专利名称：面内纵弯复合模态薄型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，特别涉及一种面内纵弯复合模态 薄型直线超声电机。
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)及预压紧机构组成，其中振子通常由压电陶瓷片或 压电陶瓷片与金属弹性体复合而成。专利号为"01127038.1"公开的基于矩形压电陶瓷薄板面内振动的直 线型超声电机，采用一整块压电陶瓷板作振子，将压电陶瓷板沿厚度方向 极化，并分四个区，其中对角的两个区加sincot激励信号，对角的另外两 个区加coscot激励信号，但采用压电陶瓷板做振子的直线超声电机存在压 电陶瓷板容易破裂，装夹困难的缺点。专利号为"200410101574.4"公开的压电陶瓷金属复合板面内振动直 线超声电机，采用由八片激励振动的压电陶瓷片以及金属板构成复合板， 各压电陶瓷片对称粘贴在金属板的两表面上，且沿着振子的厚度方向极 化，但该复合板需要八片激励振动的压电陶瓷片，装配工艺复杂、八片压 电陶瓷片装配精度要求高，增加电机的制造成本。 发明内容本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单，便 于安装，工作可靠的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机。本发明的目的通过以下的技术方案实现本面内纵弯复合模态薄型直 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，动子可移动的安装于滑座上，振子包括矩形的金属弹性板、矩 形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性 板和压电陶瓷片长度方向的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接 触，振子的顶面与预紧机构接触。所述金属弹性板和压电陶瓷片粘贴固定，在金属弹性板和压电陶瓷片 长度方向的侧面的中间位置粘贴固定拨齿。所述振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔。所述通孔为圆形或者矩形。所述动子为直线滑轨。所述预紧机构包括预紧螺钉、挡板、两个弹簧和调整块，振子的顶 面与调整块的底面接触，调整块的顶面有两个柱体，两个弹簧套于两个柱 体，挡板盖于弹簧上端，预紧螺钉安装于机架的上盖板并与挡板接触。所述机架内通过螺柱固定设有振子导向座，振子放置于振子导向座内。所述压电陶瓷片的上、下表面皆涂有供极化和激励用的电极，上表面 的电极沿其矩形的长边中心线分为二个对称的极化区， 一个极化区沿压电 陶瓷片厚度方向正向极化，另外一个极化区沿压电陶瓷片厚度方向反向极 化，下表面的电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板。所述电极为镀银电极。所述一个极化区连接silKDt激励信号线，另外一个极化区连接COS①t激励信号线，下表面连接公共地线。本发明面内纵弯复合模态薄型直线超声电机的工作原理如下 振子的拨齿与动子接触，通过预紧螺钉和弹簧调整预紧力。利用压电陶瓷片的d.u效应，振子在相位差为90度的交变电流作用下分别激励出振子同频或近频、相位差为90度的纵弯复合振动，在拨齿微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过预紧螺钉和弹簧调整拨齿和动子的接触预紧力，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。通过 改变相位实现动子的正反向运动。本发明相对于现有技术具有如下的优点一、 电机设计容易压电陶瓷片极化分区少，设计加工变得容易。通 过改变矩形的压电陶瓷片和矩形的金属弹性板的长宽比，以使面内纵弯振 动的共振频率趋近一致，以便能在同一频率下同时产生纵弯共振；二、 电机结构简单紧凑、薄型、组装方便，由于振子为金属弹性板和 压电陶瓷片固定连接及拨齿，避免现有的单纯压电陶瓷振子脆裂的问题， 工作可靠性增加。直接实现动子的直线运动，使传动系统体积更小、正反 向运动切换灵活、性能一致，可广泛应用于仪器仪表、信息产业、国防及 医学等领域。三、 振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔，以提高拨 齿振动幅度，振动效果更好，电机性能更佳。
图1是本发明的一种面内纵弯复合模态薄型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1的B—B剖视图。 图4是图1的振子的仰视图。
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和图3所示的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，包 括机架1、输出力的动子2、激励超声振动的振子3和施加接触预紧力的 预紧机构，动子2为直线滑轨，机架内固定有滑座ll，动子2可移动的安 装于滑座ll上，振子3包括矩形的金属弹性板30、矩形的压电陶瓷片31 和拨齿32，金属弹性板30和压电陶瓷片31粘贴固定，在金属弹性板30和压电陶瓷片31长度方向的侧面的中间位置粘贴固定拨齿32，拨齿32与 动子2接触，振子3的顶面与预紧机构接触。机架1内通过螺柱8固定设 有振子导向座9，振子3放置于振子导向座9内。预紧机构包括预紧螺钉 4、挡板5、两个弹簧6和调整块7，振子3的顶面与调整块7的底面接 触，调整块7的顶面有两个柱体70，两个弹簧6套于两个柱体70，挡板5 盖于弹簧6上端，预紧螺钉4安装于机架1的上盖板10并与挡板5接触。振子3的金属弹性板30和压电陶瓷片31的中心开有一个圆形通孔33， 以提高拨齿32振动幅度，振动效果更好，电机性能更佳。压电陶瓷片31的上、下表面皆涂有供极化和激励用的镀银电极，上 表面的镀银电极沿其矩形的长边中心线分为二个对称的极化区， 一个极化 区沿压电陶瓷片31厚度方向正向极化，另外一个极化区沿压电陶瓷片31 厚度方向反向极化，下表面的镀银电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板 30。 一个极化区连接sincot激励信号线，另外一个极化区连接cos(ot激励 信号线，下表面连接公共地线。整机安装时，先将动子2安装于机架1上，通过螺柱8将振子导向座 9固定于机架1上，将装配好的振子3沿振子导向座9装入，然后依次装 入调整块7、弹簧6、挡板5和预紧螺钉4，通过预紧螺钉4施加预紧力， 当接线端子接入适当的外激励信号源，即可使振子3正常工作。本发明面内纵弯复合模态薄型直线超声电机的工作原理如下振子3的拨齿32与动子2接触，通过预紧螺钉4和弹簧6调整预紧 力。利用压电陶瓷片31的ck效应，振子3在相位差为90度的交变电流作 用下分别激励出振子3同频或近频、相位差为90度的纵弯复合振动，在 拨齿32微观质点处形成椭圆运动的轨迹，通过预紧螺钉4和弹簧6调整 拨齿31和动子2的接触预紧力，进而使动子2在接触预紧力作用下，依 靠摩擦传动产生所需的直线运动。通过改变相位实现动子2的正反向运动。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. 面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，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，动子可移动的安装于滑座上，振子包括矩形的金属弹性板、矩形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性板和压电陶瓷片长度方向的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接触，振子的顶面与预紧机构接触。
2、 根据权利要求1所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述金属弹性板和压电陶瓷片粘贴固定，在金属弹性板和压电 陶瓷片长度方向的侧面的中间位置粘贴固定拨齿。
3、 根据权利要求1所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述振子的金属弹性板和压电陶瓷片的中心开有一个通孔。
4、 根据权利要求3所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述通孔为圆形或者矩形。
5、 根据权利要求1所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述动子为直线滑轨。
6、 根据权利要求1所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述预紧机构包括预紧螺钉、挡板、两个弹簧和调整块，振 子的顶面与调整块的底面接触，调整块的顶面有两个柱体，两个弹簧套于 两个柱体，挡板盖于弹簧上端，预紧螺钉安装于机架的上盖板并与挡板接 触。
7、 根据权利要求1所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其特征在于所述机架内通过螺柱固定设有振子导向座，振子放置于振子导 向座内。
8、 根据权利要求2所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其特征在于所述压电陶瓷片的上、下表面皆涂有供极化和激励用的电极，上表面的电极沿其矩形的长边中心线分为二个对称的极化区， 一个极化区 沿压电陶瓷片厚度方向正向极化，另外一个极化区沿压电陶瓷片厚度方向 反向极化，下表面的电极不分区，下表面粘贴于金属弹性板。
9、 根据权利要求8所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述电极为镀银电极。
10、 根据权利要求8所述的面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，其 特征在于所述一个极化区连接sincot激励信号线，另外一个极化区连接 coscot激励信号线，下表面连接公共地线。
全文摘要
本发明公开了一种面内纵弯复合模态薄型直线超声电机，包括机架、动子、振子和预紧机构，机架内固定有滑座，动子可移动的安装于滑座上，振子包括矩形的金属弹性板、矩形的压电陶瓷片和拨齿，金属弹性板和压电陶瓷片固定连接，在金属弹性板和压电陶瓷片长度方向的侧面的中间位置固定连接拨齿，拨齿与动子接触，振子的顶面与预紧机构接触。本电机设计容易压电陶瓷片极化分区少，设计加工变得容易。通过改变矩形的压电陶瓷片和矩形的金属弹性板的长宽比，以使面内纵弯振动的共振频率趋近一致，以便能在同一频率下同时产生纵弯共振；本电机结构简单紧凑、薄型、组装方便，工作可靠。
文档编号H02N2/04GK101272107SQ20081002787
公开日2008年9月24日 申请日期2008年5月5日 优先权日2008年5月5日
发明者张铁民, 莉 梁, 梁丽英 申请人:华南农业大学