悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子制造技术

悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。它解决了现有超声电机定子存在的机械输出能力受制约的问题。本发明专利技术的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子包括圆环和一个悬臂纵弯复合夹心换能器，所述悬臂纵弯复合夹心换能器包括两个悬臂、前端盖、后端盖、绝缘套、两对弯振压电陶瓷片、紧固螺钉、四片纵振压电陶瓷片和电极片，两个悬臂与圆环下端面固定连接，所述前端盖、后端盖和两个悬臂通过紧固螺钉固定连接，四片纵振压电陶瓷片固定在两个悬臂之间，前端盖和悬臂之间以及后端盖和悬臂之间均固定有一对弯振压电陶瓷片。本发明专利技术可以应用到超声电机制作领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子，属于压 电超声电机

技术介绍
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，作为一种压电驱动器有着十分广泛的应用。出于激励原理的简单性和理论分析方法的简便性，目前压电超声电机大多 采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励，由于受压电陶瓷的(131模 式机电耦合效率和陶瓷材料抗拉强度低，以及胶层的强度和疲劳寿命等的限 制，这样的激励方式使得超声电机的机械输出能力受到严重制约。对于采用多 个换能器驱动的压电超声电机，由于每个换能器在加工、粘贴以及装配等过程 中很难保证完全一致，使其振动特性存在差异，进而引起定子表面质点振动轨 迹的畸变，降低超声电机的机械输出能力和可控性。
技术实现思路
为了解决现有采用金属弹性体粘贴压电陶瓷薄片的方式进行激励的超声 电机的定子存在的机械输出能力受制约的问题，以及采用多个换能器驱动存在 的难以保证多个换能器完全一致而导致的定子表面质点振动轨迹的畸变，降低 超声电机的机械输出能力和可控性的问题，本专利技术提供了一种悬臂纵弯复合换 能器圆环型行波超声电机振子。悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子，包括圆环和一个悬臂纵弯 复合夹心换能器，所述圆环的上端面均匀分布多个梳状驱动齿，圆环内侧加工 有薄壁环，薄壁环内侧加工有法兰，所述圆环、薄壁环和法兰同轴，所述悬臂 纵弯复合夹心换能器包括两个悬臂、前端盖、后端盖、绝缘套、两对弯振压电陶瓷片、紧固螺钉、四片纵振压电陶瓷片和电极片，所述前端盖、后端盖和两 个悬臂均为长方体，所述两个悬臂与圆环下端面固定连接，所述悬臂、圆环、 薄壁环、法兰和驱动齿为一体件，所述前端盖中心开有一个通孔，所述后端盖 中心开有一个螺纹孔，所述前端盖、 一对弯振压电陶瓷片、 一个悬臂四片纵振 压电陶瓷片、另一对弯振压电陶瓷片、另一个悬臂和后端盖依此通过紧固螺钉 固定连接，四片纵振压电陶瓷片固定在两个悬臂之间，前端盖和一个悬臂之间 以及后端盖和另一个悬臂之间均固定有一对弯振压电陶瓷片，相邻两片弯振压 电陶瓷片之间、相邻两片纵振压电陶瓷片之间、以及弯振压电陶瓷片与悬臂之 间分别固定有电极片，在所述弯振压电陶瓷片、纵振压电陶瓷片、电极片与紧 固螺钉之间均固定有绝缘套。本专利技术的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波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，解决了粘贴 压电陶瓷片式压电超声电机机电耦合效率低、机械输出能力差的问题。本专利技术 采用沿厚度方向极化的弯振压电陶瓷片实现换能器的弯曲振动的激励，采用沿 厚度方向极化的纵振压电陶瓷片实现换能器的纵向振动的激励；通过调整结构 参数实现换能器纵振固有频率、换能器弯振固有频率和圆环弯振固有频率之间的简并；采用单个换能器在圆环定子中激励出行波，避免采用多个换能器时存 在的振动不一致问题，提高超声电机的机械输出能力和可控性。本专利技术的悬臂 纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子中的弯振压电陶瓷片和纵振压电陶 瓷片采用幅值相等、频率为振子自身谐振频率、相位差为+9(T的交流电压信号 激励时，利用压电陶瓷片的纵向振动在夹心换能器中激励出纵向振动和弯曲振 动，进而通过两个连接换能器和圆环的悬臂实现在圆环上激励出两个幅值相 等、在时间和空间上均相差;r/2的弯振模态响应，两个弯振模态响应叠加在圆 环上形成行波(悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子一个振动周期内 的振型变化示意图如图5 图8所示)，驱动齿表面质点产生椭圆运动轨迹，通 过驱动齿和转子之间的摩擦耦合实现转子的宏观运动输出。如果调整两路激励 信号的相位差为-90°，可以改变行波的方向，最终实现电机转子反向运动。薄 壁环可以实现弹性支撑和振动隔离，将振子与其它构件的联接对圆环的弯曲振动模态的影响程度降到最低。本专利技术的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波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是本专利技术所述的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子的剖视图，图2是图1所示的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子的立体 结构示意图，图3是图1所示振子中悬臂纵弯复合换能器的剖视图，图4是图 1所示振子中纵振压电陶瓷片2和弯振压电陶瓷片3的极化方向示意图，图5 至图8是本专利技术的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子的一个完整 振动周期内的振型变化示意图(周向展开图，为圆环五阶弯振模态的振型变化 示意图)。具体实施例方式具体实施方式一结合图1至图3说明本实施方式，悬臂纵弯复合换能 器圆环型行波超声电机振子，包括圆环1-1和一个悬臂纵弯复合夹心换能器 10，所述圆环1-1的上端面均匀分布多个梳状驱动齿1-5，圆环1-1内侧加工 有薄壁环1-2，薄壁环1-2内侧加工有法兰1-3，所述圆环1-1、薄壁环1-2和 法兰1-3同轴，所述悬臂纵弯复合夹心换能器10包括两个悬臂1-4、前端盖4、 后端盖5、绝缘套6、两对弯振压电陶瓷片3、紧固螺钉7、四片纵振压电陶瓷 片2和电极片8，所述前端盖4、后端盖5和两个悬臂1-4均为长方体，所述 两个悬臂1-4与圆环1-1下端面固定连接，所述悬臂1-4、圆环l-l、薄壁环1-2、 法兰1-3和驱动齿1-5为一体件，所述前端盖4中心开有一个通孔，所述后端 盖5中心开有一个螺纹孔，所述前端盖4、 一对弯振压电陶瓷片3、 一个悬臂 l-4四片纵振压电陶瓷片2、另一对弯振压电陶瓷片3、另一个悬臂1-4和后端 盖5依此通过紧固螺钉7固定连接，四片纵振压电陶瓷片2固定在两个悬臂 1-4之间，前端盖4和一个悬臂1-4之间以及后端盖5和另一个悬臂1-4之间 均固定有一对弯振压电陶瓷片3，相邻两片弯振压电陶瓷片3之间、相邻两片 纵振压电陶瓷片2之间、以及弯振压电陶瓷片3与悬臂1-4之间分别固定有电极片8，在所述弯振压电陶瓷片3、纵振压电陶瓷片2、电极片8与紧固螺钉7 之间均固定有绝缘套6。具体实施方式二结合图4说明本具体实施方式，本实施方式与具体实 施方式一所述的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子的区别在于，各 压电陶瓷片沿厚度方向极化，所述每相邻两片纵振压电陶瓷片2的极化方向相 反，每片弯振压电陶瓷片3对称分成上半片3-l和下半片3-2，所述一对弯振 压电陶瓷片3中的每相邻的半片弯振压电陶瓷片的极化方向相反，两对弯振压 电陶瓷片3的极化方式相反。本实施方式中两对弯振压电陶瓷片3的极化方式相反，前端盖4向后端盖 5的方向位于同一位置的弯振压电陶瓷片3极化方向相反。本实施方式与具体实施方式一所述的悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超 声电机振子的区别在于，所述纵振压电陶瓷片2和弯振压电陶瓷片3的横截面 为矩形。权利要求1、悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子，包括圆环(1-1)和一个悬臂纵弯复合夹心换能器(10)，其特征在于所述圆环(1-1)的上端面均匀分本文档来自技高网...

【技术保护点】
悬臂纵弯复合换能器圆环型行波超声电机振子，包括圆环（１－１）和一个悬臂纵弯复合夹心换能器（１０），其特征在于所述圆环（１－１）的上端面均匀分布多个梳状驱动齿（１－５），圆环（１－１）内侧加工有薄壁环（１－２），薄壁环（１－２）内侧加工有法兰（１－３），所述圆环（１－１）、薄壁环（１－２）和法兰（１－３）同轴，所述悬臂纵弯复合夹心换能器（１０）包括两个悬臂（１－４）、前端盖（４）、后端盖（５）、绝缘套（６）、两对弯振压电陶瓷片（３）、紧固螺钉（７）、四片纵振压电陶瓷片（２）和电极片（８），所述前端盖（４）、后端盖（５）和两个悬臂（１－４）均为长方体，所述两个悬臂（１－４）与圆环（１－１）下端面固定连接，所述悬臂（１－４）、圆环（１－１）、薄壁环（１－２）、法兰（１－３）和驱动齿（１－５）为一体件，所述前端盖（４）中心开有一个通孔，所述后端盖（５）中心开有一个螺纹孔，所述前端盖（４）、一对弯振压电陶瓷片（３）、一个悬臂（１－４）四片纵振压电陶瓷片（２）、另一对弯振压电陶瓷片（３）、另一个悬臂（１－４）和后端盖（５）依此通过紧固螺钉（７）固定连接，四片纵振压电陶瓷片（２）固定在两个悬臂（１－４）之间，前端盖（４）和一个悬臂（１－４）之间以及后端盖（５）和另一个悬臂（１－４）之间均固定有一对弯振压电陶瓷片（３），相邻两片弯振压电陶瓷片（３）之间、相邻两片纵振压电陶瓷片（２）之间、以及弯振压电陶瓷片（３）与悬臂（１－４）之间分别固定有电极片（８），在所述弯振压电陶瓷片（３）、纵振压电陶瓷片（２）、电极片（８）与紧固螺钉（７）之间均固定有绝缘套（６）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维山，刘英想，刘军考，石胜君，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[]