專利名稱：環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種超聲頻壓電驅(qū)動元件，特別涉及一種環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子。
背景技術(shù)：
超聲電機(jī)是一種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，使振子產(chǎn)生超聲頻振動，并通過振子、動子間的摩擦效應(yīng)驅(qū)動動子的新型電機(jī)。與傳統(tǒng)的電磁電機(jī)相比，它具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活、運(yùn)動形式多樣、低速大扭矩、不受磁場影響、斷電自鎖、慣性小、響應(yīng)快、控制特性好、無需減速裝置等特性。按照超聲電機(jī)利用振動波型的不同，可以將超聲電機(jī)分為行波型超聲電機(jī)和駐波型超聲電機(jī)。
直線超聲電機(jī)在小型、精密的直線運(yùn)動裝置的驅(qū)動和控制方面有著廣闊的應(yīng)用前景，是近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，而駐波型直線超聲電機(jī)的研究已經(jīng)成為熱點(diǎn)之中的熱點(diǎn)。
超聲電機(jī)振子是超聲電機(jī)的核心部件，目前研制、開發(fā)出來的駐波型直線超聲電機(jī)振子，為實(shí)現(xiàn)動子的雙向交替運(yùn)動，或采用激發(fā)出振子體內(nèi)單一模態(tài)的兩種不同階振型，分別實(shí)現(xiàn)動子的雙向運(yùn)動，或采用激發(fā)出振子體內(nèi)兩種不同類模態(tài)進(jìn)行復(fù)合，實(shí)現(xiàn)動子的雙向運(yùn)動。圖9所示為利用兩種不同階振型的單一模態(tài)分別工作實(shí)現(xiàn)動子雙向運(yùn)動的駐波型直線超聲電機(jī)，它由矩形板13、壓電陶瓷片14構(gòu)成，在矩形板13上有振子齒15，振子齒15與動子12相接觸。它利用矩形梁的兩種彎曲模態(tài)來驅(qū)動動子12作雙向運(yùn)動，如圖10所示的(5，0)彎曲模態(tài)和圖11所示的(6，0)彎曲模態(tài)，它的工作原理是，分別利用(5，0)和(6，0)模態(tài)實(shí)現(xiàn)動子12的正向和反向運(yùn)動。這種駐波型直線超聲電機(jī)振子的缺點(diǎn)是，由于兩模態(tài)的工作頻率不同，因而驅(qū)動電路比較復(fù)雜，制造成本高。
圖12是一種縱-彎復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲電機(jī)，它由金屬彈性體和壓電陶瓷環(huán)構(gòu)成超聲電機(jī)振子，超聲電機(jī)振子安裝在導(dǎo)軌內(nèi)。它是通過激發(fā)振子橫向彎曲模態(tài)和縱向伸縮模態(tài)，復(fù)合產(chǎn)生振子兩側(cè)驅(qū)動點(diǎn)的橢圓運(yùn)動，像劃槳一樣，驅(qū)動振子運(yùn)動，如圖15所示，橫向彎曲模態(tài)如圖13所示，縱向伸縮模態(tài)如圖14所示，當(dāng)兩相驅(qū)動電壓相位差由90°切換為-90°時，便可實(shí)現(xiàn)振子反向移動。
圖16也是一種復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲波電機(jī)，它由金屬彈性體20、彎振壓電陶瓷環(huán)17、縱振壓電陶瓷環(huán)21及驅(qū)動腳18等構(gòu)成，并用壓緊螺栓19和預(yù)緊螺母16固定在一起，動子22與驅(qū)動腳18相接觸。它是依靠振子的1階縱振和2階彎振，合成驅(qū)動腳18頂端的橢圓運(yùn)動，通過摩擦推動動子22前進(jìn)。如圖17所示，縱振主要產(chǎn)生水平方向的位移，用于產(chǎn)生動子22的直線驅(qū)動力；彎振主要產(chǎn)生垂直方向的位移，使驅(qū)動腳18與動子22產(chǎn)生間歇的接觸與脫離。驅(qū)動腳18與動子22的接觸順序如圖17所示。
上述兩種復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲波電機(jī)振子的共同缺點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩種模態(tài)工作頻率不易一致，不便于設(shè)計(jì)，制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有駐波型直線超聲電機(jī)振子不同階或不同類的兩模態(tài)工作、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于設(shè)計(jì)、制造成本高的問題，提供一種利用同一階振型、同一頻率實(shí)現(xiàn)動子雙向運(yùn)動、結(jié)構(gòu)簡單、易于設(shè)計(jì)、制造成本低的環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子。
本發(fā)明由金屬彈性體和壓電陶瓷片構(gòu)成，在金屬彈性體上有若干個振子齒，其特殊之處是，所述的金屬彈性體是由直梁段和圓弧段封閉而成的方環(huán)形或長環(huán)形，利用環(huán)形振子同階同頻或近似同頻的兩個面內(nèi)彎曲振動模態(tài)工作。
所述的壓電陶瓷片分為兩組，分別與驅(qū)動電路相連接。
所述的壓電陶瓷片粘貼在方環(huán)形或長環(huán)形金屬彈性體的內(nèi)側(cè)。
所述的振子齒設(shè)置在金屬彈性體每個直梁段的外側(cè)。
在金屬彈性體的直梁段或圓弧段兩側(cè)還分別有固定翼，以便于對其加以固定。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、利用同一階振型、同一頻率工作，因而驅(qū)動電路簡單，制造成本較低。
2、利用同一階振型、同一頻率實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動，結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)。
3、結(jié)構(gòu)對稱，工作面多，使用壽命長。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的左視圖；圖3、圖5是本發(fā)明其他實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖3的左視圖；圖6是圖5的左視圖；圖7、圖8是本發(fā)明雙接觸面直線超聲電機(jī)振子的工作原理圖；圖9是現(xiàn)有技術(shù)中矩形駐波型直線超聲電機(jī)的示意圖；圖10是現(xiàn)有技術(shù)中矩形駐波型直線超聲電機(jī)的(5，0)彎曲模態(tài)示意圖；圖11是現(xiàn)有技術(shù)中矩形駐波型直線超聲電機(jī)的(6，0)彎曲模態(tài)示意圖；圖12是現(xiàn)有技術(shù)中縱—彎復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲電機(jī)的示意圖；圖13是縱—彎模態(tài)復(fù)合型直線超聲電機(jī)的橫向彎曲模態(tài)示意圖；圖14是縱—彎模態(tài)復(fù)合型直線超聲電機(jī)的縱向伸縮模態(tài)示意圖；圖15是縱—彎模態(tài)復(fù)合型直線超聲電機(jī)的工作原理圖；圖16是現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲波電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖17是復(fù)合模態(tài)型的駐波型直線超聲波電機(jī)的工作原理圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1和圖2所示，本發(fā)明由金屬彈性體1和壓電陶瓷片3、4、5、6構(gòu)成，在金屬彈性體1上有若干個振子齒2，所述的金屬彈性體1是由四個直梁段和四個圓弧段封閉而成的方環(huán)形，其直梁段用圓弧過渡連接，利用環(huán)形振子同階同頻或近似同頻的兩個面內(nèi)彎曲振動模態(tài)工作；所述的壓電陶瓷片3、4、5、6為4片或者4的倍數(shù)，壓電陶瓷片3、4、5、6粘貼在方環(huán)形金屬彈性體1的直梁段內(nèi)側(cè)，壓電陶瓷片3、4、5、6分為兩組，壓電陶瓷片3、5為一組，壓電陶瓷片4、6為一組，分別與驅(qū)動電路相連接，使超聲電機(jī)振子做駐波型微米級超聲頻振動，驅(qū)動電路的電壓頻率為20kHz-100kHz，為現(xiàn)有常用驅(qū)動電路；所述的振子齒2設(shè)置在金屬彈性體1每個直梁段的外側(cè)，每個直梁段設(shè)置兩個；本實(shí)施例在金屬彈性體1上未設(shè)置固定裝置，適用于振子不固定，振子沿著導(dǎo)軌運(yùn)動的自行式超聲電機(jī)。
本實(shí)施例環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子的振動為面內(nèi)彎曲振動，其工作原理如圖7、圖8所示，為便于分析，取出振子環(huán)的直梁段部分，假設(shè)導(dǎo)軌固定，振子本身移動，圖7和圖8是環(huán)形振子同階振型的兩個模態(tài)，在圖7中，振子齒在波腹的右側(cè)，齒端位移如圖7所示，上梁振子齒2對導(dǎo)軌施與右斜向上的力，下梁振子齒2對導(dǎo)軌施與右斜向下的力，導(dǎo)軌對振子的反作用力推動振子左移；同理，在圖8中，振子齒在波腹的左側(cè)，齒端位移如圖8所示，上梁振子齒2對導(dǎo)軌施與左斜向上的力，下梁振子齒2對導(dǎo)軌施與左斜向下的力，導(dǎo)軌對振子的反作用力推動振子右移，從而實(shí)現(xiàn)振子的正、反向移動。
實(shí)施例2
如圖3和圖4所示，其結(jié)構(gòu)如實(shí)施例1，不同之處在于，振子齒2在每個直梁段設(shè)置三個，振子齒2在每個直梁段也可以設(shè)置多個；在金屬彈性體1的直梁段兩側(cè)還分別有固定翼7，以便于在直梁段對其加以固定，振子固定后即成為定子，適用于驅(qū)動動子運(yùn)動的非自行式超聲電機(jī)。
實(shí)施例3如圖5和圖6所示，本發(fā)明由金屬彈性體10和壓電陶瓷片8、9構(gòu)成，在金屬彈性體10上有若干個振子齒2，所述的金屬彈性體10是由二個直梁段和二個圓弧段封閉而成的長環(huán)形，其直梁段用圓弧過渡連接，利用環(huán)形振子同階同頻或近似同頻的兩個面內(nèi)彎曲振動模態(tài)工作；所述的壓電陶瓷片8、9為8片或8的倍數(shù)，壓電陶瓷片8、9粘貼在長環(huán)形金屬彈性體10的直梁段內(nèi)側(cè)，壓電陶瓷片8、9分為兩組，壓電陶瓷片8為一組，壓電陶瓷片9為一組，分別與驅(qū)動電路相連接，驅(qū)動電路的電壓頻率為20kHz-100kHz，為現(xiàn)有常用驅(qū)動電路；所述的振子齒2設(shè)置在金屬彈性體10兩個直梁段的外側(cè)，其數(shù)量不限；在金屬彈性體10的圓弧段兩側(cè)還分別有固定翼11，以便于在圓弧段對其加以固定，振子固定后即成為定子，適用于驅(qū)動動子運(yùn)動的非自行式超聲電機(jī)，該振子的振動為面內(nèi)彎曲振動。
權(quán)利要求
1.一種環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，它由金屬彈性體和壓電陶瓷片構(gòu)成，在金屬彈性體上有若干個振子齒，其特征在于，所述的金屬彈性體是由直梁段和圓弧段封閉而成的方環(huán)形或長環(huán)形，利用環(huán)形振子同階同頻或近似同頻的兩個面內(nèi)彎曲振動模態(tài)工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，其特征在于，所述的壓電陶瓷片分為兩組，分別與驅(qū)動電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，其特征在于，所述的壓電陶瓷片粘貼在方環(huán)形或長環(huán)形金屬彈性體的內(nèi)側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，其特征在于，所述的振子齒設(shè)置在金屬彈性體每個直梁段的外側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，其特征在于，在金屬彈性體的直梁段或圓弧段兩側(cè)還分別有固定翼。
全文摘要
一種環(huán)形駐波直線超聲電機(jī)振子，解決了現(xiàn)有駐波型直線超聲電機(jī)振子不同階或不同類的兩模態(tài)工作、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便于設(shè)計(jì)、制造成本高的問題；本發(fā)明由金屬彈性體和壓電陶瓷片構(gòu)成，在金屬彈性體上有若干個振子齒，其特殊之處是，所述的金屬彈性體是由直梁段和圓弧段封閉而成的方環(huán)形或長環(huán)形，利用環(huán)形振子同階同頻或近似同頻的兩個面內(nèi)彎曲振動模態(tài)工作；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，利用同一階振型、同一頻率工作，因而驅(qū)動電路簡單，制造成本較低；結(jié)構(gòu)簡單，易于設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)對稱，工作面多，使用壽命長。
文檔編號H02N2/02GK1665119SQ20051004604
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月15日
發(fā)明者何勍, 王宏祥 申請人:遼寧工學(xué)院