專利名稱：行波型直線超聲波微電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超聲波微電機，更具體地說，尤其涉及一種行波型直線超聲波微 電機。
背景技術：
超聲波電機是利用壓電材料的逆壓電效應，把電能轉化為超聲波電機定子的振動 能，再通過摩擦轉化為運動部件的旋轉或者直線運動。它一般主要由定子、轉子(動子)及預 壓力機構等功能部件組成。與傳統(tǒng)電磁電機相比，超聲波電機具有許多獨特的特點和優(yōu)點， 比如
(1)結構緊湊，能量密度(轉矩/質量)大，電機易于微型化； (2 )低速大力矩，無需齒輪減速機構，可以實現(xiàn)直接驅動；
(3)電機響應速度快，并且能實現(xiàn)斷電自鎖；
(4)位置和速度控制性好，位移分辨率高；
(5)不產生磁場，亦不受外界磁場干擾，抗電磁干擾能力強；
(6)安靜無噪聲；
(7)設計靈活，結構形式多樣化。直線型超聲波電機是超聲波電機的一種，薄片型直線超聲波電機，由于結構緊湊、 驅動精度高等優(yōu)點而獲得廣泛關注和應用。常見的有采用第一階縱向振動模態(tài)和第二階彎 振模態(tài)的復合振動模態(tài)作為工作模態(tài)的板型電機。由于不同類型的振動模態(tài)對外部條件變化的敏感度不同，當溫度、預壓力、驅動信 號的電壓等條件變化時，容易影響到采用不同類型復合振動模態(tài)電機的定子的復合振動， 使得電機性能劇烈變化，且不容易調節(jié)。為此，采用不同類型復合振動模態(tài)的電機對工作條 件要求比較苛刻，經常要求工作在恒溫等條件下。微型化也是超聲波電機的一個發(fā)展趨勢。在一些需要中空，以便中間安裝組件，同 時又需要電機為薄型結構的場合，如手機、相機鏡頭中。如何獲得穩(wěn)定的性能，同時能安裝 在狹小空間，就成為一個難題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種結構緊湊、占用空間小、工作穩(wěn)定且精度高的行波型 直線超聲波微電機。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種行波型直線超聲波微電機，包括定子，其中 所述的定子為薄片狀環(huán)形體，在定子表面設有壓電陶瓷環(huán)；在定子外邊緣分布有驅動機構， 在驅動機構側邊沿定子軸向設有若干導軌，驅動機構與導軌對應且相接觸；在定子的其中 一端面上連接有彈性預緊機構。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的彈性預緊機構由彈性環(huán)和預緊盤構 成，彈性環(huán)設置在預緊盤與定子之間，預緊盤與導軌相接觸。
上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的彈性預緊機構由彈性環(huán)和第二定子構 成，第二定子為薄片狀環(huán)形體，第二定子結構與定子相同，第二定子與導軌相接觸，第二定 子與定子同步同向振動；在第二定子表面設有第二壓電陶瓷環(huán)。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的定子上設有隔離帶，隔離帶將定子分 成外環(huán)和內環(huán)，隔離帶的厚度比內環(huán)和外環(huán)的厚度??；所述的壓電陶瓷環(huán)設置在外環(huán)上。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的驅動機構與導軌的接觸面粘貼有耐磨 材料或進行耐磨表面處理。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的定子上表面和/或下表面設有壓電陶 瓷環(huán)(2)。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的驅動機構為均布在外環(huán)外邊緣的驅動 孔，所述的導軌穿設在驅動孔內且與驅動孔內側的驅動面相接觸。上述的行波型直線超聲波微電機中，所述的驅動機構為均布在外環(huán)外邊緣的驅動 臂，在驅動臂的自由端設有與導軌相適應的驅動槽，導軌與驅動槽內側的驅動面相接觸。本發(fā)明采用上述結構后，通過采用中空薄片狀環(huán)形定子，相對于常見的多振子定 子或不同類型模態(tài)合成型定子，明顯提高了工作穩(wěn)定性和精度；定子為薄片結構，結構緊 湊，占用空間?。恢锌盏亩ㄗ咏Y構便于中間安裝其他功能組件。本發(fā)明提出的新型行波型直 線超聲波電機，將有利于拓展超聲波電機的應用領域，在光學鏡頭、生物、醫(yī)療、微機械、國 防科技等方面有著廣闊的應用前景。


下面結合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明，但并不構成對本發(fā)明的 任何限制。圖1是本發(fā)明具體實施例1的結構示意圖； 圖2是圖1中A-A處的剖視圖3是本發(fā)明壓電陶瓷環(huán)的分區(qū)和極化結構示意圖； 圖4是本發(fā)明具體實施例2的結構示意圖； 圖5是本發(fā)明具體實施例3的結構示意圖； 圖6是圖5中B-B處的剖視圖； 圖7是本發(fā)明的驅動原理圖。圖中定子1、外環(huán)la、內環(huán)lb、安裝孔lc、壓電陶瓷環(huán)2、導軌3、彈性環(huán)4、預緊盤 5、第二定子6、第二壓電陶瓷環(huán)7、隔離帶8、驅動孔9、驅動臂10、驅動槽10a。
具體實施例方式實施例1
內孔驅動單定子行波型直線超聲波電機
參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種行波型直線超聲波微電機，包括中空薄片狀環(huán)形的 定子1，在定子1上設有隔離帶8，隔離帶8將定子1分成外環(huán)Ia和內環(huán)lb，隔離帶8的厚 度比外環(huán)Ia和內環(huán)Ib的厚度薄，外環(huán)Ia主要為振動體，在外環(huán)Ia的上表面設有壓電陶瓷 環(huán)2，根據需要，壓電陶瓷環(huán)2也可以同時設置在外環(huán)Ia的上、下表面；內環(huán)Ib為安裝盤，用于安裝其它功能組件，例如用于光學鏡頭時可以用于固定鏡頭，使鏡頭可以精確伸縮；在 定子1上表面設有壓電陶瓷環(huán)2 ；在定子1外邊緣分布有驅動機構，驅動機構為均布在外環(huán) Ia外邊緣的八個驅動孔9，在其中的四個驅動孔9內穿設有導軌3，導軌3與驅動孔9相接 觸形成驅動面，在本實施例中，驅動孔9的數(shù)量為八個，可以根據實際需要進行增加或是減 少，導軌3的數(shù)量為四個，同樣可以根據實際需要進行增加或是減少，為了提高移動精度并 保證裝置的使用壽命，在驅動孔9的內側面粘貼有耐磨材料或進行耐磨處理；在定子1的 下端面上連接有預緊機構，預緊機構與定子1之間還設有彈性環(huán)4，彈性環(huán)4用于提供彈性 預緊力；預緊機構為預緊盤5，預緊盤5安裝在內環(huán)Ib上，預緊盤5與導軌3相接觸，觸點 與定子1上的驅動觸點分布在導軌3的兩側；在本實施例中，在內環(huán)Ib上沿周向均布有四 個安裝孔lc，在安裝孔Ic對應的彈性環(huán)4和預緊盤5上均設有相對應的通孔，用于連接 固定定子1、彈性環(huán)4和預緊盤5 ；在本實施例中，壓電陶瓷環(huán)2為一片，粘貼在定子1的上 表面，壓電陶瓷環(huán)2根據定子1上波的個數(shù)分成4倍于波個數(shù)的分區(qū)(電極面)。本實施例 中定子上有兩個波，壓電陶瓷環(huán)2分成八個分區(qū)，另一粘接面為整體電極；八個分區(qū)極化方 向按順序分別為正、正、負、負、正、正、負、負。圖1中，壓電陶瓷片2上，符號“ + ”表示該壓 電陶瓷分區(qū)正向極化，符號“。”表示該壓電陶瓷分區(qū)反向極化，電壓的施加方式按順序分 另Ij為 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參閱圖3所述，壓電陶瓷環(huán)2也可以分成a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k共11個極化 分區(qū)、其中b、d、f、h、j正向極化，a、c、e、g、i反向極化，如圖3所示。對應于電極面a、b、 c、d、e、f、g、h、i、j 電極面施力口激勵電壓 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)。工作時，參閱圖7所示，壓電陶瓷2在定子1上激勵出沿周向傳播的行波，使得驅 動質點11的運動軌跡12為橢圓。定子1通過摩擦驅動運動部件沿定子1軸向做直線運動； 也可固定導軌3，形成定子1自走結構。該直線電機為緊湊的薄片結構，行波定子振動狀態(tài) 穩(wěn)定，電機運動精度高，易于驅動、控制，適宜用于對空間和精度有較高要求的場合。實施例2
內孔驅動雙定子行波型直線超聲波電機
參閱圖4所示，本發(fā)明的一種行波型直線超聲波微電機，其結構與實施例1基本相同， 不同之處在于，預緊機構為第二定子6，第二定子6為中空薄片狀環(huán)形，第二定子6結構與定 子1相同，第二定子6與導軌3相接觸，觸點分布在導軌3兩側；在第二定子6表面設有第 二壓電陶瓷環(huán)10。定子1和第二定子6的結構和激勵方式相同，類同于實施例1。實施例3
驅動臂驅動的單定子行波型直線超聲波電機
參閱圖5、圖6所示，本發(fā)明的一種行波型直線超聲波微電機，其結構與實施例1基本相 同，不同之處在于，驅動機構為均布在外環(huán)Ia外邊緣的八個驅動臂10，在驅動臂10的自由 端設有與導軌3相適應的驅動槽10a，四個導軌3與其中的四個驅動槽IOa內側的驅動面相 接觸。本實施例中的壓電陶瓷環(huán)2的粘貼和模態(tài)激勵方法與實施例1相同。
權利要求
1.一種行波型直線超聲波微電機，包括定子(1)，其特征在于，所述的定子(1)為薄片 狀環(huán)形體，在定子(1)表面設有壓電陶瓷環(huán)(2)；在定子(1)外邊緣分布有驅動機構，在驅動 機構側邊沿定子(1)軸向設有若干導軌(3)，驅動機構與導軌(3)對應且相接觸；在定子(1) 的其中一端面上連接有彈性預緊機構。
2.根據權利要求1所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的彈性預緊機 構由彈性環(huán)(4)和預緊盤(5)構成，彈性環(huán)(4)設置在預緊盤(5)與定子(1)之間，預緊盤 (5)與導軌(3)相接觸。
3.根據權利要求1所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的彈性預緊機 構由彈性環(huán)(4)和第二定子(6)構成，第二定子(6)為薄片狀環(huán)形體，第二定子(6)結構與 定子(1)相同，第二定子(6)與導軌(3)相接觸，第二定子(6)與定子(1)同步同向振動；在 第二定子(6)表面設有第二壓電陶瓷環(huán)(7)。
4.根據權利要求1至3任一所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的定子 (1)上設有隔離帶(8)，隔離帶(8)將定子(1)分成外環(huán)(Ia)和內環(huán)(Ib)，隔離帶(8)的 厚度比外環(huán)(Ia)和內環(huán)(Ib)的厚度?。凰龅膲弘娞沾森h(huán)(2)設置在外環(huán)(Ia)上。
5.根據權利要求4所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的驅動機構與 導軌(3)的接觸面粘貼有耐磨材料或進行耐磨表面處理。
6.根據權利要求4所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的定子(1)上表 面和/或下表面設有壓電陶瓷環(huán)(2 )。
7.根據權利要求6所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的驅動機構為 均布在外環(huán)(Ia)外邊緣的驅動孔(9)，所述的導軌(3)穿設在驅動孔(9)內且與驅動孔(9) 內側的驅動面相接觸。
8.根據權利要求6所述的行波型直線超聲波微電機，其特征在于，所述的驅動機構為 均布在外環(huán)(la)外邊緣的驅動臂(10)，在驅動臂(10)的自由端設有與導軌(3)相適應的驅 動槽(10a)，導軌(3)與驅動槽(IOa)內側的驅動面相接觸。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種行波型直線超聲波微電機，屬于超聲波電機技術領域，其技術要點包括定子，其中所述的定子為環(huán)形中空薄片狀，在定子表面設有壓電陶瓷環(huán)；在定子外邊緣分布有驅動機構，在驅動機構側邊沿定子軸向設有若干導軌，驅動機構與導軌對應且相接觸；在定子的其中一端面上連接有預緊機構，預緊機構與導軌相接觸；本發(fā)明旨在提供一種結構緊湊、占用空間小、工作穩(wěn)定且精度高的行波型直線超聲波微電機；適用于光學鏡頭、生物、醫(yī)療、微機械、國防科技等方面。
文檔編號H02N2/08GK102097974SQ20111003974
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月17日 優(yōu)先權日2011年2月17日
發(fā)明者廖進華, 張發(fā)強, 張禮, 鐘侃生 申請人:廣東嘉和微特電機股份有限公司