贴片式圆环双足超声电机振子的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种贴片式圆环双足超声电机振子，属于压电超声电机技术领域。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]现有的圆环压电超声电机振子一般属于行波电机，通过两列弯曲振动驻波的叠加，在环形振子中形成行波，最终实现旋转驱动，受现有工作原理的限制，该类振子难于实现直线驱动。
【发明内容】
[0004]本发明是为了解决现有的圆环压电超声电机振子难于实现直线驱动的问题。现提供贴片式圆环双足超声电机振子。
[0005]贴片式圆环双足超声电机振子，它包括两个驱动足、内环、中间环、外环和十六片压电陶瓷片，所述内环、中间环和外环均为圆环形，中间环设置在内环和外环之间，且内环、中间环和外环均同轴，两个驱动足均设置在内环的内表面，所述内环的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片，外环的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片，所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，外环上表面的四片压电陶瓷片极化方向相同，外环下表面的四片压电陶瓷片极化方向相同，外环下表面的四片压电陶瓷片与外环上表面的四片压电陶瓷片极化方向相反，内环上表面的四片压电陶瓷片中任意相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，内环下表面的四片压电陶瓷片中任意相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，内环下表面的四片压电陶瓷片与内环上表面的四片压电陶瓷片极化方向相同。
[0006]本发明的有益效果:本发明采用沿厚度方向极化的十六片压电陶瓷片实现振子两个模态振动的激励。十六片压电陶瓷片分别设置于外环的上下表面和内环的上下表面，内环与外环上各八片。其中外环上表面的压电陶瓷片极化方向相同、外环下表面的压电陶瓷片极化方向相同，外环上表面和下表面的极化方向相反，在施加同相电压后，外环上下表面的八片压电陶瓷同时伸缩，以激励出振子的径向伸缩振动，如图6所示。内环上下表面对称位置的压电陶瓷片极化方向相同，非对称位置的极化方向相反，且其位于圆环轴向弯曲振动的波腹位置，施加同相电压后，相应位置的两片压电陶瓷会交替伸缩振动，在内环上下表面的八个压电陶瓷片的共同作用下，可以有效地激励出振子的轴向弯曲振动，如图7所示。设置于内环和外环上的压电陶瓷片，采用频率为振子两个模态的谐振频率、相位差为+90°的两相交流电压低信号进行激励；外环上的八片压电陶瓷片同时伸缩，激励出振子的径向伸缩振动，对应引起驱动足径向方向的位移；内环上的八片压电陶瓷交替伸缩振动，激励出振子的轴向弯曲振动，对应引起驱动足的轴向方向的位移；两个振动模态的叠加会在两个驱动足末端表面质点产生反向的椭圆轨迹运动，通过驱动足末端和动子之间的摩擦親合实现动子沿圆环轴线方向的直线运动输出。如果调整两相激励信号的相位差为-90°，可以实现反向驱动。
[0007]本发明的贴片式圆环双足超声电机振子从原理上解决了环形振子难以实现直线驱动的问题，并且加工装配较为简便，易于实现微型化；动子置于振子中，其结构紧凑，且受力平衡。
【附图说明】
[0008]图1为【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子的立体结构示意图，
[0009]图2为图1所示振子中由驱动足、内环、中间环、外环组成的一体件的立体结构示意图，
[0010]图3为【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子中内环的上表面压电陶瓷片和下表面压电陶瓷片的极化方向示意图，
[0011]图4为【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子中外环的上表面压电陶瓷片和下表面压电陶瓷片的极化方向示意图，
[0012]图5为本发明所述的贴片式圆环双足超声电机振子工作时推动动子运动的示意图，附图标记6表示动子，附图标记A表示动子的运动方向。
[0013]图6为本发明所述的贴片式圆环双足超声电机振子的径向伸缩振动的模态振型图，
[0014]图7为本发明所述的贴片式圆环双足超声电机振子的轴向弯曲振动的模态振型图。
【具体实施方式】
[0015]【具体实施方式】一:参照图1、图3和图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的贴片式圆环双足超声电机振子，它包括两个驱动足1、内环2、中间环3、外环4和十六片压电陶瓷片5，
[0016]所述内环2、中间环3和外环4均为圆环形，中间环3设置在内环2和外环4之间，且内环2、中间环3和外环4均同轴，两个驱动足均设置在内环2的内表面，所述内环2的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片5，外环4的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片5，所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，外环4上表面的四片压电陶瓷片5极化方向相同，外环4下表面的四片压电陶瓷片5极化方向相同，外环4下表面的四片压电陶瓷片5与外环4上表面的四片压电陶瓷片5极化方向相反，内环2上表面的四片压电陶瓷5中任意相邻的两片压电陶瓷片5的极化方向相反，内环2下表面的四片压电陶瓷片5中任意相邻的两片压电陶瓷片5的极化方向相反，内环2下表面的四片压电陶瓷片5与内环2上表面的四片压电陶瓷片5极化方向相同。
[0017]本实施方式中，贴片式双足超声电机振子在应用的时候，外环4与驱动电源的公共端连接，外环4上下两个表面上固定的八片压电陶瓷片5的外表面与一相驱动信号连接，内环2上下两个表面上固定的八片弯振压电陶瓷片5的外表面与另外一相驱动信号连接。
[0018]【具体实施方式】二:参见图2所示。本实施方式是对【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述驱动足1、内环2、中间环3、外环4为一体件，这样可以简化加工工艺。
[0019]参见图5所示，为本实施方式所述的贴片式圆环双足超声电机振子与结合之后的示意图，所述动子为圆柱形，嵌入在振子的内环内，振子的驱动足与动子的外侧壁摩擦连接，所述动子在振子的驱动下可以沿标记A所指示的方向做直线往复运动。
[0020]【具体实施方式】三:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述十六片压电陶瓷片5均为扇形，且十六片压电陶瓷片5与内环2、中间环3和外环4同轴，这样可以保证径向伸缩振动同一时刻在周向上点的径向位移尽量相等，径向弯曲振动各波腹的幅值尽量相等。
[0021]【具体实施方式】四:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述中间环3的厚度小于内环2和外环4，这样可以保证中间环既能够将外环4的径向伸缩振动传递给内环2，进一步传递给驱动足，又可以降低内环的轴向弯曲振动对外环的影响，同时还可以将弯曲振动的波腹最大值控制在内环的内侧。
[0022]【具体实施方式】五:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述驱动足I之间的夹角为180度，这样使得两个驱动足置于轴向弯曲振动同向的两个波腹处，保证两驱动足在动子表面产生同向的驱动力。
[0023]【具体实施方式】六:本实施方式是对【具体实施方式】一所述的贴片式圆环双足超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述两个驱动足I横截面为矩形或者梯形，且两个驱动足I高度相等，这样能够保证两个驱动足产生一致的驱动力。
【主权项】
1.贴片式圆环双足超声电机振子，它包括两个驱动足⑴、内环(2)、中间环(3)、外环(4)和十六片压电陶瓷片(5)，其特征在于，所述内环(2)、中间环(3)和外环(4)均为圆环形，中间环⑶设置在内环⑵和外环⑷之间，且内环(2)、中间环(3)和外环(4)均同轴，两个驱动足均设置在内环(2)的内表面，所述内环(2)的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片(5)，外环(4)的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片(5)，所有压电陶瓷片均沿厚度方向极化，外环(4)上表面的四片压电陶瓷片(5)极化方向相同，外环(4)下表面的四片压电陶瓷片(5)极化方向相同，外环(4)下表面的四片压电陶瓷片(5)与外环(4)上表面的四片压电陶瓷片(5)极化方向相反，内环(2)上表面的四片压电陶瓷片(5)中任意相邻的两片压电陶瓷片(5)的极化方向相反，内环(2)下表面的四片压电陶瓷片(5)中任意相邻的两片压电陶瓷片(5)的极化方向相反，内环(2)下表面的四片压电陶瓷片(5)与内环(2)上表面的四片压电陶瓷片(5)极化方向相同。
2.根据权利要求1所述的贴片式圆环双足超声电机振子，其特征在于，所述驱动足⑴、内环(2)、中间环(3)、外环(4)为一体件。
3.根据权利要求1所述的贴片式圆环双足超声电机振子，其特征在于，所述十六片压电陶瓷片(5)均为扇形，且十六片压电陶瓷片(5)与内环(2)、中间环(3)和外环(4)同轴。
4.根据权利要求1所述的贴片式圆环双足超声电机振子，其特征在于，所述中间环(3)的厚度小于内环⑵和外环(4)。
5.根据权利要求1所述的贴片式圆环双足超声电机振子，其特征在于，所述驱动足(I)之间的夹角为180度。
6.根据权利要求1所述的贴片式圆环双足超声电机振子，其特征在于，所述两个驱动足(I)横截面为矩形或者梯形，且两个驱动足(I)高度相等。
【专利摘要】贴片式圆环双足超声电机振子，涉及压电超声电机技术领域。本发明是为了解决现有的圆环压电超声电机振子难于实现直线驱动的问题。本发明所述内环、中间环和外环均为圆环形，中间环设置在内环和外环之间，且内环、中间环和外环均同轴，两个驱动足均设置在内环的内表面，所述内环和外环的上表面和下表面分别固定有四片压电陶瓷片，外环上表面的四片压电陶瓷片极化方向相同，外环下表面的四片压电陶瓷片极化方向相同，外环下表面的四片压电陶瓷与外环上表面的四片压电陶瓷极化方向相反，内环上表面和下表面的四片压电陶瓷中任意相邻的两片压电陶瓷的极化方向相反，内环下表面的四片压电陶瓷与内环上表面的四片压电陶瓷极化方向相同。
【IPC分类】H02N2-04
【公开号】CN104578899
【申请号】CN201510060834
【发明人】刘英想, 闫纪朋, 石胜君, 熊怀银, 陈维山
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月5日