專利名稱：方形旋轉超聲電機振子的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲電機振子，具體涉及旋轉超聲電機振子。
背景技術：
壓電超聲電機是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在彈性體中激勵出超聲頻段內的振動 ，在彈性體表面特定點或特定區(qū)域形成具有特定軌跡的質點運動，進而通過定子、轉子之間 的摩擦耦合將質點的微觀運動轉換成轉子的宏觀運動，具有低速大轉矩、無需變速機構、無 電磁干擾、響應速度快和斷電自鎖等優(yōu)點，作為一種壓電驅動器有著十分廣泛的應用。
出于激勵原理的簡單性和理論分析方法的簡便性，目前壓電超聲電機大多采用金屬彈性 體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵，由于受壓電陶瓷的d;n模式機電耦合效率和陶瓷材料
抗拉強度低，以及膠層的強度和疲勞壽命等的限制，這樣的激勵方式使得超聲電機的機械輸 出能力受到嚴重制約。
發(fā)明內容
為了解決現有采用金屬彈性體粘貼壓電陶瓷薄片的方式進行激勵的超聲電機的定子存在 的機械輸出能力受制約的問題，而提出的一種方形旋轉超聲電機振子。
方形旋轉超聲電機振子，它由四個前端蓋、八對壓電陶瓷片、四個法蘭、四個預緊螺柱
、八個絕緣套和八對電極片組成；四個前端蓋的結構和形狀均相同；所述前端蓋由兩個形狀 和規(guī)格均相同的變幅桿和一個驅動足組成，所述變幅桿為截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體 ，變幅桿的大端面端的端面中心處有一個帶內螺紋的盲孔，相鄰的兩個變幅桿上的螺紋孔的 螺紋旋向相反，所述驅動足為圓柱，兩個變幅桿的小端面端同時與驅動足的外圓周面相連接 ，所述兩個變幅桿的中心軸線相互垂直，兩個變幅桿正交布置，所述兩個變幅桿和驅動足為 一體件；所述預緊螺柱的中間為方形截面軸段，預緊螺柱兩端為旋向相反的螺紋；所述法蘭 中心處設置有方形孔，預緊螺柱的方形截面軸段穿過法蘭中心處的方形孔達到過盈配合，并 通過兩端的螺紋與相鄰兩個變幅桿的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭和每個變幅桿之間的 預緊螺柱上都套有一對壓電陶瓷片；在變幅桿和壓電陶瓷片之間、兩個壓電陶瓷片之間分別 固定有電極片；在所述壓電陶瓷片、電極片和預緊螺柱之間固定有絕緣套。
本發(fā)明的方形旋轉超聲電機振子具有結構簡單、設計靈活、機電耦合效率高、可實現大 力矩輸出、性能穩(wěn)定、易于控制、可系列化生產的優(yōu)點。本發(fā)明的工作原理方形旋轉超聲電機振子中的壓電陶瓷元件采用夾心結構，采用壓電 陶瓷高機電耦合效率的d33模式工作，解決了粘貼壓電陶瓷片式壓電超聲電機機電耦合效率 低、機械輸出能力差的問題。本發(fā)明采用沿厚度方向極化的壓電陶瓷片實現換能器的兩個振 動模態(tài)的激勵，通過調整結構參數，實現振子兩個振動模態(tài)特征頻率的一致；變幅桿采用變 截面設計起到振動能量的聚斂作用，可提高驅動足表面質點的振幅和振速，使得電機性能得 到提高。本發(fā)明的方形旋轉超聲電機振子中的壓電陶瓷片采用幅值相等、頻率為換能器自身 諧振頻率、相位差為+ 9()°的交流電壓信號激勵，驅動信號施加如圖5所示，利用壓電陶瓷片 的縱向振動在振子中激勵出兩個振動模態(tài)兩個振動模態(tài)如圖6和圖7所示，兩個振動模態(tài)疊加 在四個驅動足表面質點產生橢圓運動軌跡，當四個驅動足和圓筒型轉子內表面接觸時，通過 驅動足和轉子之間的摩擦耦合實現轉子的宏觀運動輸出。如果調整兩路激勵信號的相位差為 _9(K，可以實現反向驅動。四個驅動足同時參與驅動，可以成倍提高電機的機械輸出能力 ，并且該振子充分利用了振動產生了能量，可提高輸出效率。
圖1是本發(fā)明所述的方形旋轉超聲電機振子的剖視圖，圖2是圖1所示的方形旋轉超聲電 機振子的結構示意圖，圖3是壓電陶瓷片2的極化方向示意圖，圖4是前端蓋1的結構示意圖， 圖5是振子的驅動信號施加示意圖，圖6是振子的一個基本振動模態(tài)振型示意圖，圖7是振子 的另一個基本振動模態(tài)振型示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結合圖1至圖4說明本實施方式，本實施方式由四個前端蓋l、八對壓 電陶瓷片2、四個法蘭3、四個預緊螺柱4、八個絕緣套5和八對電極片6組成；四個前端蓋l的 結構和形狀均相同；所述前端蓋l由兩個形狀和規(guī)格均相同的變幅桿l-l和一個驅動足l-2組 成，所述變幅桿l-l為截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，變幅桿l-l的大端面端的端面中心 處有一個帶內螺紋的盲孔，相鄰的兩個變幅桿l-l上的螺紋孔的螺紋旋向相反，所述驅動足 l-2為圓柱，兩個變幅桿l-l的小端面端同時與驅動足l-2的外圓周面相連接，所述兩個變幅 桿的中心軸線相互垂直，兩個變幅桿l-l正交布置，所述兩個變幅桿l-l和驅動足l-2為一體 件；所述預緊螺柱4的中間為方形截面軸段，預緊螺柱4兩端為旋向相反的螺紋；所述法蘭3 中心處設置有方形孔，預緊螺柱4的方形截面軸段穿過法蘭3中心處的方形孔達到過盈配合， 并通過兩端的螺紋與相鄰兩個變幅桿l-l的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭3和每個變幅桿 l-l之間的預緊螺柱4上都套有一對壓電陶瓷片2;在變幅桿1-1和壓電陶瓷片2之間、兩個壓 電陶瓷片2之間分別固定有電極片6;在所述壓電陶瓷片2、電極片6和預緊螺柱4之間固定有絕緣套5。本實施方式的方形旋轉超聲電機振子在應用的時候，驅動信號連接如圖5所示，和 前端蓋l相鄰的所有電極片6與驅動電源的公共端Vo連接，每對陶瓷片2中間的電極片6分別與
驅動信號v^nv2連接。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述壓電陶瓷片2中每相 鄰的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反。其他組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述壓電陶瓷片2的橫截 面為方形或圓形。其他組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點在于所述四個驅動足l-2的中
心線分別通過四個預緊螺柱4的中心軸線相互交叉所構成的方形平面的四個角點，并垂直于
所述方形平面。其他組成和連接方式與具體實施方式
一相同。
權利要求
1.方形旋轉超聲電機振子，它由四個前端蓋(1)、八對壓電陶瓷片(2)、四個法蘭(3)、四個預緊螺柱(4)、八個絕緣套(5)和八對電極片(6)組成；四個前端蓋(1)的結構和形狀均相同；其特征在于所述前端蓋(1)由兩個形狀和規(guī)格均相同的變幅桿(1-1)和一個驅動足(1-2)組成，所述變幅桿(1-1)為截面為矩形并逐漸變細的四棱柱體，變幅桿(1-1)的大端面端的端面中心處有一個帶內螺紋的盲孔，相鄰的兩個變幅桿(1-1)上的螺紋孔的螺紋旋向相反，所述驅動足(1-2)為圓柱，兩個變幅桿(1-1)的小端面端同時與驅動足(1-2)的外圓周面相連接，所述兩個變幅桿的中心軸線相互垂直，兩個變幅桿(1-1)正交布置，所述兩個變幅桿(1-1)和驅動足(1-2)為一體件；所述預緊螺柱(4)的中間為方形截面軸段，預緊螺柱(4)兩端為旋向相反的螺紋；所述法蘭(3)中心處設置有方形孔，預緊螺柱(4)的方形截面軸段穿過法蘭(3)中心處的方形孔達到過盈配合，并通過兩端的螺紋與相鄰兩個變幅桿(1-1)的大端面端的盲孔螺紋嚙合，在法蘭(3)和每個變幅桿(1-1)之間的預緊螺柱(4)上都套有一對壓電陶瓷片(2)；在變幅桿(1-1)和壓電陶瓷片(2)之間、兩個壓電陶瓷片(2)之間分別固定有電極片(6)；在所述壓電陶瓷片(2)、電極片(6)和預緊螺柱(4)之間固定有絕緣套(5)。
2.根據權利要求l所述的方形旋轉超聲電機振子，其特征在于所述壓 電陶瓷片(2)中每相鄰的兩片壓電陶瓷片的極化方向相反。
3.根據權利要求l所述的方形旋轉超聲電機振子，其特征在于所述壓 電陶瓷片(2)的橫截面為方形或圓形。
4.根據權利要求l所述的方形旋轉超聲電機振子，其特征在于所述四 個驅動足(1-2)的中心線分別通過四個預緊螺柱(4)的中心軸線相互交叉所構成的方形平 面的四個角點，并垂直于所述方形平面。
全文摘要
方形旋轉超聲電機振子，涉及超聲電機振子。它解決了現有超聲電機定子存在的機械輸出能力受制約的問題。它由四個前端蓋、八對壓電陶瓷片、四個法蘭、四個預緊螺柱、絕緣套和電極片組成；所述前端蓋包括兩個變幅桿和一個驅動足，驅動足為圓柱，兩個變幅桿正交布置，驅動足和兩個變幅桿的小端面相連接，變幅桿和驅動足為一體件；預緊螺柱通過法蘭中心處的方形孔貫穿法蘭并通過兩端的螺紋與相鄰兩個變幅桿的大端面端固定連接，在法蘭和每個變幅桿之間的螺柱上套有一對壓電陶瓷片。所述四個驅動足的體中心線分別通過四個預緊螺柱的軸線相互交叉所構成的方形的四個角點。本發(fā)明可以應用到超聲電機制作領域。
文檔編號H02N2/12GK101630925SQ20091030605
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月25日 優(yōu)先權日2009年8月25日
發(fā)明者劉軍考, 劉英想, 石勝君, 陳維山 申請人:哈爾濱工業(yè)大學