贴片式T型双足直线压电超声电机振子的制作方法与工艺

本发明属于压电超声电机技术领域。

背景技术：
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，具有结构简单、设计灵活、低速大转矩/推力、功率/力矩密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁、无电磁干扰且不受电磁干扰等优点。公开号为CN101630924、发明名称为“T型直线超声电机振子”的专利申请中，首次提出了一种T型单足直线压电超声电机振子，采用水平夹心换能器和竖直夹心换能器纵向振动的复合实现了驱动足处椭圆轨迹振动的高效激励，具有机电耦合效率高、可实现大推力输出、性能稳定、易于控制、可系列化生产的优点；但是，其三个后端盖处的振动能量并没有用于致动输出，存在振动能量的闲置浪费问题；此外，该电机需要采用两相交流电压进行激励，竖直换能器用于实现驱动足处竖直方向振动的激励，水平换能器用于实现驱动足处水平方向振动的激励，激励方法较为复杂，驱动电源也较为复杂，竖直换能器和水平换能器上均产生的明显的耦生弯振，振动耦合现象十分明显。

技术实现要素：
本发明是为了解决现有T型直线超声电机振子中存在的振动能量闲置浪费、驱动方法复杂以及存在振动耦合的问题，现提供贴片式T型双足直线压电超声电机振子。贴片式T型双足直线压电超声电机振子，它包括基体和两片压电陶瓷片；所述基体包括：纵梁、横梁和两个变幅杆；所述横梁的形状为长方体；所述变幅杆为截面逐渐变小的块体，纵梁的一端垂直固定在横梁的一个侧面上，使得纵梁和横梁构成T型结构；所述横梁的两端分别设有变幅杆，变幅杆的大端与横梁固定连接；两个压电陶瓷片分别固定在横梁的上、下表面上；所述两片压电陶瓷片均沿厚度方向极化，且两片压电陶瓷片的极化方向相反；横梁1-2与驱动电源的公共端连接，两片压电陶瓷片2的外表面均与驱动信号连接。上述基体为一体式结构。上述两个压电陶瓷片的形状完全相同，并且所述压电陶瓷片的横截面的面积小于等于该压电陶瓷片所在横梁表面的面积。本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子，工作时只采用单相交流电压信号进行激励，激励方法十分简单，通过压电陶瓷片的伸缩振动实现压电金属复合梁的纵向振动的激励；实际工作时，纵梁的下端和外部基座固定连接，这使得本发明中的振子中复合梁的纵向振动的振型(参见图2)相对于自由梁纵向振动振型(参见图3)产生了明显的变化。对于自由梁纵向振动而言，变幅杆末端的振动位移为沿梁轴线方向；而对于本发明中的振子中复合梁的纵向振动而言，由于纵梁采用了固定的边界条件，变幅杆末端的振动位移不仅有轴向分量，同时有横向分量；变幅杆末端的横向分量可以用于推动动子实现直线运动输出，而轴向分量则用来克服动子和振子之间的预压力，参见图4。本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子，两侧变幅杆都可以用于致动输出，能量利用率高，不存在振动能量的闲置浪费问题；此外，只采用一个横梁的纵向振动实现了变幅杆末端斜线轨迹振动的激励，不存在振动耦合问题，有利于提高能量的转换效率，也使得结构得到了很大程度上的简化，加工装配也十分简单；变幅杆采用变截面设计可以起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子，两侧变幅杆都能够用于致动输出，能量利用率高，不存在振动能量的闲置浪费问题；此外，本发明只采用一个横梁的纵向振动实现了变幅杆末端斜线轨迹振动的激励，不存在振动耦合问题，有利于提高能量的转换效率，也使得结构得到了很大程度上的简化，加工装配也十分简单；变幅杆采用变截面设计可以起到振动能量的聚敛作用，可提高驱动足表面质点的振幅和振速，使得电机性能得到提高。此外，采用贴片结构设计使得本发明的超声电机振子加工装配工艺十分简单，适用于微小型压电超声电机的制作。本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子，通过采用固定边界条件的方法实现了单纵振换能器双侧驱动足直线致动输出的功能，结构简单，加工装配十分简便，激励方法简单，能量利用率高，且易于实现微型化和集成化。附图说明图1是本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子的立体结构示意图；图2为本发明所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子在工作时，所利用的振动模态的振型图；图3为自由边界条件下压电换能器纵向振动模态的振型图；图4为图1所示振子工作时驱动动子实现直线运动的工作原理示意图，图中横向箭头表示沿水平方向施加预压力，纵向箭头表示动子沿竖直方向运动。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子，它包括基体1和两片压电陶瓷片2；所述基体1包括：纵梁1-1、横梁1-2和两个变幅杆1-3；所述横梁1-2的形状为长方体；所述变幅杆1-3为截面逐渐变小的块体，纵梁1-1的一端垂直固定在横梁1-2的一个侧面上，使得纵梁1-1和横梁1-2构成T型结构；所述横梁1-2的两端分别设有变幅杆1-3，变幅杆1-3的大端与横梁1-2固定连接；两个压电陶瓷片2分别固定在横梁1-2的上、下表面上；所述两片压电陶瓷片2均沿厚度方向极化，且两片压电陶瓷片2的极化方向相反。本实施方式的贴片式T型双足直线压电超声电机振子在应用的时候，横梁1-2与驱动电源的公共端连接，两片压电陶瓷片2的外表面均与驱动信号连接。本实施方式中，只采用了两片压电陶瓷片2，采用单相交流信号激励即可实现横梁的纵向振动，进而实现了变幅杆末端斜线轨迹振动的激励，驱动方式简单、且不存在振动耦合问题。具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述基体1为一体式结构。本实施方式中，所述纵梁1-1、横梁1-2和两个变幅杆1-3为一体件，这样可以简化加工与装配工艺。具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的贴片式T型双足直线压电超声电机振子作进一步说明，本实施方式中，所述两个压电陶瓷片2的形状完全相同，并且所述压电陶瓷片2的横截面的面积小于等于该压电陶瓷片2所在横梁1-2表面的面积。本实施方式中，所述压电陶瓷片2为横截面积小于等于横梁1-2横截面积的块体，这样有利于纵向振动的高效激励。