环形压电超声谐振器和使用环形压电超声谐振器的压电超声旋转电机制造技术

本发明专利技术公开了一种环形压电超声谐振器和使用该压电超声谐振器的压电超声旋转电机。所述环形压电超声谐振器包括压电陶瓷，分割为用于施加交流电场的每个四分之一波长的片段，其中压电陶瓷在包含两个片段的极化单元中被交替极化，正弦波交流电场，以及与该正弦波交流电场有预定相位差的正弦波交流电场交替施加于所述每一个片段。进一步地，压电陶瓷的片段的数量是４的整数倍。更重要的是，所述压电陶瓷的每一个片段上施加的正弦波交流电场与相邻片段上的正弦波交流电场具有９０°的相位差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环形压电超声谐振器，特别地，涉及一种环形压 电超声谐振器和使用该压电超声谐振器的压电超声旋转电机，通过对 压电陶瓷施加不同相位的交流电场，该电机能够相对于环形谐振器产 生椭圆形的机械位移使转子旋转。
技术介绍
现有技术中，压电超声电机有几个优点，在低速阶段，能够直接 产生高扭矩，有快的响应时间，能够应用在比较宽的速度范围内。进 一步地，压电超声电机还有一个优点就是，在发动机和定子的压力控 制下不会滑动，从而实现精密的位置控制，且能够产生高的输出。所 述压电超声电机被使用在旋转发电机和直线发电机中。同时，环形的 压电超声谐振器使用在旋转电机中，作为旋转电机的谐振器可以应用 在不同领域，例如，照相机透镜驱动电机，公用电话使用的接收卡片 的电机，交通工具中的折叠侧视镜使用的驱动电机，交通工具中活动 车头的能量来源，绕线窗帘的缠绕电机，遥控立体声中的音量电机等 等，所述压电超声电机的谐振器使用环形谐振器。以下结合图1详细描述现有技术中的环形压电超声谐振器。图1 为传统的环形压电超声谐振器的平面图，从图中可以看出，环形压电超声谐振器的压电陶瓷分割为许多的片段。大量片段10的长度为施 加电场波长的1/2,并且被交替极化。所述大量片段之一是第一虛拟 部分11,其波长为施加电场波长的3/4且未被极化。第二虛拟部分 12,该片段正对第一虛拟部分ll,其波长为所加电场波长的1/4,且 未被极化。4具有卯0相位差的正弦波交流电场施加于所述第一虛拟部分11和第二虛拟部分12的两边。换句话说，在图中，Asinwt交流电场施 加于片段1，该片段1位于第一虛拟部分11和第二虛拟部分12的右 边，Acoswt交流电场施加于第一虛拟部分11和第二虛拟部分12左 边的片段10。当施加电场时，每一个片段都振动。由于第一虛拟部 分11和第二虛拟部分12的长度不同，片段之间的振动受到干扰形成 行波。也就是说，如果所有片段的长度都相同，认为形成驻波，然而 第一虛拟部分11和第二虛拟部分12形成一个行波。如上述所说的传统的压电超声谐振器，由于在没有施加电场时虛 拟部分被动地振动，引起每一点的扭矩不一致带来较多问题，并且， 由于所述虛拟部分输出为零，因此谐振器的总输出降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种环形压电超声谐振器，能够在每一点提 供相同的转矩，并通过设置相同大小的环形压电陶瓷片段而不形成虛 拟部分来提供高的输出。根据本专利技术的一个方面，提供一种环形压电超声谐振器，包括压 电陶瓷，分割为用于所施加交流电场的每个四分之一波长的片段，其中所述压电陶瓷在包含两个片段的极化单元中交替被极化；以及正弦 波交流电场，与该正弦波交流电场有预定相位差的正弦波交流电场交 替施加于所述每一个片段。进一步地，所述压电陶瓷的片段的数量是4的整数倍。 进一步地，所述压电陶瓷的每一个片段施加的正弦波交流电场，与相邻片段的正弦波交流电场有90。的相位差。优选地，所述第一电极形成于极化单元的第一片段外侧，所述第 二电极形成于极化单元的第二片段的里侧，所述第一电极和第二电极 一个接一个地交替连接于所述片段。此外，若施加于第一电极的正弦 交流电场比施加于第二电极的正弦交流电场的相位相差落后90°，所述压电陶瓷产生顺时针方向的行波，若施加于所述第一电极的正弦交 流电场比施加于所述第二电极的正弦交流电场的相位超前卯。，所述 压电陶瓷产生逆时针方向的行波。根据本专利技术的另外一个方面，提供一种压电超声旋转电机,包括环形压电超声谐振器，分割为4的整数倍，用于施加电场的每个四分 之一波长的片段；定子，连接于所述谐振器并传播该谐振器的振动； 转子，依据所述定子的振动所产生的摩擦力旋转；旋转轴，配置在所 述转子的中心；以及外壳，用于容纳所述谐振器，定子，转子和旋转 轴，所述旋转轴突出于所述外壳；其中所述谐振器在包含两个片段的 极化单元中被交替极化，以及，正弦波交流电场，与该正弦波交流电 场有90。相位差的正弦波交流电场交替施加于所述片段。优选地，连接于所述转子的下部并与所述定子直接接触的摩擦环。进一步地，所述定子包括连接于谐振器的底部部分，以及从底部 部分向转子突出的突出部分，当所述突出部分与所述摩擦环接触时， 所述突出部分变形为摩擦环提供摩擦力。而且，所述压电超声旋转电机，进一步包括挤压所述转子到所述 定子的板簧。附图说明结合相关附图以及本专利技术的相关实施例的描述，本专利技术的上述以 及其它目的及特征将更加显著，其中图i为现有的环形压电超声谐振器的平面图2本专利技术的 一个环形压电超声谐振器的实施例的平面图3是图2所述的环形压电超声谐振器在施加电场时的振动位移图4显示的是图2所述的环形压电超声谐振器随时间变形的透视6图5是图2所述的环形压电超声谐振器以相反的方式施加电场时随时间变形的透视图6是使用本专利技术压电超声谐振器的压电超声旋转电机的横截面视图；以及图7A和7B提供了利用本专利技术的压电超声谐振器来旋转转子的过 程的横截面视图。 附图标记说明101 压电超声谐振器102定子102a底部部分102b突出部分103 摩擦环104转子105板簧106旋转轴107 外壳108轴承109 导线110片段120 第一电极130第二电极具体实施例方式以下结合附图2至附图6进一步详细描述本专利技术环形压电超声谐 振器。图2本专利技术的 一个实施例的环形压电超声谐振器的平面图。图2 中的环形压电超声谐振器101挤压定子102,因而，谐振器101的振 动传播给定子102。谐振器101的行波在定子102中形成，并且所述 行波转变为用于转子转动的摩擦力(图中未示出)。环形压电超声谐 振器IOI包括压电陶瓷，分割为施加电场的每一个四分之一波长的片 段，其中片段IIO成对的被交替极化。压电超声谐振器101周长为施 加电场波长的整数倍。因此，压电陶瓷周长为施加电场波长的整数倍。 设在片段110的外侧的第一电极120被施加正弦波交流电场，并且设 在相邻片段110的内侧的第二电极130被施加相位落后于第一个电极 所施加正弦波交流电场的相位90°的正弦波交流电场。在该实施例中，7片段110成对的被交替极化。在图中，(+ )或(_)代表的是陶瓷垂 直极化的状态。如果两个邻近的片段在相同方向上被极化，接下来的两个相邻片段在与上述片段相反方向上被极化。Asinwt交流电场施加 在片段110的内侧，且Acoswt交流电场施加在邻近片段110的外侧。 所述电场交替施加在每一个片段上。也就是说，当一个正弦波交流电 流施加在一个片段上，交流电流的相位比施加在邻近片段上的正弦波 交流电流的相位超前或落后90°。总之，负极(-)和一个正弦波，正 极(+ )和一个余弦波，正极(+ )和一个正弦波，负极(-)和一个 余弦波依次连续相应。图3是图2所述的环形压电超声谐振器施加电场的振动位移图， 由图2中所示的偏振态和电场的连续排列所形成的位移可以被表述 为如下公式《x，t) = Ae^coskx 公式(1 )g2(x，t) = Ae'緣^cosk(x+V4) 公式(2)《3(x，t) = Ae^+cosk(x十V2) 公式(3 )《3(x,t) = Ae^+3^cosk(x+3入/4) 公式(4 )其中，A表示振幅，t表示时间，w表示角频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环形压电超声谐振器，包括：　压电陶瓷，分割为用于施加交流电场的每个四分之一波长的片段，　其中所述压电陶瓷在包含两个片段的极化单元中被交替极化，以及　正弦波交流电场，以及与该正弦波交流电场有预定相位差的正弦波交流电场交替 施加于所述每一个片段。

【技术特征摘要】
KR 2007-11-27 10-2007-01215591、一种环形压电超声谐振器，包括压电陶瓷，分割为用于施加交流电场的每个四分之一波长的片段，其中所述压电陶瓷在包含两个片段的极化单元中被交替极化，以及正弦波交流电场，以及与该正弦波交流电场有预定相位差的正弦波交流电场交替施加于所述每一个片段。2、 如权利要求1所述的环形压电超声谐振器，所述压电陶瓷的 片段的数量是4的整数倍。3、 如权利要求1所述的环形压电超声谐振器，所述压电陶瓷的 每一个片段施加的正弦波交流电场，与相邻片段的正弦波交流电场有 90°的相位差。4、 如权利要求1所述的环形压电超声谐振器，所述第一电极形 成于极化单元的第一片段外侧，所述第二电极形成于极化单元的第二 片段的里侧，所述第一电极和第二电极一个接一个的交替连接于所述 片段，以及若施加于所述第一电极的正弦交流电场比施加于所述第二电极 的正弦交流电场的相位差落后90°,所述压电陶瓷产生顺时针方向的 行波，若施加于所述第一电极的正弦...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹锡珍，金贤在，姜锺允，宋昡澈，
申请(专利权)人：韩国科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]