一种复合振动的贴片式超声电机振子、方法及超声电机技术

本发明专利技术公开一种复合振动的贴片式超声电机振子、方法及超声电机，包括：振动体和PZT板组；所述PZT板组包括扭转PZT板和弯曲PZT板；所述振动体的顶部设有驱动脚；在所述振动体的顶面和底面设扭转PZT板，扭转PZT板沿振动体的厚度方向极化，且相邻两个扭转PZT板间的极化方向相反；在振动体两侧弯曲振动对应的节点处设弯曲PZT板，且弯曲PZT板间的极化方向相同。设计扭转/弯曲复合振型的四足振动体，设计“反向极化、同步激发”的扭转激振方式，提高了直线超声电机的机电耦合程度，解决传统振子振动模式产生的驱动力小，机械输出较低的问题。机械输出较低的问题。机械输出较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种复合振动的贴片式超声电机振子、方法及超声电机


[0001]本专利技术涉及超声电机
，特别是涉及一种复合振动的贴片式超声电机振子、方法及超声电机。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]超声电机是一种利用逆压电效应将电能转化为机械能的新型电机，具备结构简单、响应速度快，噪声低、定位精度高、断电自锁、不受电磁干扰等优点，可应用于精密仪器、航空航天、微定位平台、直线电机等诸多领域。直线超声电机是超声电机一种很重要的类型和分支，主要由振子和直线导轨(或滑块)组成，通过二者之间的摩擦耦合输出直线运动和推力。一般来说，单个振子的直线电机重量轻但机械输出低。以目前常见的正交弯曲型和弯曲/纵向复合型振动模式为例，该类型电机由振子的弯曲振动为其提供驱动力。然而，弯曲振动的机电耦合性能差，导致电机驱动力较小，严重阻碍了直线超声电机的实际应用。
[0004]研究发现，通过改变直线超声电机中振子的材料特性、振动模式和驱动结构等因素，可以减轻超声电机重量，提高电机功率密度，从而增加驱动力和机械输出。
[0005]中国专利文献CN102437782B提供一种《夹心式工字型四足直线超声电机振子》，该振子包括两个水平复合梁和一个竖直复合梁，两个水平复合梁和竖直复合梁呈工字形排布，其水平复合梁和竖直复合梁上的压电陶瓷片分别采用两相电压激励，利用压电陶瓷片的伸缩振动在振子中激励出两个振动模态，两个振动模态叠加在四个驱动足上，即四个水平变幅杆的末端，驱动足表面质点产生椭圆运动轨迹，当四个驱动足和其两侧的动子在一定预压力下接触时，通过驱动足和动子之间的摩擦耦合即实现了动子的宏观运动输出。
[0006]中国专利文献CN101626203B提供一种《弯振模态梁式直线超声电机振子》，该电机由两个驱动足、两个端盖、两个绝缘套、两对极化方向为厚度方向的压电陶瓷片、法兰盘、两个薄壁梁和安装座组成，法兰盘的端面上沿其轴线各伸出一根螺柱，每个螺柱上套有一对压电陶瓷片，每个螺柱的悬伸端端部旋合有端盖，每个端盖的末端上都设置一个驱动足，所述每片压电陶瓷片由切分后组合的、对称的两个半片压电陶瓷片组成，两个半片压电陶瓷片之间极化方向相反，法兰两侧的两对压电陶瓷片的切分线相互垂直，每对压电陶瓷片中的压电陶瓷片的极化方向相反。
[0007]中国专利文献CN101630924B提供一种《T型直线超声电机振子》，该电机的T型前端盖由三个变幅杆小端面结合并按T型布置，驱动足连接变幅杆的连接位置，且三个变幅杆和驱动足为一体件；压电陶瓷片沿厚度方向极化，同一个变幅杆上每相邻两片的极化方向相反，在同一轴线上的两个变幅杆上的压电陶瓷片的极化方式相反，每个紧固螺钉都穿过后端盖、压电陶瓷片和法兰连在盲孔上，压电陶瓷片和法兰位于后端盖和变幅杆之间，且压电陶瓷片分别位于法兰的两侧；每对压电陶瓷片之间、变幅杆和压电陶瓷片之间，以及压电陶瓷片与法兰之间均有一片电极片；紧固螺钉外部固定有绝缘套。
[0008]直线超声电机现有技术的不足包括：
[0009]一方面，现有超声电机采用弯曲振动模态，机电耦合程度低，限制了超声电机体积的减小和功率密度的提高。
[0010]另一方面，现有超声电机多采用“单足”驱动方式，即定子驱动转子的时间为四分之一工作周期，导致定子产生驱动力不足及电机整体功率密度低的问题。

技术实现思路

[0011]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种复合振动的贴片式超声电机振子、方法及超声电机，设计扭转/弯曲复合振型的四足振动体，设计“反向极化、同步激发”的扭转激振方式，提高了直线超声电机的机电耦合程度，解决传统振子振动模式产生的驱动力小，机械输出较低的问题。
[0012]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]第一方面，本专利技术提供一种复合振动的贴片式超声电机振子，包括：振动体和PZT板组；所述PZT板组包括扭转PZT板和弯曲PZT板；
[0014]所述振动体的顶部设有驱动脚；
[0015]在所述振动体的顶面和底面设扭转PZT板，扭转PZT板沿振动体的厚度方向极化，且相邻两个扭转PZT板间的极化方向相反；
[0016]在振动体两侧弯曲振动对应的节点处设弯曲PZT板，且弯曲PZT板间的极化方向相同。
[0017]作为可选择的实施方式，在振动体顶部的四角上设驱动脚。
[0018]作为可选择的实施方式，所述驱动脚为三角形。
[0019]作为可选择的实施方式，所述扭转PZT板共设八片，顶面和底面各设四片。
[0020]作为可选择的实施方式，所述弯曲PZT板共设四片，每侧各设两片。
[0021]作为可选择的实施方式，所述PZT板组粘贴在振动体上。
[0022]作为可选择的实施方式，在振动体的顶面设有圆孔，在振动体的底面通过圆孔插入圆柱杆。
[0023]作为可选择的实施方式，所述振动体的两侧设有凸出部分，凸出部分与振动体的宽度相同，长度和厚度不同。
[0024]第二方面，本专利技术提供一种贴片式超声电机振子的工作方法，采用第一方面所述的贴片式超声电机振子，包括：
[0025]在扭转模式和弯曲模式下时，弯曲PZT板和扭转PZT板采用幅值相等、频率为换能器自身谐振频率、相位差为+90
°
的交流电压信号激励；
[0026]通过扭转PZT板使相邻驱动脚以180
°
异相振荡，通过弯曲PZT板的纵向振动在振子中激励出正交的弯曲振动模态，弯曲振动模态叠加在驱动脚上产生椭圆运动轨迹，从而实现超声电机的宏观运动输出。
[0027]第三方面，本专利技术提供一种超声电机，包括第一方面所述的贴片式超声电机振子。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0029]针对传统振子振动模式产生的驱动力小，机械输出较低等问题，本专利技术提出一种扭转/弯曲复合振动的贴片式超声电机振子，设计了基于相邻压电陶瓷“反向极化、同步激
发”的扭转激振方式，提高了直线超声电机的机电耦合程度，显著提升了电
‑
机能量转换效率，为提高电机整体功率密度奠定硬件基础。
[0030]本专利技术设计了扭转/弯曲复合振型的四足振动体，实现了对角振动足的同步驱动，使定子驱动转子时间由整体驱动周期的四分之一提升至二分之一，达到了增加有效驱动时间、提高驱动力和输出功率的目的。
[0031]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0032]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0033]图1为本专利技术实施例1提供的扭转/弯曲复合振动的贴片式超声电机振子结构示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例1提供的PZT板组极化方向示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，包括：振动体和PZT板组；所述PZT板组包括扭转PZT板和弯曲PZT板；所述振动体的顶部设有驱动脚；在所述振动体的顶面和底面设扭转PZT板，扭转PZT板沿振动体的厚度方向极化，且相邻两个扭转PZT板间的极化方向相反；在振动体两侧弯曲振动对应的节点处设弯曲PZT板，且弯曲PZT板间的极化方向相同。2.如权利要求1所述的一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，在振动体顶部的四角上设驱动脚。3.如权利要求1所述的一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，所述驱动脚为三角形。4.如权利要求1所述的一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，所述扭转PZT板共设八片，顶面和底面各设四片。5.如权利要求1所述的一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，所述弯曲PZT板共设四片，每侧各设两片。6.如权利要求1所述的一种复合振动的贴片式超声电机振子，其特征在于，所述PZT板组粘贴在振动体上。7.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴疆，张燃煦，魏文韬，丁兆春，王立鹏，荣学文，宋锐，李贻斌，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：