专利名称：行波型直线超声波微电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波微电机，更具体地说，尤其涉及一种行波型直线超声波微 电机。
背景技术：
超声波电机是利用压电材料的逆压电效应，把电能转化为超声波电机定子的振动 能，再通过摩擦转化为运动部件的旋转或者直线运动。它一般主要由定子、转子(动子)及预 压力机构等功能部件组成。与传统电磁电机相比，超声波电机具有许多独特的特点和优点， 比如
(1)结构紧凑，能量密度(转矩/质量)大，电机易于微型化； (2 )低速大力矩，无需齿轮减速机构，可以实现直接驱动；
(3)电机响应速度快，并且能实现断电自锁；
(4)位置和速度控制性好，位移分辨率高；
(5)不产生磁场，亦不受外界磁场干扰，抗电磁干扰能力强；
(6)安静无噪声；
(7)设计灵活，结构形式多样化。直线型超声波电机是超声波电机的一种，薄片型直线超声波电机，由于结构紧凑、 驱动精度高等优点而获得广泛关注和应用。常见的有采用第一阶纵向振动模态和第二阶弯 振模态的复合振动模态作为工作模态的板型电机。由于不同类型的振动模态对外部条件变化的敏感度不同，当温度、预压力、驱动信 号的电压等条件变化时，容易影响到采用不同类型复合振动模态电机的定子的复合振动， 使得电机性能剧烈变化，且不容易调节。为此，采用不同类型复合振动模态的电机对工作条 件要求比较苛刻，经常要求工作在恒温等条件下。微型化也是超声波电机的一个发展趋势。在一些需要中空，以便中间安装组件，同 时又需要电机为薄型结构的场合，如手机、相机镜头中。如何获得稳定的性能，同时能安装 在狭小空间，就成为一个难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构紧凑、占用空间小、工作稳定且精度高的行波型 直线超声波微电机。本发明的技术方案是这样实现的一种行波型直线超声波微电机，包括定子，其中 所述的定子为薄片状环形体，在定子表面设有压电陶瓷环；在定子外边缘分布有驱动机构， 在驱动机构侧边沿定子轴向设有若干导轨，驱动机构与导轨对应且相接触；在定子的其中 一端面上连接有弹性预紧机构。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的弹性预紧机构由弹性环和预紧盘构 成，弹性环设置在预紧盘与定子之间，预紧盘与导轨相接触。
上述的行波型直线超声波微电机中，所述的弹性预紧机构由弹性环和第二定子构 成，第二定子为薄片状环形体，第二定子结构与定子相同，第二定子与导轨相接触，第二定 子与定子同步同向振动；在第二定子表面设有第二压电陶瓷环。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的定子上设有隔离带，隔离带将定子分 成外环和内环，隔离带的厚度比内环和外环的厚度薄；所述的压电陶瓷环设置在外环上。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的驱动机构与导轨的接触面粘贴有耐磨 材料或进行耐磨表面处理。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的定子上表面和/或下表面设有压电陶 瓷环(2)。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的驱动机构为均布在外环外边缘的驱动 孔，所述的导轨穿设在驱动孔内且与驱动孔内侧的驱动面相接触。上述的行波型直线超声波微电机中，所述的驱动机构为均布在外环外边缘的驱动 臂，在驱动臂的自由端设有与导轨相适应的驱动槽，导轨与驱动槽内侧的驱动面相接触。本发明采用上述结构后，通过采用中空薄片状环形定子，相对于常见的多振子定 子或不同类型模态合成型定子，明显提高了工作稳定性和精度；定子为薄片结构，结构紧 凑，占用空间小；中空的定子结构便于中间安装其他功能组件。本发明提出的新型行波型直 线超声波电机，将有利于拓展超声波电机的应用领域，在光学镜头、生物、医疗、微机械、国 防科技等方面有着广阔的应用前景。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的 任何限制。图1是本发明具体实施例1的结构示意图； 图2是图1中A-A处的剖视图3是本发明压电陶瓷环的分区和极化结构示意图； 图4是本发明具体实施例2的结构示意图； 图5是本发明具体实施例3的结构示意图； 图6是图5中B-B处的剖视图； 图7是本发明的驱动原理图。图中定子1、外环la、内环lb、安装孔lc、压电陶瓷环2、导轨3、弹性环4、预紧盘 5、第二定子6、第二压电陶瓷环7、隔离带8、驱动孔9、驱动臂10、驱动槽10a。
具体实施例方式实施例1
内孔驱动单定子行波型直线超声波电机
参阅图1、图2所示，本发明的一种行波型直线超声波微电机，包括中空薄片状环形的 定子1，在定子1上设有隔离带8，隔离带8将定子1分成外环Ia和内环lb，隔离带8的厚 度比外环Ia和内环Ib的厚度薄，外环Ia主要为振动体，在外环Ia的上表面设有压电陶瓷 环2，根据需要，压电陶瓷环2也可以同时设置在外环Ia的上、下表面；内环Ib为安装盘，用于安装其它功能组件，例如用于光学镜头时可以用于固定镜头，使镜头可以精确伸缩；在 定子1上表面设有压电陶瓷环2 ；在定子1外边缘分布有驱动机构，驱动机构为均布在外环 Ia外边缘的八个驱动孔9，在其中的四个驱动孔9内穿设有导轨3，导轨3与驱动孔9相接 触形成驱动面，在本实施例中，驱动孔9的数量为八个，可以根据实际需要进行增加或是减 少，导轨3的数量为四个，同样可以根据实际需要进行增加或是减少，为了提高移动精度并 保证装置的使用寿命，在驱动孔9的内侧面粘贴有耐磨材料或进行耐磨处理；在定子1的 下端面上连接有预紧机构，预紧机构与定子1之间还设有弹性环4，弹性环4用于提供弹性 预紧力；预紧机构为预紧盘5，预紧盘5安装在内环Ib上，预紧盘5与导轨3相接触，触点 与定子1上的驱动触点分布在导轨3的两侧；在本实施例中，在内环Ib上沿周向均布有四 个安装孔lc，在安装孔Ic对应的弹性环4和预紧盘5上均设有相对应的通孔，用于连接 固定定子1、弹性环4和预紧盘5 ；在本实施例中，压电陶瓷环2为一片，粘贴在定子1的上 表面，压电陶瓷环2根据定子1上波的个数分成4倍于波个数的分区(电极面)。本实施例 中定子上有两个波，压电陶瓷环2分成八个分区，另一粘接面为整体电极；八个分区极化方 向按顺序分别为正、正、负、负、正、正、负、负。图1中，压电陶瓷片2上，符号“ + ”表示该压 电陶瓷分区正向极化，符号“。”表示该压电陶瓷分区反向极化，电压的施加方式按顺序分 另Ij为 Asin (ω t)、Acos (ω t)、Asin (ω t)、Acos (ω t)、Asin (ω t)、Acos (ω t)、Asin (ω t)、 Acos (ω t)ο参阅图3所述，压电陶瓷环2也可以分成a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k共11个极化 分区、其中b、d、f、h、j正向极化，a、c、e、g、i反向极化，如图3所示。对应于电极面a、b、 c、d、e、f、g、h、i、j 电极面施力口激励电压 Asin(cot)、Asin(cot)、Asin(cot)、Asin(cot)、 Asin(ω t)、Acos(ω t)、Acos(ω t)、Acos(ω t)、Acos(ω t)、Acos(ω t)。工作时，参阅图7所示，压电陶瓷2在定子1上激励出沿周向传播的行波，使得驱 动质点11的运动轨迹12为椭圆。定子1通过摩擦驱动运动部件沿定子1轴向做直线运动； 也可固定导轨3，形成定子1自走结构。该直线电机为紧凑的薄片结构，行波定子振动状态 稳定，电机运动精度高，易于驱动、控制，适宜用于对空间和精度有较高要求的场合。实施例2
内孔驱动双定子行波型直线超声波电机
参阅图4所示，本发明的一种行波型直线超声波微电机，其结构与实施例1基本相同， 不同之处在于，预紧机构为第二定子6，第二定子6为中空薄片状环形，第二定子6结构与定 子1相同，第二定子6与导轨3相接触，触点分布在导轨3两侧；在第二定子6表面设有第 二压电陶瓷环10。定子1和第二定子6的结构和激励方式相同，类同于实施例1。实施例3
驱动臂驱动的单定子行波型直线超声波电机
参阅图5、图6所示，本发明的一种行波型直线超声波微电机，其结构与实施例1基本相 同，不同之处在于，驱动机构为均布在外环Ia外边缘的八个驱动臂10，在驱动臂10的自由 端设有与导轨3相适应的驱动槽10a，四个导轨3与其中的四个驱动槽IOa内侧的驱动面相 接触。本实施例中的压电陶瓷环2的粘贴和模态激励方法与实施例1相同。
权利要求
1.一种行波型直线超声波微电机，包括定子(1)，其特征在于，所述的定子(1)为薄片 状环形体，在定子(1)表面设有压电陶瓷环(2)；在定子(1)外边缘分布有驱动机构，在驱动 机构侧边沿定子(1)轴向设有若干导轨(3)，驱动机构与导轨(3)对应且相接触；在定子(1) 的其中一端面上连接有弹性预紧机构。
2.根据权利要求1所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的弹性预紧机 构由弹性环(4)和预紧盘(5)构成，弹性环(4)设置在预紧盘(5)与定子(1)之间，预紧盘 (5)与导轨(3)相接触。
3.根据权利要求1所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的弹性预紧机 构由弹性环(4)和第二定子(6)构成，第二定子(6)为薄片状环形体，第二定子(6)结构与 定子(1)相同，第二定子(6)与导轨(3)相接触，第二定子(6)与定子(1)同步同向振动；在 第二定子(6)表面设有第二压电陶瓷环(7)。
4.根据权利要求1至3任一所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的定子 (1)上设有隔离带(8)，隔离带(8)将定子(1)分成外环(Ia)和内环(Ib)，隔离带(8)的 厚度比外环(Ia)和内环(Ib)的厚度薄；所述的压电陶瓷环(2)设置在外环(Ia)上。
5.根据权利要求4所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的驱动机构与 导轨(3)的接触面粘贴有耐磨材料或进行耐磨表面处理。
6.根据权利要求4所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的定子(1)上表 面和/或下表面设有压电陶瓷环(2 )。
7.根据权利要求6所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的驱动机构为 均布在外环(Ia)外边缘的驱动孔(9)，所述的导轨(3)穿设在驱动孔(9)内且与驱动孔(9) 内侧的驱动面相接触。
8.根据权利要求6所述的行波型直线超声波微电机，其特征在于，所述的驱动机构为 均布在外环(la)外边缘的驱动臂(10)，在驱动臂(10)的自由端设有与导轨(3)相适应的驱 动槽(10a)，导轨(3)与驱动槽(IOa)内侧的驱动面相接触。
全文摘要
本发明公开了一种行波型直线超声波微电机，属于超声波电机技术领域，其技术要点包括定子，其中所述的定子为环形中空薄片状，在定子表面设有压电陶瓷环；在定子外边缘分布有驱动机构，在驱动机构侧边沿定子轴向设有若干导轨，驱动机构与导轨对应且相接触；在定子的其中一端面上连接有预紧机构，预紧机构与导轨相接触；本发明旨在提供一种结构紧凑、占用空间小、工作稳定且精度高的行波型直线超声波微电机；适用于光学镜头、生物、医疗、微机械、国防科技等方面。
文档编号H02N2/08GK102097974SQ20111003974
公开日2011年6月15日 申请日期2011年2月17日 优先权日2011年2月17日
发明者廖进华, 张发强, 张礼, 钟侃生 申请人:广东嘉和微特电机股份有限公司