专利名称：一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线电机的制作方法
技术领域：
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本发^属于超声波微电机设计技术领域，特别涉及一端固支的压电复合弯曲梁驱动的 螺纹直线电机结构设计。
背景技术：
2005年9月申请的一项美国专利"超声引导的螺纹电机"(申请号为6,147,435)中公 开了一种直线电机，该电机是由具有内螺纹的圆孔金属方柱all'和粘在外表面的4片压电 片all(bll)作为定子(螺母)，用与定子内螺纹al2(bl2)相啮合的螺杆al3(bl3)作为转 子轴--螺杆构造成的直线电机，如图la、图lb所示。该电机是采用两端自由的一阶弯曲模 态，见图lc。模态共振频率20000赫兹以上。
并延伸出压电管驱动的螺纹直线电机。该发明定子两端是自由边界，该电机是采用两 端自由的一阶弯曲模态，见图lc。模态共振频率20000赫兹以上。
该电机共振频率高，装配工艺复杂。
本申请人已获得多项弯曲振动超声波微电机的中国专利，这些专利名称和专利号如
下
基于压电柱的弯曲振动超声波微电机(ZL 01109049.9)、带导电轴的压电柱的超声微 电机(ZL 02100687.3)、 金属方柱和压电陶瓷片复合超声微电机(ZL200410091132. 6 )、 压电方柱弯曲振动超声机(ZL200410091130.7)空心金属方柱和压电陶瓷片复合超声微电 机(ZL200410101575.9)、开槽金属方柱压电片复合超声微电机(ZL20051006330.x)。
以上这些专利没有螺纹机构。不能形成直线运动。
发明内容
本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提出一种一端固支的压电复合弯曲梁 驱动的螺纹直线电机，这种结构使用一阶或二阶弯曲模态，其共振频率降低，且固定方式 简单，可节省阵列布置的空间。而且制作方法简单，工作可靠，并可降低成本。
本发明提出的一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于， 该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺管 组成的超声电机的定子，该定子产生一阶或二阶弯曲振动模态；插入该螺管内与螺管内螺 纹配合的螺杆或螺管转子，设置在该螺杆或螺管转子下端面与压电驱动器上端面之间的预 压力机构，所述压电驱动器下端面固支。
本发明提出的另一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在 于，该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺杆组成的超声电^L的定子，该定子产生一阶或二阶弯曲振动模态；套入该螺杆上与螺杆外 螺纹结合的螺管转子，该螺管转子上端面设置有盖板；设置在该螺管转子的盖板内与螺杆 上端面之间的预压力机构，所述压电驱动器下端面固支。
本发明还提出一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在 于，该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺 杆组成的超声电机的定子，该定子产生一阶或二阶弯曲振动模态；套入该螺杆上与螺杆外 螺纹结合的螺管转子，该螺管转子上端面设置有盖板；设置在该螺管转子的盖板内与螺杆 上端面之间的预压力机构，所述压电驱动器下端面固支。
本发明提出的另一种中部固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在 于，该直线超声电机包括由产生弯曲振动的一个压电驱动器或两个端面相连的两个压电驱 动器及分别固附在该一个压电驱动器两端或两个压电驱动器两端的两个螺杆组成超声电 机的定子，该定子产生二阶弯曲振动模态；分别套入所述两个螺杆上的两个螺管转子，该 螺管转子的螺管内螺纹与螺杆外螺纹配合；设置在每个螺管转子盖板内端面与螺杆自由端 面之间的预压力机构，所述的一个压电驱动器的中部固支，或在两个压电驱动器的连接面 固支。
所述压电驱动器截面可为圆形、方形或多边形状。 所述预压力机构可为弹性元件或磁性元件。 本发明的特点及效果
本发明可将已有的微电机定子的一个端部边界固支或简支，另一端附加一段螺管(或 螺杆)，构造成复合定子，转子与定子通过螺纹啮合，在定子驱动下，转子绕轴旋转，通 过螺纹把旋转运动变成轴向直线运动。预压力用微型弹簧或磁性片施加在定转子之间。这 种结构使用一阶或二阶弯曲模态，其弯曲共振频率降低，且固定方式简单，可节省阵列布 置的空间。而且采用压电柱、压电管或金属压电片复合驱动器的一端固支或简支的螺纹直 线电机的制作方法简单，工作可靠，并可降低成本。
本发明可使用已有的数个弯曲模态超声微电机专利结构进行装配而成。 本装置在微机械，航空航天，微电子，医疗器械，点字机等领域有广阔地应用前景。
图1为已有的一 种直线电机示意其中，图la为超声引导的螺纹电机结构，图lb为压电管螺纹电机结构。图lc 是该电机定子两端自由的一阶弯曲振动模态。
图2为本发明的一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹管直线电机实施例1示意图； 其中，图2a为实施例l结构示意图。图2b是该电机定子一端固支的一阶弯曲振 动模态。图2c是该电机定子一端固支的二阶弯曲振动模态。
图3为本发明的一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺杆直线电机实施例2示意图； 其中，图3a为实施例2结构示意图。图3b是该电机定子一端固支的一阶弯曲振动模态。图3c是该电机定子一端固支的二阶弯曲振动模态。
图4为本发明的中部(AB)固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹管直线电机实施例3 示意其中，图4a为本实施例3结构示意图。图4b该电机定子两端自由的二阶弯曲振
动模态。
图5为本发明的中部(AB)固支的压电复合弯曲梁驱动的螺杆直线电机实施例4示意
其中，图5a为本实施例4绵构示意图。图5b该电机定子两端自由的二阶弯曲振 动模态。 具体实施例方式
本发明提出的一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机结构实施例
及附图详细说明如下 实施例1
本实施例是底端固支的压电驱动螺纹管直线超声电机，其结构如图2a所示，该直线超 声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器21(可由压电柱、压电管或金属压电片复合组成) 及固附在21上端面的螺管22组成的超声电机的定子；插入螺管22内与螺管内螺纹结合 的螺杆转子23,设置在该螺杆转子23下端面与压电驱动器21上端面之间的预压力机构 24，所述压电驱动器21下端面固支。
本实施例利用超声电机定子底端固支的一阶或二阶弯曲振动模态，使配合在螺管上的 螺杆转子23进行旋转驱动，并由螺纹引导螺杆转子23沿轴向直线运动。弹性元件或磁性 元件24对螺杆转子23施加预压力。
图2b示出该电机定子一端固支的一阶弯曲振动模态。图2c示出该电机定子一端固支 的二阶弯曲振动模态。
本实施例的螺杆转子23也可以是中空的螺管以减轻重量。
本实施例的压电驱动器21截面可以是圆形、方形或其他多边形状。
本实施例的预压力机构可以是弹性元件或磁性元件。例如采用两个磁性环分别粘结到 螺管和螺杆端部，或者一个磁性环，另一个是铁磁性环分别粘结到螺管和螺杆端部。
本实施例的运动方向由压电柱、压电管或金属压电片复合驱动器的驱动信号和螺纹旋 向决定。本实施例特别适用于点字机。
实施例2
本实施例是底端固支的压电驱动螺杆直线超声电机，其结构如图3'所示； 该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器31 (可由压电柱、压电管或金属压 电片复合组成)及固附在31上端面的螺杆32组成的超声电机的定子；套入螺杆32上与 螺杆外螺纹结合的螺管转子33，该螺管转子33上端面设置有盖板35;设置在该螺管转子 的盖板35内与螺杆32上端面之间的弹性元件或磁性元件34，所述压电驱动器31下端面固支。
本实施例利用超声电机定子一端固支的一阶或二阶弯曲振动模态，使配合在螺杆上的 螺管转子33进行旋转驱动，并由螺纹引导螺管转子33沿轴向直线运动。
本实施例盖板35可与螺管加工成一体。弹性元件或磁性元件34对螺管转子施加预压力。
图3b示出该电机定子一端固支的一阶弯曲振动模态。图3c示出该电机定子一端固支 的二阶弯曲振动模态。
实施例3 、
本实施例是中部(AB)固支的压电驱动螺纹管直线超声电机，其结构如图4a所示； 该直线超声电机包括由产生弯曲振动的一个压电驱动器或两个端面相连的两个压电驱动 器41及分别固附在压电驱动器41两端或两个压电驱动器两端的两个螺管42组成超声电 机的定子，分别插入两个螺管42内与螺管内螺纹结合的两个螺杆转子43，分别设置在该 两个螺杆转子43下端面与两个压电驱动器41上端面之间的两个弹性元件或磁性元件24， 所述若采用一个压电驱动器41，则在其中部固支，若采用两个压电驱动器41，则在两个 压电驱动器的连接面(AB)固支。
利用超声电机定子中部固支的二阶弯曲振动模态，使配合在螺管上的两个螺杆转子43 进行旋转驱动，并由螺纹引导两个螺杆转子43沿轴向直线运动。两个弹性元件或磁性元 件44对螺杆施加预压力。螺杆转子43也可以是中空的螺管以减轻重量。运动方向由压电 柱、压电管或金属压电片复合驱动器的驱动信号和螺纹旋向决定。
图4b示出该电机定子两端自由的二阶弯曲振动模态。
实施例4
本实施例是中部(AB)固支的压电驱动螺杆直线超声电机，其结构如图5a所示；该 直线超声电机包括由产生弯曲振动的一个压电驱动器或两个端面相连的两个压电驱动器 51及分别固附在压电驱动器51两端或两个压电驱动器两端的两个螺杆52组成超声电机的 定子。带有端盖板55的两个螺管转子53分别套在螺杆上，并与螺杆外螺纹配合，两个弹 性元件或磁性元件54分别设置在该两个螺管转子53端盖板内端面与两个螺杆52自由端 面之间。所述若采用一个压电驱动器51，则在其中部固支.，若采用两个压电驱动器51， 则在两个压电驱动器的连接面(AB)固支。
利用超声电机定子中部固支的二阶弯曲振动模态，使配合在螺杆上的两个螺管转子53 进行旋转驱动，并由螺纹引导两个螺管转子53沿轴向直线运动。两个弹性元件或磁性元 件54对螺管施加预压力。
螺管运动方向由压电柱、压电管或金属压电片复合驱动器的驱动信号和螺纹旋向决定。
图5b该电机定子两端自由的二阶弯曲振动模态。
权利要求
1、一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于，该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺管组成的超声电机的定子，该定子产生一阶或二阶弯曲振动模态；插入该螺管内与螺管内螺纹配合的螺杆或螺管转子，设置在该螺杆或螺管转子下端面与压电驱动器上端面之间的预压力机构，所述压电驱动器下端面固支。
2、 如权利要求1所述的直线超声电机，其特征在于，所述压电驱动器截面为圆形、 方形或多边形状。
3、 如权利要求1所述的直线超声电机，其特征在于，所述预压力机构为弹性元件或 磁性元件。
4、 一种一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于，该直线 超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺杆组成的 超声电机的定子，该定子产生一阶或二阶弯曲振动模态；套入该螺杆上与螺杆外螺纹结合 的螺管转子，该螺管转子上端面设置有盖板；设置在该螺管转子的盖板内与螺杆上端面之 间的预压力机构，所述压电驱动器下端面固支。
5、 如权利要求3所述的直线超声电机，其特征在于，所述压电驱动器截面为圆形、 方形或多边形状。
6、 如权利要求3所述的直线超声电机，其特征在于，所述盖板与螺管一体加工而成。
7、 一种中部固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于，该直线 超声电机包括由产生弯曲振动的一个压电驱动器或两个端面相连的两个压电驱动器及分 别固附在该一个压电驱动器两端或两个压电驱动器两端的两个螺管组成超声电机的定子， 该定子产生二阶弯曲振动模态；分别插入两个螺管内与螺管内螺纹配合的两个螺杆转子， 设置在该每个螺杆转子下端面与压电驱动器上端面之间的预压力机构，所述的一个压电驱 动器的中部固支，或在两个压电驱动器的连接面固支。
8、 一种中部固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于，该直线 超声电机包括由产生弯曲振动的一个压电驱动器或两个端面相连的两个压电驱动器及分 别固附在该一个压电驱动器两端或两个压电驱动器两端的两个螺杆组成超声电机的定子， 该定子产生二阶弯曲振动模态；分别套入所述两个螺杆上的两个螺管转子，该螺管转子的 螺管内螺纹与螺杆外螺纹配合；设置在每个螺管转子盖板内端面与螺杆自由端面之间的预 压力机构，所述的一个压电驱动器的中部固支，或在两个压电驱动器的连接面固支。
全文摘要
本发明涉及一端固支的压电复合弯曲梁驱动的螺纹直线超声电机，其特征在于，该直线超声电机包括由产生弯曲振动的压电驱动器及固附在该压电驱动器上端面的螺管组成的超声电机的定子；插入该螺管内与螺管内螺纹配合的螺杆或螺管转子，设置在该螺杆或螺管转子下端面与压电驱动器上端面之间的预压力机构，所述压电驱动器下端面固支。本发明可使其弯曲共振频率降低，且固定方式简单，可节省阵列布置的空间。而且采用压电柱、压电管或金属压电片复合驱动器的一端固支或简支的螺纹直线电机的制作方法简单，工作可靠，并可降低成本，应用领域广泛。
文档编号H02N2/04GK101505114SQ200910080339
公开日2009年8月12日 申请日期2009年3月19日 优先权日2009年3月19日
发明者傅德永, 周铁英, 逸 束, 宇 陈 申请人:清华大学