直线型超声波微电机制造技术

本发明专利技术公开了一种直线型超声波微电机，属于超声波微电机技术领域，其技术要点包括定子、运动部件和固定机构，其中所述的定子主要由压电陶瓷元件和驱动足粘接构成；所述的压电陶瓷元件为薄板状，沿长度方向极化，在压电陶瓷元件的上下表面均设有电极，其中至少一个表面上的电极分成若干小的电极面，相邻的两对电极面对压电陶瓷元件所施加的激励电场方向相反；本发明专利技术旨在提供一种压电陶瓷元件电极面有效面积大、极化充分、振动效率高的直线型超声波微电机；用于生物、医疗、微机械、国防科技等各领域。

Linear ultrasonic micromotor

The invention discloses a linear ultrasonic micro motor, which belongs to the technical field of ultrasonic micro motor, the technical points including the stator and the moving parts and fixing mechanism which the stator is mainly composed of piezoelectric ceramic element and driving foot bonding; piezoelectric ceramic element for the thin plate, the polarization along the length direction. Are equipped with surface electrodes on the piezoelectric ceramic element, wherein at least one of the electrodes on the surface of the electrode is divided into a number of small, two pairs of electrodes adjacent to the face direction of the electric field excitation of piezoelectric ceramic elements are applied on the contrary; the invention aims at providing a piezoelectric ceramic element electrode effective area, polarization well, the vibration high efficiency linear ultrasonic micro motor; used in various fields of biology, medicine, micro mechanical, defense technology etc..

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声波微电机，更具体地说，尤其涉及一种直线型超声波微电机。
技术介绍
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，因为其紧凑的薄片形结构，优秀的驱动 精度而获得广泛关注和应用。图11为一种纵弯直线型超声波电机结构原理图，其中111、 112、113、114为电极面，115为驱动头，116为运动部件，117为弹簧。图12为纵弯直线型超 声波电机的工作原理图，其中121为定子，122为驱动头、123为运动部件。工作时电极面 111、114上加Asin(Cot)激励信号，电极面112、113上加Acos ( ω t)激励信号，在电机定子 121上激励出第一阶纵振模态和第二阶弯曲模态的复合振动模态，此时，驱动头122上驱动 质点的运动轨迹为椭圆，驱动头122通过摩擦驱动与之相接触的运动部件123产生直线运 动。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。采用单一驻波模态工作的直线超声电机工作比较稳定。图13至图15给出了一种 驻波直线型超声波电机结构示意图。其中131和133为压电陶瓷板，132为定子基体，134、 136、137、138、139为压电陶瓷板131上的电极面，135为驱动足，1310，1311，1312，1313， 1314为压电陶瓷板133上的电极面。“X”和“.”表示压电陶瓷的极化方向，“X”表示指向 内部，“ * ”表示指向外部。每一个压电陶瓷板分为五个区沿着厚度方向极化，相邻区极化 方向相反，激励时在定子上激励出2. 5个波长的驻波振动。图16驻波直线型超声波电机驱 动原理示意图，仅出了一个波长的情况。其中164为一个振动极限位置，161为一个振动 极限位置时的驱动足，163为另一个振动极限位置，162为驱动足的行程。从图16中可以看 出，定子安放在波峰和波谷之间时，在一个振动周期里，驱动足将向某一个方向产生一次拨动冲击，然后退回来。循环往复，定子就能够驱动与其相接触的运动部件产生向某一方向的 运动。朝着另一方向驱动时，则采用另一片压电陶瓷激励出另一个在空间位置上偏移了 1/4 波长的驻波振动。微型化是电机发展的一个重要方向。上述直线超声波电机在微型化时都有一些困 难，主要表现为两点，一是压电陶瓷正反向分区极化时，容易击穿，且极化不充分，除去电极 面间隙后电极面过小，严重影响压电陶瓷性能。二是d31压电常数数值很小，机电耦合系数 低，振动效率很低。这就造成微型直线超声波电机性能很差，难以应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电陶瓷元件电极面有效面积大、极化充分、振动效 率高的直线型超声波微电机。本专利技术的技术方案是这样实现的一种直线型超声波微电机，包括定子、运动部件 和固定机构，其中所述的定子主要由压电陶瓷元件和驱动足粘接构成；所述的压电陶瓷元 件为薄板状，沿长度方向极化，在压电陶瓷元件的上下表面均设有电极，其中至少一个表面 上的电极分成若干小的电极面，相邻的两对电极面对压电陶瓷元件所施加的激励电场方向 相反。上述的直线型超声波微电机中，所述的定子还包括基体，压电陶瓷元件与基体粘 接连接。上述的直线型超声波微电机中，所述的压电陶瓷元件为两个，分别与基体粘接连接。上述的直线型超声波微电机中，所述的压电陶瓷元件外侧表面的电极由若干对称 的小的电极面构成，与基体粘接的内侧表面的电极为整体电极。上述的直线型超声波微电机中，所述的两个压电陶瓷元件外侧的电极面相互错 开。上述的直线型超声波微电机中，所述的驱动足与运动部件的接触面上设有耐磨层。上述的直线型超声波微电机中，所述的驱动足为单驱动足。上述的直线型超声波微电机中，所述的驱动足为双驱动足。本专利技术采用上述结构后，通过压电陶瓷元件及其构造的直线型超声波微电机，并 采用压电陶瓷的切变dl5逆压电效应的压电陶瓷元件，极化均勻，电极划分容易，克服了常 规d31型压电陶瓷部件电极间隙大，电极面有效面积小，极化不充分，正反向极化时容易击 穿，振动效率低等缺点。同时，由于压电陶瓷的dl5压电常数要比d31数值高很多，所以，采 用了所专利技术的新型陶瓷元件构造的直线型超声微电机将有助于明显提高电机的性能。该发 明特别适用于空间小，力矩大，精度高的应用场合。由于市场上可用的微型超声波直线电机 几乎没有，极大地制约了相关的应用需求。本专利技术提出的压电陶瓷振动激励元件及其构造 的直线型超声波微电机方案将有助于拓展电机的应用领域，并将在生物、医疗、微机械、国 防科技等方面有广阔的应用前景。附图说明下面结合附图中的实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但并不构成对本专利技术的 任何限制。图1是本专利技术的结构示意图2是本专利技术压电陶瓷元件表面电极划分示意图； 图3是本专利技术压电陶瓷元件弯曲变形示意图国； 图4是本专利技术具体实施例1的结构示意图5是本专利技术具体实施例1高阶弯曲变形的压电陶瓷元件表面电极划分示意图； 图6是本专利技术具体实施例2中定子主要部件的结构示意图； 图7是本专利技术具体实施例3中定子主要部件的结构示意图； 图8是本专利技术具体实施例4和5中定子主要部件的结构示意图； 图9是本专利技术具体实施例6的结构示意图； 图10是本专利技术具体实施例7的结构示意图； 图11是现有技术中纵弯直线型超声波电机结构原理图； 图12是现有技术中纵弯直线型超声波电机工作原理图； 图13是现有技术中驻波直线型超声波电机结构示意图； 图14是图13的俯视图； 图15是图13的仰视图16是现有技术中驻波直线型超声波电机驱动原理示意图。 具体实施例方式参阅图1所示，本专利技术的一种直线型超声波微电机，包括定子1、运动部件2和固定 机构3，定子1主要由压电陶瓷元件la、驱动足Ib粘接构成，也可以增加基体lc，可以使定 子1的结构更为稳固，不易损坏；固定机构3由安装板3a和弹性垫北构成，弹性垫北设置 在安装板3a与底座Id之间；固定机构3的结构可以根据实际的需要进行调整，例如弹性垫 3b可以用弹簧进行替换；压电陶瓷元件Ia为薄板状，沿长度方向极化，在压电陶瓷元件Ia 的上下表面均设有电极4，其中至少一个表面上的电极4分成若干小的电极面，另一个表面 上的电极4可以是整块结构，也可以是同样的由若干小的电极面构成，相邻的两对电极面 对压电陶瓷元件Ia所施加的激励电场方向相反。参阅图2、图3所示，压电陶瓷元件Ia的极化分区和激励方法。在压电陶瓷元件 本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种直线型超声波微电机，包括定子（１）、运动部件（２）和固定机构（３），其特征在于，所述的定子（１）主要由压电陶瓷元件（１ａ）和驱动足（１ｂ）粘接构成；所述的压电陶瓷元件（１ａ）为薄板状，沿长度方向极化，在压电陶瓷元件（１ａ）的上下表面均设有电极（４），其中至少一个表面上的电极（４）分成若干小的电极面，相邻的两对电极面对压电陶瓷元件（１ａ）所施加的激励电场方向相反。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟侃生，廖进华，张发强，张礼，
申请(专利权)人：广东嘉和微特电机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：44