专利名称：复合振子直线超声电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用压电效应的电动机，特别涉及一种复合振子直线超声 电机。
技术背景超声电机是利用压电陶瓷逆压电效应和超声振动的微电机。它一般由 振子、动子(或转子)及预紧机构组成，其中振子通常由压电陶瓷或压电 陶瓷与金属弹性体复合而成。目前己有的直线型超声电机中，主要采用纵、弯复合振动模态，纵向 和弯曲振动频率趋于一致，以产生表面质点的椭圆运动轨迹，但普遍存在 设计过程复杂、材料加工困难、装配精度要求高的问题，实际上难以实现 纵向和弯曲振动频率的一致，使直线电机的性能(如驱动力、驱动速度等) 及工作的可靠性大大降低，难以实现工业化应用。专利号为"200510122908.0"的发明公开了一种"直线运动步进式超声电机"，振 子包括两个直角形金属弹性体，每个金属弹性体的两个振动臂的根部分别 贴有压电陶瓷，用于激励振动臂产生纵振；动子为下端面带有均匀分度齿 槽的条形体，利用片弹簧的弹簧力经轴承将动子的下端面压在振子的驱动 头上。由压电陶瓷激发振动臂的纵振，利用相位差90度的正弦信号同时 激励同一个振子的两个振动臂，这两个振动臂纵振的联合作用使驱动头产 生椭圆运动推动动子直线步进运动，构成直线超声电机。但单纯利用直角 形金属弹性体，其驱动头的椭圆运动轨迹较小，不易实现直线超声电机较 大推力和较快的推动速度，电机工作效率不高。 发明内容技术存在的不足，提供了一种结构简单，大 推力大行程，工作效率高的复合振子直线超声电机。本发明的目的通过以下的技术方案实现本复合振子直线超声电机， 其特征在于包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座和集 线器，动子可移动的安装于滑座上，振子为直角等腰三角形的金属弹性体， 直角处设有拨齿，拨齿与动子接触，两直角边部位的前后表面设有四片压 电陶瓷片，振子的底面与预紧机构接触。所述振子的两直角边部位为棱柱体，两直角边的顶部为扁棱锥体，扁 棱锥体与拨齿联为一体。所述动子为前后表面开有导向槽的直线滑轨，导向槽与滑座配合。所述预紧机构包括预紧螺钉和板簧，振子的底面与板簧接触，预紧螺 钉安装于机架的下盖板并与板簧接触。所述两直角边部位的前后表面对称粘贴有四片矩形的压电陶瓷片，压 电陶瓷片的内、外表面皆涂有供极化和激励用的电极，压电陶瓷片沿厚度 方向极化，外表面为极化的起始面，内表面为极化的终止面，内表面粘贴 于直角边部位的表面。所述电极为镀银电极。所述一直角边部位的两片压电陶瓷片的外表面连接silKDt激励信号 线，另一直角边部位的两片压电陶瓷片的外表面连接COSC0t激励信号线， 四个内表面连接公共地线。所述机架的两个侧板设有安装槽，振子放置于两个安装槽内。本发明复合振子直线超声电机的工作原理如下利用压电陶瓷片的d31效应，振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出复合振子两直角边部位的棱柱体的同频、相位差为90度的纵纵复合振动(一棱柱体拉伸，另一棱柱体压縮)，纵纵复合振动在具有 微位移放大的拨齿处产生纵弯复合振动，在拨齿微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过改变预紧螺钉的进给深度引起板簧的弹性变形，调整振子与 动子的接触预紧力，进而使动子在接触预紧力作用下，依靠摩擦传动产生 所需的直线运动。本发明相对于现有技术具有如下的优点一、 设计容易易于同时激发出两个棱柱体同频、同型振动模态，使 得电机结构设计较为容易；二、 大推力、大行程、工作效率高通过两个棱柱体的复合振子加上 具有微位移放大的拨齿与动子表面接触，将两个棱柱体的纵向的复合振子 合成拨齿的纵弯复合振动，纵弯复合振动带动动子的宏观移动，可以获得 较大的驱动力、较长的工作行程、较高的工作速度和较大的断电自锁力；三、 结构简单、便于安装在棱柱体表面对称粘贴矩形压电陶瓷片易 于实现，电机结构简单、电机组装方便、工作可靠，直接实现动子的直线 运动，正反向运动切换灵活、性能一致，可广泛应用于机床进给机构和其 它较大推力或较长行程的直线运动装置。
图1是本发明的一种复合振子直线超声电机的结构示意图。图2是图1的A—A剖视图。 图3是图2的振子的放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1、图2所示的复合振子直线超声电机，包括机架l、动子2、振 子3、预紧螺钉4和板簧5，机架l内固定有滑座6和集线器7，动子2可 移动的安装于滑座6上，动子2为前后表面开有导向槽20的直线滑轨， 导向槽20与滑座6配合。振子3为直角等腰三角形的金属弹性体，直角 处设有拨齿30，拨齿30与动子2接触，两直角边部位的前后表面设有四 片压电陶瓷片8，振子3的底面与板簧5接触，预紧螺钉4安装于机架1的下盖板9并与板簧5接触。机架1的两个侧板设有安装槽10，振子3放置于两个安装槽10内。振子3的两直角边部位为棱柱体，两直角边的顶部为扁棱锥体31，扁棱锥 体31与拨齿30联为一体。两直角边部位的前后表面对称粘贴有四片矩形 的压电陶瓷片8，压电陶瓷片8的内表面80、外表面81 (如图3所示)皆 涂有供极化和激励用的镀银电极，压电陶瓷片8沿厚度方向极化，外表面 81为极化的起始面，内表面80为极化的终止面，内表面80粘贴于直角边 部位的表面。 一直角边部位的两片压电陶瓷片S的外表面81连接sincot激 励信号线82，另一直角边部位的两片压电陶瓷片8的外表面81连接coscot 激励信号线83,四个内表面80连接公共地线84。 本电机的安装过程先将动子2安装于机架1的滑座6上，再将振子3对准机架1的两个 侧板的安装槽IO，拨齿30朝向动子2，沿安装槽10方向装入，再装入板 簧5，盖好机架1的下盖板9，拧上预紧螺钉4加一定接触预紧力，当sincot 激励信号线82和coscot激励信号线83接入适当的外激励信号，即可使振 子3正常工作。上述具体实施方式
为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要 求进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等 效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、复合振子直线超声电机，其特征在于包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座和集线器，动子可移动的安装于滑座上，振子为直角等腰三角形的金属弹性体，直角处设有拨齿，拨齿与动子接触，两直角边部位的前后表面设有四片压电陶瓷片，振子的底面与预紧机构接触。
2、 根据权利要求1所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述振子的两直角边部位为棱柱体，两直角边的顶部为扁棱锥体，扁棱锥体 与拨齿联为一体。
3、 根据权利要求1所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述动子为前后表面开有导向槽的直线滑轨，导向槽与滑座配合。
4、 根据权利要求1所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述预紧机构包括预紧螺钉和板簧，振子的底面与板簧接触，预紧螺钉安装 于机架的下盖板并与板簧接触。
5、 根据权利要求1所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述两直角边部位的前后表面对称粘贴有四片矩形的压电陶瓷片，压电陶瓷 片的内、外表面皆涂有供极化和激励用的电极，压电陶瓷片沿厚度方向极 化，外表面为极化的起始面，内表面为极化的终止面，内表面粘贴于直角 边部位的表面。
6、 根据权利要求5所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述电极为镀银电极。
7、 根据权利要求5所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所述一直角边部位的两片压电陶瓷片的外表面连接sincot激励信号线，另一 直角边部位的两片压电陶瓷片的外表面连接coscot激励信号线，四个内表面连接公共地线。
8、根据权利要求1所述的复合振子直线超声电机，其特征在于所 述机架的两个侧板设有安装槽，振子放置于两个安装槽内。
全文摘要
本发明公开了一种复合振子直线超声电机，包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座和集线器，动子可移动的安装于滑座上，振子为直角等腰三角形的金属弹性体，直角处设有拨齿，拨齿与动子接触，两直角边部位的前后表面设有四片压电陶瓷片，振子的底面与预紧机构接触。本电机设计容易、结构简单、便于安装、大推力、大行程、工作效率高通过两个棱柱体的复合振子加上具有微位移放大的拨齿与动子表面接触，将两个棱柱体的纵向的复合振子合成拨齿的纵弯复合振动，纵弯复合振动带动动子的宏观移动，可以获得较大的驱动力、较长的工作行程、较高的工作速度和较大的断电自锁力。
文档编号H02N2/04GK101262182SQ200810027450
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者张铁民 申请人:华南农业大学