專利名稱：方圓形直線行波超聲電機振子的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種超聲頻壓電驅動元件，特別涉及一種方圓形直線行波超聲電機振子。
背景技術：
傳統的電磁電機由于工作原理和結構方面的限制，難以滿足當前高精密領域對電機所提出的短、小、薄、低噪聲、無電磁干擾等要求。為此，世界各國都在努力研究各種新型電機。20世紀末期發明和發展起來的超聲電機打破了迄今為止由電磁效應獲得轉速和轉矩的電機的概念，是處于當前世界科學前沿的高新技術。其中，直線超聲電機由于其具備低速、大力矩、斷電自鎖、反應速度快、靈敏度高、無磁場擾動、低噪聲、微位移結構形式等優良的性能而引起了世界各國的普遍關注和廣泛研究，并顯示出了巨大的開發潛力，現已廣泛用于微型機械、機器人、精密儀器儀表、日用家電等領域。
現有的環形直線行波超聲電機振子由壓電陶瓷片和金屬彈性體構成，如圖7所示，金屬彈性體由兩個直梁段與兩個半圓環封閉而成。雖然這種電機振子的兩半圓環的半徑可以很小，但受其直梁段較長的影響，通常這種電機振子的空間結構比較大。同時，形成良好的行波是該類超聲電機的技術關鍵和難點所在，因此，對作為激勵元件的壓電陶瓷片有一定的要求即產生行波的兩組壓電陶瓷片在空間位置上必須保證相差四分之一波長，以便于找到形成行波所需的同頻兩正交模態，但由于其結構的限制，同一頻率下的兩正交模態很難實現。此外，超聲電機的壽命一直是國內外研究人員關注的一個問題，這也直接影響著超聲電機的產業化。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有環形直線行波超聲電機振子空間結構大、壽命短、難于實現同一頻率下的兩正交模態等問題，提供一種結構緊湊、對稱、易于實現同一頻率下的兩正交模態、壽命長的方圓形直線行波超聲電機振子。
本實用新型的方圓形直線行波超聲電機振子由金屬彈性體及壓電陶瓷片構成，其特殊之處是，金屬彈性體是由四個直梁段和四個半圓弧段封閉而成的方圓形，根據對其模態的分析以及所選的振型，壓電陶瓷片對稱粘貼在四個直梁段的內側，從而保持了其結構的對稱性。
在金屬彈性體的四個直梁段的外側有若干個齒，以提高接觸點的振幅以及由于磨損產生的碎屑的排除。
在金屬彈性體的四個直梁段或圓弧段兩側分別有固定翼，以便于對其加以固定。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、結構緊湊，由于本實用新型的直梁段比較短，因此，大大減小了超聲電機振子的空間結構。
2、壽命長，當上下兩直梁段由于長期磨損而無法滿足要求的精度時，可以應用左右兩直梁段，使超聲電機振子得以繼續工作，相應地延長了超聲電機振子的使用壽命，其壽命是現有環形振子壽命的2-4倍。
3、易于實現同一頻率下兩正交模態，根據方圓形振子模態分析并選擇振型，壓電陶瓷片對稱粘貼，使其振子結構保持對稱，從而易于找到同一頻率下的兩正交模態，確保形成良好的行波。
4、便于采用直接優化設計方法，由于其結構的對稱性，在有限元分析的優化設計時，可以將壓電陶瓷片的最佳布置位置與振子彈性體幾何參數的優化一次納入振子優化過程的直接優化方法，對該振子振動模態進行優化設計。
5、本實用新型的固定結構對稱設置，對于方圓形直線行波超聲電機振子固定來說，采取保持該振子結構的對稱性的固定方案，為超聲電機的制作提供了便利。
6、便于夾具的設計，本實用新型壓電陶瓷片對稱粘貼，對夾具的設計無須做更多的考慮，同時，也便于夾具的制造和裝配。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3、圖5是本實用新型其他實施方案的結構示意圖；圖4是圖3的B-B剖視圖；圖6是圖5的C-C剖視圖；圖7是現有環形直線行波超聲電機的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖1和圖2所示，本實用新型的方圓形直線行波超聲電機振子由金屬彈性體1以及壓電陶瓷片2共同構成，金屬彈性體1是由四個直梁段和四個半圓弧段封閉而成的方圓形，以減小超聲電機振子的空間結構；根據對其模態的分析以及所選的振型，壓電陶瓷片2對稱粘貼在金屬彈性體1的四個直梁段的內側，從而保持了其結構對稱的特點；在金屬彈性體1的四個直梁段的外側均有若干個齒3，以提高接觸點的振幅以及由于磨損產生的碎屑的排除；本實施例在金屬彈性體1上未設置固定裝置，適用于振子不固定，本身可沿導軌運動的自行式超聲電機。
實施例2如圖3和圖4所示，其結構如實施例1，不同之處在于，在金屬彈性體1的四個直梁段兩側分別有固定翼4，以便于在直梁段對其加以固定，振子固定后即成為定子，適用于驅動動子運動的非自行式超聲電機。
實施例3如圖5和圖6所示，其結構如實施例1，不同之處在于，在金屬彈性體1的四個圓弧段兩側分別有固定翼5，以便于在圓弧段對其加以固定，振子固定后即成為定子，適用于驅動動子運動的非自行式超聲電機。
權利要求1.一種方圓形直線行波超聲電機振子，它由金屬彈性體及壓電陶瓷片構成，其特征在于，金屬彈性體是由四個直梁段和四個半圓弧段封閉而成的方圓形，壓電陶瓷片對稱粘貼在四個直梁段的內側。
2.根據權利要求1所述的方圓形直線行波超聲電機振子，其特征在于，在金屬彈性體的四個直梁段的外側有若干個齒。
3.根據權利要求1所述的方圓形直線行波超聲電機振子，其特征在于，在金屬彈性體的四個直梁段或圓弧段兩側分別有固定翼。
專利摘要一種方圓形直線行波超聲電機振子，解決了現有環形直線行波超聲電機振子空間結構大、壽命短、難于實現同一頻率下的兩正交模態等問題；本實用新型由金屬彈性體及壓電陶瓷片構成，其特殊之處是，金屬彈性體是由四個直梁段和四個半圓弧段封閉而成的方圓形，根據對其模態的分析以及所選的振型，壓電陶瓷片對稱粘貼在四個直梁段的內側，從而保持了其結構的對稱性；優點在于，結構緊湊，大大減小了超聲電機振子的空間結構；壽命長，當上下兩直梁段由于長期磨損而無法滿足要求的精度時，可以應用左右兩直梁段，使超聲電機振子得以繼續工作，其壽命是現有環形振子壽命的2－4倍；易于實現同一頻率下兩正交模態，確保形成良好的行波，便于采用直接優化設計方法。
文檔編號H02N2/02GK2794032SQ20052008974
公開日2006年7月5日 申請日期2005年3月15日 優先權日2005年3月15日
發明者何勍, 王宏祥, 王紅靜 申請人:遼寧工學院