一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机压电振子.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103516251103516251A(43)申请公布日2014.01.15(21)申请号201310454913.6(22)申请日2013.09.27(71)申请人浙江工商大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区学正街18号(72)发明人王光庆展永政(51)Int.Cl.H02N2/00(2006.01)H02N2/04(2006.01)H02N2/12(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图3页附图3页(54)发明名称一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机压电振子(57)摘要本发明涉及一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机振子，属于超声波电机制造技术领域。该振子由双压电晶片悬臂梁(1、2)、压电叠堆-金属复合弹性梁(3)、质量块(4)、环行接触体(5)和基座(6)组成。双压电晶片悬臂梁(1、2)分别布置在质量块(4)的左、右两侧。压电叠堆-金属复合弹性梁(3)布置在质量块(4)的下端并与基座(6)相连。双压电晶片悬臂梁(1、2)和压电叠堆-金属复合弹性梁(3)及质量块(4)在空间上构成T型结构。利用双压电晶片悬臂梁(1、2)的反向弯曲振动及压电叠堆-金属复合弹性梁(3)的上、下纵向振动，使环行接触体(5)的表面质点产生椭圆运动轨迹，实现对转子的扭转驱动。CN103516251ACN103562ACN103516251A权利要求书1/1页1.一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机振子，其特征在于：该超声波电机振子由双压电晶片悬臂梁(1)、双压电晶片悬臂梁(2)、压电叠堆-金属复合弹性梁(3)、质量块(4)、环行接触体(5)和基座(6)组成。双压电晶片悬臂梁(1)由两片极化方向相反的压电陶瓷(101、103)通过环氧树脂胶粘接在金属基体(102)的上、下表面，形成夹心结构。双压电晶片悬臂梁(2)由两片极化方向相反的压电陶瓷(201、203)通过环氧树脂胶粘接在金属基体(202)的上、下表面，形成夹心结构。悬臂梁(1)的左端与基座(6)固定，右端与质量块(4)相连。悬臂梁(2)的右端与基座(6)固定，左端与质量块(4)相连。压电叠堆-金属复合弹性梁(3)由压电叠堆(301)通过环氧树脂胶与金属弹性体(302)相连成一体，压电叠堆-金属复合弹性梁(3)的上端与质量块(4)相连，下端固定在基座(6)上。悬臂梁(1)、悬臂梁(2)和压电叠堆-金属复合弹性梁(3)与质量块(4)在空间上构成T型结构。当给叠堆式压电叠堆-金属复合弹性梁(3)的压电叠堆(301)施加超声频域的正弦交流电压V1时，压电叠堆(301)产生沿其轴线的上下伸缩振动，该振动通过金属弹性体(302)的放大作用后，推动质量块(4)和环行接触体(5)一起作上、下往复振动。当环行接触体(5)作向上的振动时，迫使环行接触体(5)与转子压紧接触。当给双压电晶片悬臂梁(1)和(2)的压电陶瓷施加一个与V1同频率、同幅值的余弦电压V2时，悬臂梁(1)和(2)同时作等幅、反向的弯曲振动。悬臂梁(1)和(2)的反向弯曲振动作用在质量块(4)上，形成一个扭转力矩，该扭转力矩驱动质量块(4)和环行接触体(5)产生绕其中心轴的扭转运动。环行接触体(5)同时作上下往复纵振动和绕其中心轴的扭转运动，两者合成后，在环行接触体(5)的表面质点产生椭圆运动轨迹，该轨迹推动转子作旋转运动。2.根据权利要求1所述的纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机振子，其特征在于：电机振子模态选择压电叠堆-金属复合弹性梁(3)的一阶纵振动模态、悬臂梁(1)和(2)的一阶弯曲振动模态，该电机是一种多模态复合型电机。3.根据权利要求1所述的纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机振子，其特征在于：电机振子的工作频率为18880Hz。2CN103516251A说明书1/3页一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机压电振子技术领域[0001]本发明涉及一种纵-弯-扭转复合型旋转式超声波电机压电振子，可以实现精密驱动与定位功能，属于超声波电机制造的技术领域。技术背景[0002]超声波电机利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为电机定子的振动，然后通过电机定子和转子之间的摩擦耦合驱动电机转子作旋转(或直线)运动。超声波电机具有结构紧凑、低速大力矩、响应速度快、控制特性好、不受电磁干扰、定位精度高、噪声小、可直接驱动负载等优点，广泛应用于国防、军事、工业、医疗以及国民生产生活等各个领域。[0003]国内外有较多的专利申请涉及压电超声波电机及压电振子，典型的压电超声波电机振子结构主要是环行、纵扭复合型等机构，这些压电振子结构复杂，加工工艺烦琐，如环行行波型超声波的压电振子表面加工了几十个齿状结构，纵扭复合型超声波电机通