，例如，定位装置、微操纵系统、机器人等。朗之万压电换能器由压电陶瓷、金属配重和预紧螺钉组成，具有高机械品质因数、低阻抗和易于夹持的特点。

当在压电陶瓷中施加频率为换能器共振频率的交变电场时，朗之万压电换能器由压电陶瓷的d33效应激发出纵振。由于钛酸钡压电陶瓷的压电常数d33大于d31，利用d33效应的压电作动器比利用d31效应的压电作动器具有更高的效率。在预紧螺钉所施加的预应力作用下，压电陶瓷工作时始终处于压应力作用下，因此，换能器组件的声传导更高效，同时提升了机械品质因数。这使朗之万换能器适用于大功率超声器件的需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单、大推重比、高精度、快响应的直线超声电机。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种复合振子驻波超声电机，包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；且第一、第二配重均为中空结构；所述第一配重沿圆柱轴线设有光孔，而第二配重沿圆柱轴线设有螺纹孔，且所述第一、第二配重的圆柱面上均设置有夹持结构；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源；所述驱动足为一圆环片状结构，且该圆环外侧具有外延结构，该外延结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，且在该平面上设有第二突起；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧。

优选的：所述夹持结构为第一、第二配重的圆柱面上设置的第一突起，且所述第一突起上设有安装孔。

优选的：每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片交替设置，且所述电极片分别位于压电陶瓷片两个环面上且圆心重合，同时所述压电陶瓷片的极化方向两两相对。

优选的：驱动足外延结构端面上的突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。

一种复合振子驻波超声电机的激励方法，在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号，所述A、B两相电压激励信号为等幅同频正弦电压信号，且两相电压信号具有π/2的相位差。

优选的：第一、第二压电激振源上的电极片分别连接导线，每组激振源中两侧和中间的电极片经导线接地，其余两片电极片施加相同电压激励信号，所述电压激励信号分为A、B两相。

优选的：在第一、第二压电激振源上分别施加A、B两相电压激励信号的情况下，驱动足外延结构端面上的第二突起发生椭圆轨迹振动。

本发明提供的一种复合振子驻波超声电机及其激励方法，相比现有技术，具有以下有益效果：压电陶瓷夹心结构布置可获得较高机械品质因数，换能器仅有一个，可同时激发两个模态，结构紧凑，效率高。

附图说明

图1为复合振子驻波超声电机结构的示意图；

图2为复合振子驻波超声电机激励方式示意图；

图3为压电陶瓷极化方向示意图；

图4为驱动转子转动驱动示意图；

图5为驱动动子输出直线运动示意图；

其中，1-压电换能器；2-夹持结构；3-驱动足；4-转子；5-定子。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种复合振子驻波超声电机，如图1所示，包括圆柱配重、两组压电激振源、驱动足和螺钉；所述圆柱配重有两个，分别为第一、第二配重；且第一、第二配重均为中空结构；所述第一配重沿圆柱轴线设有光孔，而第二配重沿圆柱轴线设有螺纹孔，且所述第一、第二配重的圆柱面上均设置有夹持结构；两组压电激振源分别为第一、第二压电激振源；所述驱动足为一圆环片状结构，且该圆环外侧具有外延结构，该外延结构外形由对称于直径的两条切线围成，外端部切成平面，该平面垂直于两条切线的对称轴，且在该平面上设有第二突起；螺钉依次贯穿第一配重、第一压电激振源、驱动足、第二压电激振源、并通过第二配重上的螺纹孔旋紧。

所述夹持结构为第一、第二配重的圆柱面上设置的第一突起，且所述第一突起上设有安装孔。

每组压电激振源均包括5片电极片和4片压电陶瓷片，所述电极片和压电陶瓷片交替设置，且所述电极片分别位于压电陶瓷片两个环面上且圆心重合，同时所述压电陶瓷片的极化方向两两相对。

驱动足外延结构端面上的突起的振动引起与之接触的转子转动或动子平动。