机电波动装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及通过摩擦力使机械部件运动的机电波动装置，还涉及包括一个或多个波动装置的马达和设计及制造该机电波动装置的方法。按照本发明专利技术，提供一种机电波动装置（１），它包括基体（２），用于传播机械波和通过该基体容纳的导体（４、６、８）传送电气信号，设置在基体上用于产生机械波的若干致动器（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ），每个致动器与基体的各组导体相连用于接受由该组导体传送的激励信号，从而使各致动器响应激励信号在基体中产生沿着预定的传播路径传播的机械波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过摩擦力使机械部件运动的机电波动装置以及设计和 制造该机电波动装置的方法。
技术介绍
现有的常规超声行波马达是针对高科技的应用领域，已经优先考虑这 些马达的很多特殊的特性(如在低速下用高扭矩直接驱动、与尺寸无关的 功效、大的功率对重量比、无声驱动等)，而将要求生产成本低放在次要 位置。在行波马达中定子通常的设计包括附连在金属托板上的单个压电陶 瓷元件，其中将陶瓷元件机加工成与定子相同的形状，如环形的转动马达。 这就导致很高的生产成本和材料成本。
技术实现思路
按照本专利技术，提供一种机电波动装置，它包括基体，用于传播机械波和用于通过在该基体上装设的导体传送电信号；设置在该基体上用于产生机械波的若干致动器，每个致动器被连接在 基体的各个导体组上用于接受由该组导体传送的激励信号；其中，所述的 致动器响应激励信号沿着预定的传播路径产生在基体中传播的机械波。本专利技术的一个重要优点是机电波动装置具有组合式部件结构，其中相 同的部件可以用在几个不同的实施例中。例如，该装置的致动器可以是标 准的和低成本的部件，它的数量和位置很容易适合各种特殊应用的需要。本专利技术另一个优点是在制造该装置时可以使用常规的和低成本的生 产方法和部件。例如，可以用装设了该装置的导体和机械波载体的印刷电 路板(PCB)构造成该基体，和将该生产结合到电子工业的标准生产方法 中。优选地，使该机电波动装置在超声波频率范围内工作，因而达到该装 置的无声操作。因而，按照实际的要求和在超声波频率范围内操作的要求 选择基体的外形尺寸和材料。基体的材料可以是常规的复合材料，如玻璃 /环氧树脂、或陶瓷，如用于印刷电路板的氧化铝。先进的复合材料，如碳/环氧树脂、或金属合金。该基体可以构成围绕轴的几何对称的闭合回路。例如，在家居设备和类似尺寸的工业设备中，该基体可以是圆筒或环状的圆盘，其外径尺R的 范围从约2mm到约100mm,如从4mm到40mm,如约10mm。圆筒的高 度或环状圆盘的宽度其范围可从约2mm到约50mm,如从约4mm到约 20mm，如约5mm。圆筒的壁厚或环状圆盘的厚度其范围可>^人约0.2mm到 约10mm,如约0.5mm到约5mm,如约1.5mm。在另一个实施例中，该基体可以构成围绕轴几何不对称的闭合回路。 行波的波长优选小于波传播路径的最小曲率半径，如小于最小曲率半径的 数量级是。例如，在家居设备和类似尺寸的工业设备中，基体可以是有椭 圓形横截面的筒体或椭圆形环状的圓盘，其长轴的长度范围从约2mm到 约100mm,如从4mm到40mm,如约10mm。筒体的高度或环状圆盘的厚 度的范围可从约0.2mm到约10mm,如从约0.5mm到约5mm，如约1.5mm。在另一实施例中，该基体可以是从第一端伸展到第二端的开口回路， 例如线性伸展的基体。基体的各端造成行波的反射。为了提供吸收的边界 条件，通过适当控制定位在各端的致动器可以压制反射。行波的波长优选 小于波传播路径的最小曲率半径，如小于最小曲率半径的数量级是优选 的。例如，在家居设备和类似尺寸的工业设备中，在第一端和第二端之间 的距离范围可从约5mm到约500mm,如从约20mm到约250mm，优选地 从约40mm到约100mm，如约70mm。还可以设想更大的各种实施例，如用于大尺寸的各种应用中，例如风 动涡轮机、起重机、飞机、等。为了传送电信号到若干致动器，该基体包括若干导体。每个导体可以 是嵌入到基体的一个或多个表面上和/或与该基体成一整体。该基体可以装 设用于将各个信号传导到每个致动器的导体，或者用于传导各种信号到不 同组致动器的导体。优选地，该基体包括第一、第二和第三导体。每个导 体可以连接到一个或多个致动器。第一导体可以传导第一电信号用于激励 至少一个致动器。第二导体可以传导第二电信号用于激励与第二导体连接 的致动器。第三导体可以传导第三电信号(例如共同的接地信号)，用于 与第三导体连接的各致动器。所述若干致动器可以是压电陶瓷致动器，或磁约束(magneto-restrictive) 致动器。 可以组合不同类型的致动器。考虑到低成本，该若干致动器优选地包括若干单层压电致动器，也可以采用多层的压电致动器。 各致动器可以有任何合适的形状和尺寸，如大体是箱形，其有沿着极化方向的边的长度从约0.2mm到约10mm,如从约0.5mm到约5mm,从 约0.7mm到约2mm，优选地约lmm。还有，各致动器可以有垂直于才及化 方向的宽度从约0.2mm到约lOmm，如从约0.5mm到约5mm,从约0.7mm 到约2mm,优选地约lmm。还有，各致动器可以有垂直于极化方向的高 度从约0.1mm到约5mm,如从约0.2mm到约2mm,优选地约0.5mm。优选地，将所述若干致动器的每一个设置在该基体的第一表面。但是， 也可将所述若干致动器的一个或多个设置在该基体的第二表面上，如可将 一半致动器设置在第一表面上和可将另一半致动器设置在该基体的第二表面上o机电波动装置可以包括若干致动器，例如4、 8、 12、 16、 20、 24、 32、 36、 42、 48、 96、 192或更多的致动器。优选地，致动器的数目P有下列 公式给定P>4n式中n是波数等于沿着传播路径行波波长数。计算致动器数目的公式 是从优选的设计推导出来的，其中第一组致动器有一个或多个致动器的2n 个子组，沿着传播路径设置，其相互的距离为行波的一半波长，从而二个 相邻的子组将设置在行波的每个波长的两个波腹处，是在一个振动周期的 两个时刻。第二组致动器有一个或多个致动器的2n个子组，沿着传播路 径与第一组致动器的各个子组相距1/4波长设置。优选地，二个致动器或 一对致动器构成致动器的一个子组。但是，l个、3个、4个或更多个致动 器可以组成致动器的一个子组。在优选的实施例中，由P-4nk给出致动器 的数目P，式中k> 1是致动器子组中致动器的数目，例如〖=2,和n是 波数，如n-3、 6。优选地，这样选择波数n，使机电波动装置在超声波频 率范围内工作。优选地，波数n》3，如n-3、 4、 5、 6、 7、 8或更多和可 以按照基体的尺寸和/或所需的操作参数进行选择。沿着行波的传播路径在2n个波腹中的每一个有一子组致动器就确保 了由第一和第二组致动器产生仅具有波数n的波动。因此，使激励出多重 模式的风险最小。在优选的实施例中，将第一组致动器连接在传导有第一振幅、频率、 相位的第一振动电信号的第一导体，并连接到构成公共接地的第三导体上。还有，将第二组致动器连接在传导有第二振幅、频率、相位的第二振 电动信号的第二导体，并连接到构成公共接地的第三导体上。优选地，第一和第二^展幅和频率是相同的，而第一和第二相位互相偏移兀/2,对应于 公共的角频率乘以行波移动1/4波长所需的时间。在另一个实施例中，其中第一和第二组致动器在基体上相互之间的距 离不等于1/4波长，因而可对第一和第二导体传导的第一和第二电信号之 间的相位差进行调节。优选地，给定第一和第二导体上电信号的频率接近于所要的基体模式 的固有频率，从而利用机械共振的放大作用。在优选的实施例中，设置在基体同 一表面上的第 一和第二组致动器的 2n个子组的极化是这样设置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电波动装置，包括：　　　　基体，用于传播机械波和用于通过容纳在该基体上的导体传送电气信号；　　　　装设在该基体上用于产生机械波的若干致动器，每个致动器与基体的各组导体相连接用于接受由该组导体传送的激励信号；　　　　从而各致动器响应激励信号沿着预定的传播路径在基体中产生机械波。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：H埃利斯加德，E约翰森，T奥利森，H安德森，MH汉森，
申请(专利权)人：UP一零公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]