專(zhuān)利名稱(chēng)：懸臂彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種懸臂彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子，屬于壓電超 聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是一種利用超聲振動(dòng)能量，通過(guò)摩擦耦合作用來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的電 機(jī)。它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在彈性體中激勵(lì)出超聲頻段內(nèi)的振動(dòng)， 然后在彈性體表面特定點(diǎn)或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)定 子、轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合將質(zhì)點(diǎn)的微觀運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)。超聲電機(jī) 由于具有低速大轉(zhuǎn)矩、無(wú)需變速機(jī)構(gòu)、無(wú)電磁干擾、響應(yīng)速度快和斷電自鎖等 優(yōu)點(diǎn)，作為一種壓電驅(qū)動(dòng)器有著十分廣泛的應(yīng)用。
出于激勵(lì)原理的簡(jiǎn)單性和理論分析方法的簡(jiǎn)便性，目前壓電超聲電機(jī)振子 大多采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)，這種激勵(lì)方式采用壓 電陶瓷的(131振動(dòng)模式，d^振動(dòng)模式是陶瓷片沿長(zhǎng)度方向伸縮振動(dòng)的模式，由 于這種振動(dòng)模式材料抗拉強(qiáng)度低并且實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的機(jī)電耦合效率低，同時(shí)受 粘貼膠層的強(qiáng)度和疲勞壽命的限制，使超聲電機(jī)的機(jī)械輸出能力受到嚴(yán)重制 約。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決目前的超聲電機(jī)振子采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電 陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)使電機(jī)機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題，提供了一種懸臂 彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子。
本發(fā)明包括圓筒，它還包括懸臂彎振夾心換能器，懸臂彎振夾心換能器由 懸臂、緊固螺釘、四片彎振壓電陶瓷片、四片電極片、兩個(gè)絕緣套、前端蓋和 后端蓋組成，
緊固螺釘穿過(guò)前端蓋和懸臂的中心通孔與后端蓋旋合固定，懸臂與前端蓋和后端蓋之間的緊固螺釘上分別套有兩片彎振壓電陶瓷片，每相鄰的兩片彎振 壓電陶瓷片之間和懸臂與相鄰的彎振壓電陶瓷片之間分別固定有一片電極片，
在彎振壓電陶瓷片和電極片與緊固螺釘之間設(shè)置有絕緣套；
懸臂與圓筒的外表面制成一體，懸臂與圓筒的外表面之間有通槽，圓筒內(nèi) 壁沿圓周向均勻分布多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒，多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒沿圓筒的軸向與中心軸 線平行；
每片彎振壓電陶瓷片沿厚度方向極化，每相鄰兩片彎振壓電陶瓷片的極化 方向相反，每片彎振壓電陶瓷片的對(duì)稱(chēng)切分并重新組合的左半片和右半片的極 化方向相反，與懸臂相鄰的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相同。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是-
本發(fā)明中的壓電陶瓷元件采用夾心結(jié)構(gòu)，采用壓電陶瓷高機(jī)電耦合效率的
^3振動(dòng)模式工作，d33振動(dòng)模式是陶瓷片沿厚度方向伸縮振動(dòng)的模式，解決了
粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機(jī)機(jī)電耦合效率低、機(jī)械輸出能力差的問(wèn)題；本 發(fā)明采用沿厚度方向極化的彎振壓電陶瓷片能夠?qū)崿F(xiàn)換能器的彎曲振動(dòng)的激 勵(lì)，并通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)換能器彎振固有頻率和圓筒彎振固有頻率之間的 簡(jiǎn)并。
本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)靈活、機(jī)電耦合效率高、可實(shí)現(xiàn)大力矩輸出、 性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。


圖l是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視剖視圖；圖3是圖2 所示的懸臂彎振夾心換能器中彎振壓電陶瓷片的極化方向示意圖；圖4是本發(fā) 明振子的振型周向展開(kāi)圖，為圓筒六階彎振模態(tài)的振型示意圖，該振動(dòng)模態(tài)采 用換能器的彎曲振動(dòng)激勵(lì)圓筒彎曲振動(dòng)模態(tài)，換能器與圓筒的兩個(gè)連接處分別 位于彎振模態(tài)相鄰的波峰和波谷位置。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1~圖4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括
圓筒l，它還包括懸臂彎振夾心換能器2，懸臂彎振夾心換能器2由懸臂2-l、緊固螺釘2-2、四片彎振壓電陶瓷片2-3、四片電極片2-4、兩個(gè)絕緣套2-5、 前端蓋2-6和后端蓋2-7組成，
前端蓋2-6和后端蓋2-7為長(zhǎng)方體，緊固螺釘2-2穿過(guò)前端蓋2-6和懸臂 2-1的中心通孔與后端蓋2-7旋合固定，懸臂2-1與前端蓋2-6和后端蓋2-7之 間的緊固螺釘2-2上分別套有兩片彎振壓電陶瓷片2-3，每相鄰的兩片彎振壓 電陶瓷片2-3之間和懸臂2-1與相鄰的彎振壓電陶瓷片2-3之間分別固定有一 片電極片2-4，在彎振壓電陶瓷片2-3和電極片2-4與緊固螺釘2-2之間設(shè)置有 絕緣套2-5，所述絕緣套2-5在懸臂2-1兩側(cè)的彎振壓電陶瓷片2-3和電極片 2-4與緊固螺釘2-2之間各設(shè)置一個(gè)；
懸臂2-1與圓筒1的外表面制成一體，懸臂2-1與圓筒1的外表面之間有 通槽，圓筒1內(nèi)壁沿圓周向均勻分布多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1，梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1與 圓筒1為一體件，多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1沿圓筒1的軸向與中心軸線平行；
每片彎振壓電陶瓷片2-3沿厚度方向極化，每相鄰兩片彎振壓電陶瓷片2-3 的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片2-3的對(duì)稱(chēng)切分并重新組合的左半片和 右半片的極化方向相反，與懸臂2-1相鄰的兩片彎振壓電陶瓷片2-3的極化方 向相同。
本實(shí)施方式中圓筒1的高度和懸臂彎振夾心換能器2的厚度相同，可以使
在實(shí)際加工的過(guò)程中工藝更加簡(jiǎn)單。
工作原理本發(fā)明中的彎振壓電陶瓷片2-3采用頻率為振子自身諧振頻率 的交流電壓信號(hào)激勵(lì)時(shí)，利用彎振壓電陶瓷片2-3的縱向振動(dòng)在懸臂彎振夾心 換能器2中激勵(lì)出彎曲振動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)連接懸臂彎振夾心換能器2和圓筒1 的懸臂2-1實(shí)現(xiàn)圓筒彎振模態(tài)的激勵(lì)，在圓筒1上形成駐波，振子振型如圖4 所示，梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1表面質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生斜線運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而通過(guò)梳狀驅(qū)動(dòng)齒1-1 和轉(zhuǎn)子之間的摩擦耦合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的宏觀運(yùn)動(dòng)輸出。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于所述彎振壓電 陶瓷片2-3的截面為矩形。其它組成及連接關(guān)系與實(shí)施方式一相同。
權(quán)利要求
1、一種懸臂彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子，它包括圓筒(1)，其特征在于它還包括懸臂彎振夾心換能器(2)，懸臂彎振夾心換能器(2)由懸臂(2-1)、緊固螺釘(2-2)、四片彎振壓電陶瓷片(2-3)、四片電極片(2-4)、兩個(gè)絕緣套(2-5)、前端蓋(2-6)和后端蓋(2-7)組成，緊固螺釘(2-2)穿過(guò)前端蓋(2-6)和懸臂(2-1)的中心通孔與后端蓋(2-7)旋合固定，懸臂(2-1)與前端蓋(2-6)和后端蓋(2-7)之間的緊固螺釘(2-2)上分別套有兩片彎振壓電陶瓷片(2-3)，每相鄰的兩片彎振壓電陶瓷片(2-3)之間和懸臂(2-1)與相鄰的彎振壓電陶瓷片(2-3)之間分別固定有一片電極片(2-4)，在彎振壓電陶瓷片(2-3)和電極片(2-4)與緊固螺釘(2-2)之間設(shè)置有絕緣套(2-5)；懸臂(2-1)與圓筒(1)的外表面制成一體，懸臂(2-1)與圓筒(1)的外表面之間有通槽，圓筒(1)內(nèi)壁沿圓周向均勻分布多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒(1-1)，多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)齒(1-1)沿圓筒(1)的軸向與中心軸線平行；每片彎振壓電陶瓷片(2-3)沿厚度方向極化，每相鄰兩片彎振壓電陶瓷片(2-3)的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片(2-3)的對(duì)稱(chēng)切分并重新組合的左半片和右半片的極化方向相反，與懸臂(2-1)相鄰的兩片彎振壓電陶瓷片(2-3)的極化方向相同。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子， 其特征在于所述彎振壓電陶瓷片(2-3)的截面為矩形。
全文摘要
懸臂彎振換能器式圓筒形駐波超聲電機(jī)振子，屬于壓電超聲電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。它是為了解決目前的超聲電機(jī)振子采用金屬?gòu)椥泽w粘貼壓電陶瓷薄片的方式進(jìn)行激勵(lì)使電機(jī)機(jī)械輸出能力受制約的問(wèn)題。它由圓筒和懸臂彎振夾心換能器組成，圓筒和懸臂彎振夾心換能器通過(guò)懸臂連為一體，緊固螺釘穿過(guò)前端蓋和懸臂的中心通孔與后端蓋旋合固定，懸臂與前端蓋和后端蓋之間分別套有兩片彎振壓電陶瓷片，彎振壓電陶瓷片之間和懸臂與彎振壓電陶瓷片之間設(shè)電極片，相鄰彎振壓電陶瓷片的極化方向相反，每片彎振壓電陶瓷片的對(duì)稱(chēng)切分并重新組合的左半片和右半片的極化方向相反，與懸臂相鄰的兩片彎振壓電陶瓷片的極化方向相同。本發(fā)明用于超聲電機(jī)的制作領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/00GK101651430SQ20091007281
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 郁 姚, 石勝君, 陳維山 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)