超声波马达的制作方法

专利名称：超声波马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种环形的通过超声波振动引起的行波(travellingwave)产生旋转力(turning force)的超声波马达，特别涉及一种产生超声波振动的振动体(oscillatingbody)的结构。
背景技术：
日本专利No. 2694142公开了一种包括环形压电体和沿其轴线设置的电极的超声波马达。该压电体具有两个半圆形部分。电极向压电体施加具有交替极性的驱动电压，从而超声波马达产生行波。 压电体的长度对应于所施加的高频电压的波长的一半。两个半圆形部分之间的距离为波长的四分之一，从而产生抵消了两个半圆形部分之间产生的反射波的行波。在两个半圆形部分之间的距离内设置反馈电极。根据反馈电极产生的电压控制施加到超声波马达的电压。 但是，当通过设置在超声波马达外部的传感器来控制施加的电压时，不需要反馈电极。因此，不利用两个半圆形部分之间的四分之一波长的距离。

发明内容
本发明的目的是提供一种利用压电体所在的区域有效旋转的超声波马达。
所提供的超声波马达具有第一振动部件和第二振动部件。第一振动部件以给定的波长振动。第二振动部件独立于第一振动部件设置，并以给定的波长振动。第一振动部件和第二振动部件形成环形件(an皿lus)。在环形件的径向方向上，第一振动部件的一部分与第二振动部件的一部分重叠所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的四分之一。


参考附图，根据以下描述，将更好地理解本发明的目的和优点，其中图1是根据本发明的第一实施例的超声波马达的分解透视图；图2是施加电极(a卯lying electrodes)和外围电路的方框图；图3是施加电极的设置平面图；图4是用于比较例的施加电极的设置平面图；图5是弹性部件的每个齿的振幅的曲线图；图6是本发明的第二实施例中的施加电极的设置平面图；图7是弹性部件的每个齿的振幅的曲线图；图8是本发明的第三实施例中的施加电极的设置平面图；图9是弹性部件的每个齿的振幅的曲线图；图10是本发明的第四实施例中的施加电极的设置平面图；图11是本发明的第四实施例中的弹性部件的每个齿的振幅的曲线图
图12是本发明的第五实施例中的施加电极的设置平面图；
图13是本发明的第六实施例中的施加电极的设置平面图；
图14是本发明的第七实施例中的施加电极的设置平面图。
具体实施例方式
下面参考图1-3描述根据本发明的超声波马达10的第一实施例。 超声波马达10主要包括输出轴11、接合板12、弹簧(spring) 13、转子14、定子15
和底板25。 输出轴11位于超声波马达10的旋转轴X上，并将超声波马达10产生的旋转力传 递到其外部。 底板25安装在外部固定部件上，并通过轴承(未显示)支撑输出轴ll，从而输出 轴ll可以相对于固定部件自由旋转。 定子15为盘形(discoidal sh即e)，且具有与盘的中心轴同轴的圆柱形孔。圆柱 形孔的直径大于输出轴11的直径，从而定子15不与输出轴11接触。定子15固定到底板 25上，从而其中心轴与超声波马达10的旋转轴X同轴。 接合板12、弹簧13和转子14设置为盘形。每个盘具有与各自单独的盘形形状的 中心轴同轴的圆柱形孔，且它们的中心轴也与旋转轴X同轴。接合板12和弹簧13都固定 在与其各自的圆柱形孔接合的输出轴11上。转子14的圆柱形孔在输出轴11外自由定位， 并可以朝向旋转轴X以及远离旋转轴X在径向方向上自由移动。在下文中，对于旋转轴X， 从底板25指向接合板12的方向被称为正向。 转子14和弹簧13沿旋转轴X具有弹性。通过施加一定的压力，接合板12将转子 14和弹簧13挤压在定子15上。弹簧13保持将转子14挤压在定子15上的不变的压力。
定子15包括弹性部件16、接地电极板18、压电体19、和施加电极板(applying electrode plate) 20。压电体19沿旋转轴X设置在施加电极板20和接地电极板18之间。 弹性部件16安装在接地电极板18的前(上)侧上。接地电极板18的后(下)侧与压电 体19接触。 弹性部件16沿其圆周被等间隔地分为24个分离的齿。每个齿可以在平行于旋转 轴X的方向上独立振动。齿顶与转子14接触。 压电体19被分为A区和B区。当电极施加到压电体19上时，A区和B区沿着旋 转轴X分别以相反的方向凸出。即在A区沿着旋转轴X在正向中凸出的情况下，B区沿着 旋转轴X在负向中凸出。类似地，在A区沿着旋转轴X在负向中凸出的情况下，B区沿着旋 转轴X在正向中凸出。A区和B区在圆周方向上以交替的方式设置。 施加电极板20和接地电极板18通过相位转换器21连接到交流电源(AC电源)22。 设置在超声波马达10外部的外部检测器24检测转数并将其传送到输入控制电路23。输入 控制电路23根据转数控制AC电源22的电压和频率。AC电源22对接地电极板18和施加 电极板20施加频率为60kHz的400V电压。 当向施加电极板20施加交流电压时，A区和B区根据施加的交流电压而振动。弹 性部件沿旋转轴X的方向上下振动，并产生沿其圆周传播的起伏波形。弹性部件16中产生 的波被称为行波(travellingwave)。被弹簧13压靠在弹性部件16上的转子14随着振动的弹性部件16旋转。转子14将旋转力从输出轴11传递到超声波马达10的外部。 下面参考图3描述施加电极板20的A电极和B电极的调节。图3显示了从压电
体19的视点观察的施加电极板20。 在所有实施例中，压电体19的A区和B区被调节为面对施加电极板20上的相应的A电极和B电极，因此省略了关于A区和B区的调节的描述。图中，A电极和B电极上的"+ "号和"-"号是用于描述的目的，而不表示施加到电极上的电荷的极性。
施加电极板20包括第一至第五A电极31p至35p，以及第一至第五B电极31m至35m。 第一至第三A电极31p_33p以及第一和第二 B电极31m和32m形成第一振动部件310。第四和第五A电极34p和35p以及第三至第五B电极33m_35m形成第二振动部件320。 在每个电极之间设置绝缘体，以避免短路。在下文中，根据绝缘体的中心线描述每个电极的尺寸。 从接合板12的视点观察，第一A电极31p、第一B电极31m、第二A电极32p、和第二B电极32m在施加电极板20上沿顺时针方向以所述顺序排列。由电极端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽(angular width)，即第一A电极31p在圆周方向上的角长是33. 75° 。类似地，第一B电极31m、第二A电极32p、第二B电极32m中的每一个的角宽是45。。第一B电极31m、第二 A电极32p、第二 B电极32m的角宽是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。 类似地，第五B电极35m被调节为在逆时针方向上紧邻第一A电极31p。第五A电极35p、第四B电极34m和第四A电极34p沿逆时针方向以所述顺序排列，其中第五A电极35p在逆时针方向上与第五B电极35m相邻。第五B电极35m在圆周方向上的角宽是33.75° 。第五A电极35p、第四B电极34m和第四A电极34p中的每一个的角宽是45。。第五A电极35p、第四B电极34m和第四A电极34p的角宽是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。 第三A电极33p设置在第四A电极34p和第二 B电极32m之间。第三A电极33p在圆周方向上的角宽是33.75。。第四A电极34p的一部分与第三A电极33p的一部分在径向方向上在施加电极板20上重叠。该重叠形成的中心角是11.25。。
第三B电极33m设置在第四A电极34p和第二 B电极32m之间。第三B电极33m在圆周方向上的角宽是33.75。。第二B电极32m的一部分与第三B电极33m的一部分在径向方向上在施加电极板20上重叠。该重叠形成的中心角是11.25。。
第三A电极33p的一部分与第三B电极33m的一部分在径向方向上在施加电极板20上重叠。该重叠形成的中心角是22.5。。该重叠角度对应于弹性部件16产生的超声波振动的波长的四分之一。第三A电极33p位于第三B电极33m的内侧上，并且更靠近旋转轴X。将第三A电极33p与第三B电极33m在径向分离的分界线的位置使第三A电极33p的面积与第三B电极33m的面积相同，即分界线更接近于施加电极板20的外边缘，而不是更接近施加电极板20的内边缘。 假设施加电极板沿着圆周方向被等分为八个区域，四个A电极和四个B电极在被分割的区域上交替排列。每个电极的角宽是45。。当对A电极和B电极施加交流电压时，A区和B区振动。施加到A电极的交流电压的相位相对于施加到B电极的交流电压的相位偏 移。弹性部件沿旋转轴X的方向上下振动，并产生不沿其圆周传播的起伏波形。弹性部件 中产生的波被称为驻波(stationary wave)。在这种情况下，转子不随振动弹性部件旋转。 施加交流电压的A电极使弹性部件振动，从而振动弹性部件在驻波中具有四个波长。类似 地，B电极使弹性部件振动。由A电极和B电极形成的波组合而成的复合波是驻波。驻波 的波长对应于将一个A电极和一个B电极的圆周长度(circumferentiallengths)相加计 算得到的长度。即在施加电极板上提供四个波长。 当用驻波的波长来描述第一至第五A电极31p-35p和第一至第五B电极31m_35m 的角宽时，第一 B电极31m、第二 A电极32p、第二 B电极32m的角宽是驻波波长的一半。第 五A电极35p、第四B电极34m、第四A电极34p的角宽是驻波波长的一半。第三A电极33p 和第三B电极33m之间的重叠角度对应于驻波波长的四分之一。 由A电极引起的弹性部件16的振动与由B电极引起的弹性部件16的振动异相。 此外，第三A电极33p和第三B电极33m重叠。这种相位偏移和重叠在弹性部件16上产生 行波。驻波的波长基本上等于行波的波长。 由A电极引起的弹性部件16的振动与由B电极引起的弹性部件16的振动异相。 此外，第三A电极33p和第三B电极33m重叠。这种相位偏移和重叠在弹性部件16上产生 行波。驻波的波长基本上等于行波的波长。 下面参考图4描述设置在超声波马达中的比较施加电极板100。图4显示了从压 电体的视点观察的施加电极板100。在本发明中，相似的结构用相似的附图标记表示，且省 略对相似结构的描述。 施加电极板IOO包括第一至第四A电极101p-104p、第一至第四B电极101m-104m， 以及反馈电极105。在每个电极之间设置绝缘体以避免短路。 从接合板12的视点观察，第一A电极101p、第一B电极101m、第二A电极102p、和 第二B电极102m在施加电极板IOO上以顺时针方向以所述顺序排列。由电极端点在旋转 轴X形成的中心角表述的角宽，即第一A电极101p在圆周方向上的角长是33.75。。类似 地，第一B电极101m、第二A电极102p、第二B电极102m中的每一个的角宽是45。。
类似地，第四B电极104m被调节为在逆时针方向上紧邻第一 A电极101p。第四A 电极104p、第三B电极103m和第三A电极103p沿逆时针方向以所述顺序排列，其中第四A 电极104p在逆时针方向上与第四B电极104m相邻。第四B电极104m在圆周方向上的角 宽是33.75° 。第四A电极104p、第三B电极103m和第三A电极103p中的每一个的角宽 是45° 。 反馈电极105设置在第三A电极103p和第二 B电极102m之间。反馈电极105在 圆周方向上的角宽是22.5。。 A电极和B电极中的每一个均通过相位转换器21连接到AC电源22。反馈电极 105检测压电体19的转数，并将其传送到输入控制电路23。比较超声波马达不具有外部检 测器24。输入控制电路23根据反馈电极105传送的压电体的振动数控制AC电源22的电 压和频率。所施加的AC电压是400V，频率是60kHz 。 下面参考图5描述根据第一实施例的超声波马达10的计算模拟结果。图5所示 曲线图显示根据第一实施例和比较例的弹性部件16的每个齿的振幅的计算结果。
根据位于每个齿的顶部的计算点计算振幅。 一共有12个齿，每个齿的顶部与转子14接触。以一个齿的间隔设置这12个计算点。 比较例的振幅的标准偏差(standard deviation)是2. 88e_7米；另一方面，本发明的振幅的标准偏差是1. 29e_7米。比较例中齿的振幅之间的变化更大，从而阻碍超声波马达10产生稳定的旋转功率。但是，第三实施例中，每个齿的振幅之间具有相对较小的变化；因此，超声波马达IO可以产生具有相对更高稳定性的旋转功率。 比较例的振幅的平均值是2.74e-6米；另一方面，本发明的振幅的平均值是3. 02e_6米。第三实施例比比较例产生相对更大的振幅。 第一实施例可以消除反射波的影响，并提供有效旋转的超声波马达10。 注意将第三A电极33p与第三B电极33m分离的分界线可以是径向方向上施加电
极板20的中心线。 下面参考图6描述超声波马达10的第二实施例。图6显示从压电体19观察的施加电极板20。与第一实施例类似的结构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。
施加电极板20包括第二i^一至第二十五A电极41p-45p，以及第二i^一至第二十五B电极41m-45m。 第二^^一至第二十三A电极41p-43p以及第二i^一和第二十二 B电极41m和42m形成第一振动部件410。第二十四和第二十五A电极44p和45p以及第二十三至第二十五B电极43m-45m形成第二振动部件420。 从接合板12的视点观察，第二i^一 A电极41p、第二i^一 B电极41m、第二十二A电极42p、和第二十二 B电极42m在施加电极板20上沿顺时针方向以所述顺序排列。由电极端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽，即第二十一 A电极41p在圆周方向上的角长是33.75° 。类似地，第二i^一 B电极41m、第二十二A电极42p、第二十二B电极42m中的角宽是45° 。第二十一B电极41m、第二十二A电极42p、第二十二B电极42m的角宽是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，第二十一B电极41m、第二十二A电极42p、第二十二B电极42m的角宽是驻波波长的一半，如前所述。 类似地，第二十五B电极45m被调节为在逆时针方向上紧邻第二十一A电极41p。第二十五A电极45p、第二十四B电极44m和第二十四A电极44p沿逆时针方向以所述顺序紧邻第二十五B电极45m，其中第二十五A电极45p与第二十五B电极45m相邻。第二十五B电极45m在圆周方向上的角宽是33. 75° 。第二十五A电极45p、第二十四B电极44m和第二十四A电极44p中的每一个的角宽是45。。第二十五A电极45p、第二十四B电极44m和第二十四A电极44p的角宽是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，第二十五A电极45p、第二十四B电极44m、第二十四A电极44p的角宽是驻波波长的一半。
第二十三A电极43p设置在第二十四A电极44p和第二十二 B电极42m之间。第二十三A电极43p在圆周方向上的角宽是45。。第二十四A电极44p的一部分与第二十三A电极43p的一部分在施加电极板20上在径向方向上重叠。该重叠形成的中心角是22.5。。
第二十三B电极43m设置在第二十四A电极44p和第二十二 B电极42m之间。第二十三B电极43m在圆周方向上的角宽是45。。第二十二B电极42m的一部分与第二十三B电极43m的一部分在施加电极板20上在径向方向上重叠。该重叠形成的中心角是22.5。。
第二十三A电极43p的一部分与第二十三B电极43m的一部分在施加电极板20上在径向方向上重叠。该重叠形成的中心角是22.5。。重叠角度对应于弹性部件16产生 的超声波振动的波长的四分之一。换言之，第二十三A电极43p和第二十三B电极43m之 间的重叠角度对应于驻波波长的四分之一 。 第二十三A电极43p位于第二十三B电极43m的内侧上，并相对更靠近旋转轴 X。将第二十三A电极43p与第二十三B电极43m在径向方向上分离的分界线的位置使第 二十三A电极43p的面积等于第二十三B电极43m的面积，即分界线更接近施加电极板20 的外边缘，而不是更接近施加电极板20的内边缘。 下面参考图7描述根据第二实施例的超声波马达10的计算模拟结果。图7所示 曲线图显示根据前述的第二实施例和比较例的弹性部件16的每个齿的振幅的计算结果。
比较例的振幅的标准偏差是2. 88e-7米；另一方面，本发明的振幅的标准偏差是
1. 11e-7米。比较例中齿的振幅的变化更大，从而阻碍超声波马达10产生稳定的旋转功率。 但是，第三实施例中，每个齿的振幅之间具有相对较小的变化；因此，超声波马达IO可以产 生具有相对更高稳定性的旋转功率。 比较例的振幅的平均值是2.74e-6米；另一方面，本发明的振幅的平均值是
2. 90e-6米。第三实施例比比较例产生相对更大的振幅。 注意将第二十三A电极43p与第二十三B电极43m分离的分界线可以是径向方向 上施加电极板20的中心线。 下面参考图8描述超声波马达10的第三实施例。与第一和第二实施例类似的结 构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。 施加电极板20包括第三i^一至第三十五A电极51p-55p，以及第三i^一至第 三十五B电极51m-55m。 第三i^一至第三十三A电极51p-53p以及第三i^一和第三十二 B电极51m和52m 形成第一振动部件510。 第三十四和第三十五A电极54p和55p以及第三十三至第三十五B电极53m_55m 形成第二振动部件520。 从接合板12的视点观察，第三i^一 A电极51p、第三i^一 B电极51m、第三十二A电 极52p、和第三十二 B电极52m在施加电极板20上以顺时针方向以所述顺序排列。由电极 端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽，即第三十一 A电极51p在圆周方向上的长度是 33.75° 。类似地，第三i^一 B电极51m、第三十二A电极52p、第三十二B电极52m中的每 一个的角宽是45。。第三十一B电极51m、第三十二A电极52p、第三十二B电极52m的角 宽是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，第三十一 B电极51m、第三十二 A电极52p、第三十二 B电极52m的角宽是驻波波长的一半，如前所述。
类似地，第三十五B电极55m被调节为在逆时针方向上紧邻第三十一A电极51p。 从接合板12的视点观察，第三十五A电极55p、第三十四B电极54m和第三十四A电极54p 沿逆时针方向以所述顺序排列在施加电极板20上。第三十五B电极55m在圆周方向上的 角宽是33.75° 。第三十五A电极55p、第三十四B电极54m和第三十四A电极54p的每一 个的角宽是45。。第三十五A电极55p、第三十四B电极54m和第三十四A电极54p的宽 度是弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，第三十五A电极55p、第三十四 B电极54m、第三十四A电极54p的宽度是驻波波长的一半。
第三十三A电极53p和第三十三B电极53m设置在第三十四A电极54p和第三十二B电极52m之间。第三十三A电极53p和第三十三B电极53m在圆周方向上的角宽均是22.5° 。第三十三A电极53p与第三十三B电极53m在施加电极板20上在径向方向上完全重叠。该重叠角度等于第三十三A电极53p和第三十三B电极53m的角长，其在圆周方向上是22.5° 。重叠角度对应于弹性部件16产生的超声波振动的波长的四分之一。换言之，第三十三A电极53p和第三十三B电极53m之间的重叠角度对应于驻波波长的四分之 第三十三A电极53p位于第三十三B电极53m的内侧上，并相对更靠近旋转轴X。将第三十三A电极53p与第三十三B电极53m在径向方向上分离的分界线的位置使第三十三A电极53p的面积等于第三十三B电极53m的面积，即分界线相对于中心线更接近施加电极板20的外侧。 下面参考图9描述根据第一实施例的超声波马达10的计算模拟结果。图9所示曲线图显示根据前述的第三实施例和比较例的弹性部件16的每个齿的振幅的计算结果。
比较例的振幅的标准偏差是2. 88e_7米；另一方面，本发明的振幅的标准偏差是
1. 66e-7米。比较例中齿的振幅的变化更大，从而阻碍超声波马达IO产生稳定的旋转功率。但是，第三实施例中，每个齿的振幅之间具有相对较小的差异；因此，超声波马达10可以产生具有相对更高稳定性的旋转功率。 比较例的振幅的平均值是2.74e-6米；另一方面，本发明的振幅的平均值是
2. 99e_6米。第三实施例比比较例产生相对更大的振幅。 注意将第三十三A电极53p与第三十三B电极53m分离的分界线可以是径向方向上施加电极板20的中心线。 下面参考图10描述超声波马达10的第四实施例。与第一至第三实施例类似的结构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。 施加电极板20包括第四i^一至第四十八A电极41p-48p，以及第四i^一至第四十八B电极61m-68m。 第四^^一、第四十二、第四十五和第四十六A电极61p、62p、65p和66p以及第四i^一、第四十二、第四十五和第四十六B电极61m、62m、65m和66m形成第一振动部件610。
第四十三、第四十四、第四十七和第四十八A电极63p、64p、67p和68p以及第四十三、第四十四、第四十七和第四十八B电极63m、64m、67m和68m形成第二振动部件620。
第四^^一至第四十四A电极6lp-64p和第四i^一至第四十四B电极6lm_64m设置在施加电极板20的外侧上，且距离旋转轴X相对较远。第四十五至第四十八A电极65p-68p和第四十五至第四十八B电极65m-68m设置在内侧上，且距离旋转轴X相对较近。由电极端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽，即每个电极在圆周方向上的长度是45。。其角宽对应于弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，第四十一至第四十四A电极61p-64p、第四i^一至第四十四B电极61m-64m、第四十五至第四十八A电极65p-68p和第四十五至第四十八B电极65m-68m的角宽是45。，即驻波波长的一半，如前所述。
从接合板12的视点观察，第四i^一 A电极61p、第四i^一 B电极61m、第四十二A电极62p、第四十二 B电极62m、第四十三A电极63p、第四十三B电极63m、第四十四A电极64p、第四十四B电极64m以顺时针方向排列在施加电极板20的外侧上。
从接合板12的视点观察，第四十五A电极65p、第四十五B电极65m、第四十六A
电极66p、第四十六B电极66m、第四十七A电极67p、第四十七B电极67m、第四十八A电极
68p、第四十八B电极68m以顺时针方向排列在施加电极板20的内侧上。 从旋转轴X的视点观察，第四十五A电极65p沿径向方向位于第四十四B电极64m
和第四十一A电极61p的内侦U，并且与二者中的每一个以22.5。的圆周角重叠。分离外电
极的径向中心线从分离内电极的径向中心线偏移22. 5° 。偏移角度对应于驻波波长的四分之一。 外电极和内电极之间的圆周分界线的位置使每个外电极的面积等于每个内电极
的面积，即沿径向方向，分界线更接近施加电极板20的外边缘而不是内边缘。 下面参考图11描述根据第一实施例的超声波马达10的计算模拟结果。图11所示
曲线图显示根据前述的第四实施例和比较例的弹性部件16的每个齿的振幅的计算结果。 比较例的振幅的标准偏差是2. 88e-7米；另一方面，本发明的振幅的标准偏差是
1. 11e-6米。比较例的振幅的平均值是2. 74e-6米；另一方面，本发明的振幅的平均值是
2. 81e-6米。第三实施例比比较例产生更大的振幅。 下面参考图12描述超声波马达10的第五实施例。与第一至第四实施例类似的结 构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。 施加电极板20包括第五i^一至第五十五A电极701p-705p、第五十六至第六十 A电极711p-712p、第五i^一至第四十四B电极701m-704m和第五十五至第四十八B电极 711m-714m。 第五^^一和第五十二 A电极701p和702p、第五i^一和第五十二 B电极701m和 702m、第五十六、第五十七和第六十A电极711p、712p和715p、第五十五和第五十六B电极 711m和712m形成第一振动部件720。 第五十三至第五十五A电极703p-705p、第五十三和第五十四B电极703m和704m、 第五十八和第五十九A电极713p和714p、第五十七和第五十八B电极713m和714m形成第 二振动部件730。 第五^^一至第五十五A电极701p-705p和第五i^一至第五十四B电极701m-704m 形成外电极，并设置在施加电极板20的最外侧上。第五十六至第六十A电极711p-715p和 第五十五至第四十八B电极711m-714m形成内电极，并设置在施加电极板20的最内侧上。
从接合板12的视点观察，第五i^一 A电极701p、第五i^一 B电极701m、第五十二 A电极702p、第五十二 B电极702m、第五十三A电极703p、第五十四A电极704p、第五十三 B电极703m、第五十五A电极705p、和第五十四B电极704m在顺时针方向上以所述顺序沿 着施加电极板20的外侧排列。 从接合板12的视点观察，第五十六A电极711p、第五十五B电极711m、第五十七 A电极712p、第五十六B电极712m、第五十八A电极713p、第五十七B电极713m、第五十九 A电极714p、第五十八B电极714m、和第六十A电极715p在顺时针方向上以所述顺序沿着 施加电极板20的内侧排列。 由每个电极的端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽，即第五十一A电极701p、 第五十三A电极703p、第五十八A电极713p、和第六十A电极715p在圆周方向上的长度是 22.5° 。该角宽对应于由弹性部件16产生的超声波振动的波长的四分之一。换言之，第五i^一 A电极701p、第五十三A电极703p、第五十八A电极713p、和第六十A电极715p的 角宽是驻波波长的四分之一，如前所述。其他每个A电极和B电极的角宽是45。。该角宽 对应于由弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，其他每个A电极和B电极 的角宽是驻波波长的一半。 在径向方向从旋转轴X的视点观察，第五i^一A电极701p与第五十六A电极711p
重叠，第五十三A电极703p与第五十六B电极712m重叠，第五十八A电极713p与第五十四
A电极704p重叠，并且第六十A电极715p与第五十四B电极704m重叠。仍然从旋转轴X的视点观察，外电极的A电极和B电极与内电极的A电极和B电
极在圆周方向上重叠22.5。。外电极之间的径向中心线从内电极之间的径向中心线偏移
22. 5° 。偏移角度对应于驻波波长的四分之一。注意，在径向方向上，第五十六A电极711p
和第六十A电极715p之间的径向中心线对应于第五i^一 A电极701p和第五十四B电极
704m之间的分界线。类似地，在径向方向上，第五十六B电极712m和第五十八A电极713p
之间的径向中心线对应于第五十三A电极703p和第五十四A电极704p之间的径向中心线。 分离外电极与内电极的分界线在径向方向上将施加电极板20 二等分。 下面参考图13描述超声波马达10的第六实施例。与第一至第五实施例类似的结
构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。 施加电极板20包括第六i^一至第六十五A电极801p-805p、第六十六至第七十 A电极811p-815p、第六i^一至第六十四B电极801m-804m和第六十五至第六十八B电极 811m-814m。 第六^^一和第六十二 A电极801p和802p，第六i^一和第六十二 B电极801m和 802m，第六十六、第六十七和第七十A电极811p、812p和815p，以及第六十五和第六十六B 电极811m和812m形成第一振动部件820。 第六十三、第六十四和第六十五A电极803p、804p和805p，第六十三和第六十四B 电极803m和804m，第六十八和第六十九A电极813p和814p，以及第六十七和第六十八B 电极813m和814m形成第二振动部件830。 第六i^一至第六十五A电极801p-805p和第六i^一至第六十四B电极801m-804m 形成设置在施加电极板20的最外侧上的外电极。第六十六至第七十A电极811p-815p和 第六十五至第六十八B电极811m-814m形成设置在施加电极板20的最内侧上的内电极。
从接合板12的视点观察，第六i^一 A电极801p、第六i^一 B电极801m、第六十二 A电极802p、第六十二 B电极802m、第六十三A电极803p、第六十四A电极804p、第六十三 B电极803m、第六十五A电极805p和第六十四B电极804m沿顺时针方向以所述的顺序排 列在施加电极板20上。 从接合板12的视点观察，第六十六A电极811p、第六十五B电极811m、第六十七 A电极812p、第六十六B电极812m、第六十八A电极813p、第六十七B电极813m、第六十九 A电极814p、第六十八B电极814m、和第七十A电极815p沿顺时针方向以所述的顺序排列 在施加电极板20上。 由每个电极的端点在旋转轴X形成的中心角表述的角宽，即第六十一A电极801p、 第六十三A电极803p、第六十八A电极813p、和第七十A电极815p在圆周方向上的长度均 是22.5° 。该角宽对应于由弹性部件16产生的超声波振动的波长的四分之一。换言之，第
12六i^一 A电极801p、第六十三A电极803p、第六十八A电极813p、和第七十A电极815p的 角宽均是驻波波长的四分之一。其他每个A电极和B电极的角宽是45。。该角宽对应于由 弹性部件16产生的超声波振动的波长的一半。换言之，其他每个A电极和B电极的角宽是 驻波波长的一半。 在径向方向从旋转轴X的视点观察，第六i^一 A电极80lp与第六十六A电极Slip 重叠，第六十三A电极803p与第六十六B电极812m重叠，第六十八A电极813p与第六十四 A电极804p重叠，并且第七十A电极815p与第六十四B电极804m重叠。
在径向方向从旋转轴X的视点观察，外电极的A电极和B电极与内电极的A电极 和B电极以中心角22.5°重叠。外电极之间的径向分界线在圆周方向上从内电极之间的 径向分界线偏移22.5。。偏移角度对应于驻波波长的四分之一。注意，在径向方向上，第 六十六A电极811p和第七十A电极815p之间的径向分界线对应于第六i^一A电极801p和 第六十四B电极804m之间的径向分界线。在径向方向上，第六十六B电极812m和第六十八 A电极813p之间的径向分界线对应于第六十三A电极803p和第六十四A电极804p之间的 径向分界线。 外电极和内电极之间的分界线更靠近施加电极板20的外边缘而不是内边缘，从 而每个内电极和外电极的面积相等，即在径向方向，分界线是在径向方向上将施加电极板 20 二等分的中心线。 下面参考图14描述超声波马达10的第七实施例。与第一至第六实施例类似的结 构以相似的附图标记表示，并省略对该结构的描述。 施加电极板20包括第七i^一至第七十四A电极901p-904p、第七十五至第 七十八A电极911p-914p、第七十九至第八十二A电极921p-924p、第七i^一至第七十四 B电极901m-904m、第七十五至第七十八B电极911m-914m、第七十九至第八十二 B电极 921m-924m。 第七^^一、第七十二、第七十六、第七十七、第七十九和第八十A电极901p、902p、 912p、913p、921p和922p，以及第七i^一、第七十二、第七十五、第七十六、第七十九、第八十 B电极901m、902m、911m、912m、921m和922m形成第一振动部件930。 第七十三、第七十四、第七十五、第七十八、第八十一和第八十二A电极903p、 904p、911p、914p、923p和924p，以及第七十三、第七十四、第七十七、第七十八、第八i^一和 第八十二 B电极903m、904m、913m、914m、923m和924m形成第二振动部件940。
第七^^一至第七十四A电极901p-904p和第七i^一至第七十四B电极901m-904m 形成外电极，并设置在施加电极板20的最外侧上。第七十九至第八十二A电极921p-924p 和第七十九至第八十二 B电极921m-924m形成内电极，并设置在施加电极板20的最内侧 上。第七十五至第七十八A电极911p-914p以及第七十五至第七十八B电极911m-914m形 成中间电极，并设置在外电极和内电极之间。由每个电极的端点在旋转轴X的中心形成的 中心角表述的角宽，即每个电极在圆周方向上的长度是45。。该角宽对应于由弹性部件16 产生的超声波振动的波长的一半。换言之，每个A电极和B电极的角宽是驻波波长的一半， 如前所述。 从接合板12的视点观察，第七i^一 B电极901m、第七i^一 A电极901p、第七十二 B电极902m、第七十二 A电极902p、第七十三B电极903m、第七十三A电极903p、第七十四B电极904m、和第七十四A电极904p沿顺时针方向以所述顺序排列在施加电极板20上。
仍然从接合板12的视点观察，第七十九B电极921m、第七十九A电极921p、第八十 B电极922m、第八十A电极922p、第八i^一 B电极923m、第八i^一 A电极923p、第八十二 B 电极924m、和第八十二 A电极924p沿顺时针方向以所述顺序排列在施加电极板20上。
从接合板12的视点观察，相对于中间电极，第七十五A电极91 lp、第七十五B电极 911m、第七十六A电极912p、第七十六B电极912m、第七十七A电极913p、第七十七B电极 913m、第七十八A电极914p和第七十八B电极914m沿顺时针方向以所述顺序排列在施加 板20上。 在径向方向上从旋转轴X的视点观察，在圆周方向上分离外电极的单个电极的径 向分界线对应于在圆周方向上分离内电极的单个电极的径向分界线。 在径向方向上从旋转轴X的视点观察，第七十五A电极911p与第七i^一 B电极 901m和第七十四A电极904p两者分别以22.5。的中心角重叠。设置在外部的电极之间的 径向分界线从设置在中间的电极之间的径向分界线偏移22. 5° 。该偏移角度对应于驻波波 长的四分之一。 仍然在径向方向上从旋转轴X的视点观察，第七十五A电极911p与第七十九B电 极921m和第八十二A电极924p两者分别以22.5。的中心角重叠。设置在内部的电极之间 的径向分界线从设置在施加电极板20中间的电极之间的径向分界线偏移22.5。。该偏移 角度对应于驻波波长的四分之一。 在径向方向上从旋转轴X的视点观察，第七十七A电极913p与第七十三B电极 903m和第七十七A电极913p两者分别以22.5。的中心角重叠。设置在外部的电极之间的 径向分界线从设置在中间的电极之间的径向分界线偏移22. 5° 。该偏移角度对应于驻波波 长的四分之一。 仍然在径向方向上从旋转轴X的视点观察，第七十七A电极913p与第八i^一 B电 极923m和第八十A电极922p两者分别以22.5。的中心角重叠。设置在内部的电极之间的 径向分界线从设置在施加电极板20中间的电极之间的径向分界线偏移22.5。。该偏移角 度对应于驻波波长的四分之一。 使外电极、中间电极和内电极彼此分离的圆周分界线的位置相对更接近施加电极 板20的外边缘而不是内边缘，从而外电极、中间电极和内电极的面积均相等，即两个圆周 分界线在径向方向上将施加电极板20三等分。 在省略反馈电极105且A电极和B电极设置在空闲空间中的情况下，由于可能产 生反射波，因此不能在转子14中产生旋转力。但是，在任意实施例中，每个计算模拟结果显 示可以在转子14中产生旋转力，且避免由反射波引起的干涉。 注意，在任意实施例中，齿的数量不限于二十四。根据超声波马达10的所需性能 可以采用任意数量的齿。 可以在施加电极板上不提供四个波长。波长的数量可以是大于或等于2的整数。 在这种情况下，根据波长的数量调节A电极和B电极的角宽。
所施加的AC电压和频率不限于400V和60kHz 。 虽然参考附图描述了本发明的实施例，但显然本领域技术人员可以进行多种修改 和改变，其不超出本发明的范围。
权利要求
一种超声波马达，包括以给定波长振动的第一振动部件；以及独立于所述第一振动部件设置的以所述给定波长振动的第二振动部件；由所述第一振动部件和所述第二振动部件形成的环形件，在所述环形件的径向方向上，所述第一振动部件的一部分与所述第二振动部件的一部分重叠所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的四分之一。
2. 根据权利要求1所述的超声波马达，其中所述第一振动部件和所述第二振动部件具有正振动零件和负振动零件，且所述正振动零件和所述负振动零件的长度是所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的一半，以及所述正振动零件和所述负振动零件以交替的方式设置在环形件的圆周方向中。
3. 根据权利要求2所述的超声波马达，其中所述第一振动部件和所述第二振动部件具有正振动零件和负振动零件，且所述正振动零件和所述负振动零件的长度是所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的八分之三。
4. 根据权利要求2所述的超声波马达，其中在所述环形件的径向方向上，所述第一振动部件的正振动零件与所述第二振动部件的负振动零件重叠所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的四分之一。
5. 根据权利要求4所述的超声波马达，其中重叠的正振动零件的面积基本上等于重叠的负振动零件的面积。
6. 根据权利要求1所述的超声波马达，其中所述第一振动部件在径向方向上的宽度基本上等于所述第二振动部件在径向方向上的宽度。
7. 根据权利要求2所述的超声波马达，其中所述正振动零件和所述负振动零件以两层被设置在所述环形件的径向方向上。
8. 根据权利要求2所述的超声波马达，其中所述正振动零件和所述负振动零件以三层被设置在所述环形件的径向方向上。
9. 一种超声波马达，包括产生行波的弹性部件；被所述行波旋转的转子；以给定波长振动所述弹性部件的第一振动部件；以及独立于所述第一振动部件设置的以所述给定波长振动所述弹性部件的第二振动部件；由所述第一振动部件和所述第二振动部件形成的环形件，在所述环形件的径向方向上，所述第一振动部件的一部分与所述第二振动部件的一部分重叠所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的四分之一，以及通过所述第一振动部件和所述第二振动部件的振动的组合产生行波。
10. 根据权利要求9所述的超声波马达，其中所述第一振动部件和所述第二振动部件具有正振动零件和负振动零件，且所述正振动零件和所述负振动零件的长度是所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的一半，以及所述正振动零件和所述负振动零件以交替的方式设置在环形件的圆周方向中。
11. 根据权利要求io所述的超声波马达，其中所述第一振动部件和所述第二振动部件具有正振动零件和负振动零件，且所述正振动零件和所述负振动零件的长度是所述环形件 的圆周方向中的所述给定波长的八分之三。
12. 根据权利要求IO所述的超声波马达，其中在所述环形件的径向方向上，所述第一 振动部件的正振动零件与所述第二振动部件的负振动零件重叠所述环形件的圆周方向中 的所述给定波长的四分之一。
13. 根据权利要求12所述的超声波马达，其中重叠的正振动零件的面积基本上等于重 叠的负振动零件的面积。
14. 根据权利要求9所述的超声波马达，其中所述第一振动部件在径向方向上的宽度 基本上等于所述第二振动部件在径向方向上的宽度。
15. 根据权利要求IO所述的超声波马达，其中所述正振动零件和所述负振动零件以两 层被设置在所述环形件的径向方向上。
16. 根据权利要求IO所述的超声波马达，其中所述正振动零件和所述负振动零件以三 层被设置在所述环形件的径向方向上。
全文摘要
本发明涉及一种超声波马达，包括第一振动部件和第二振动部件。第一振动部件以给定波长振动。第二振动部件独立于所述第一振动部件设置并以所述给定波长振动。由第一振动部件和第二振动部件形成环形件。在所述环形件的径向方向上，第一振动部件的一部分与第二振动部件的一部分重叠所述环形件的圆周方向中的所述给定波长的四分之一。
文档编号H02N2/16GK101777854SQ20101000231
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月7日 优先权日2009年1月8日
发明者稻叶刚 申请人:Hoya株式会社