專利名稱：一種基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機的制作方法
技術領域：
本發明屬于利用壓電陶瓷材料逆壓電效應的一種微型直線型超聲電機。
背景技術：
目前直線型超聲電機的輸出功率、推力普遍較小，限制了其應用，且壓電 陶瓷板抗拉強度低，振動時易破裂。有些類型的直線超聲電機為提高輸出推力， 采用蘭杰文振子結構，但此種結構電機體積較大。因此，傳統的直線型超聲電 機，結構比較復雜，體積大，機電轉化效率和位置分辨率都比較低，不適用于 小型，精密型的直線運動裝置的驅動和控制。
發明內容
本發明的目的在于克服已有技術的不足之處，設計一種結構簡單、大推力、 機電轉化效率高、響應速度快、可控性能好的基于壓電陶瓷板面內振動的直線 超聲電機。
為了解決上述技術問題，本發明包括如下技術方案 一種基于壓電陶瓷板 面內振動的直線超聲電機，包括定位在底座上的振子、驅動頭、直線導軌、底 座、滾珠和壓緊機構；所述振子包括相互復合的壓電陶瓷板和金屬彈性體薄板; 所述壓電陶瓷板正面分兩個區，壓電陶瓷板分區對稱面一端粘結驅動頭，壓電 陶瓷板分區對稱面另一端通過壓緊機構壓緊；所述驅動頭與直線導軌接觸，直 線導軌下表面設有滾珠與底座相接觸；所述振子個數為兩個，兩個振子的結構 相同并且以直線導軌為軸對稱設置。
4本發明的創新在于所述的振子為完全對稱的雙振子結構，并且以導軌為軸 對稱設置，利用兩振動模態頻率必然相等的特性，相對于單振子的結構，本發 明通過雙振子進行驅動，實現較高的機電轉換效率，安裝簡單，電轉化效率高， 輸出功率大。
所述壓電陶瓷板為正多邊形，其正表面為鍍銀層，反面為接地的全電極； 壓電陶瓷板沿厚度極化，并且對稱分為兩個極化方向相同的分區。
所述振子的正多邊形壓電陶瓷板和金屬彈性體薄板通過環氧樹脂粘結復合。
所述振子為中空結構。
所述振子通過定位螺釘和橡膠墊圈定位在底座上
所述壓緊機構包括活動連接在底座上的預壓螺釘，預壓螺釘的端部通過橡 膠壓緊在壓電陶瓷板上。
所述驅動頭為三角形或梯形或半圓形凸起結構，其表面設有耐磨材料層或 陶瓷層。驅動頭起到振動放大的作用，而且表面設置耐磨層，使工作穩定。
與現有技術相比，其優點是利用了壓電陶瓷本身的分區對稱性和復合振子 結構的對稱性，即具有空間對稱結構的振子其空間正交彎曲模態必然耦合，兩 振動模態頻率必然相等的特性，因此可簡化直線超聲電機的設計，采用雙振子 驅動，實現較高的機電轉換效率。相對于采用單個壓電陶瓷板作振子的直線超 聲電機，其優點是采用雙振子驅動結構簡單，便于安裝，輸出力大。
圖l，正多邊形的雙振子面內振動直線超聲電機側視、俯視的結構示意圖； 圖2，壓電陶瓷板分區極化示意圖；圖3，壓電陶瓷復合層板與驅動頭粘結示意圖； 圖4，雙振子布置與激勵信號連接簡圖； 圖5，壓電陶瓷板與面內振動模態振型示意圖。
具體實施例方式
下面結合說明書附圖對本發明進行說明，如圖l、圖3所示，振子4由正多 邊形的壓電陶瓷板IO和金屬彈性體薄板11通過環氧樹脂12粘結復合而成，在 壓電陶瓷板10分區對稱面處粘結驅動頭8，驅動頭8起振動放大作用，并通過 涂敷耐磨材料或選用陶瓷材料以提高振子耐磨性，改善振子4與直線導軌7的 接觸。定位螺釘5用來定位振子4且起導向作用。在直線導軌7下表面和底座2 接觸處安裝滾珠6，以減小摩擦阻力。橡膠3、預壓螺釘1和底座2構成預壓力 調節裝置，通過改變橡膠3的變形程度來控制施加在振子4上的預壓力。所述 振子個數為兩個，兩個振子的結構相同并且以直線導軌為軸對稱設置。
圖2和3所示為壓電陶瓷分區極化示意圖和復合層板與驅動頭粘結示意圖， 壓電陶瓷板正面分為兩個區，沿厚度方向極化，且極化方向相同，壓電陶瓷正 表面為鍍銀層；壓電陶瓷反面即背面為全電極，且接地。當在兩個分區分別施 加兩相頻率相同，相位差為90度的激勵信號，經由壓電陶瓷的逆壓電效應，在 壓電振子面內激發出兩相面內正交彎曲振動模態，這兩種模態的合并使其在驅 動頭的端部質點作橢圓運動，在預緊力作用下，產生摩擦力驅動直線導軌7做 直線運動，完成能量轉換。
如圖4所示雙振子布置與激勵信號連接簡圖，電機采用雙振子同步驅動， 兩振子沿直線導軌7兩側對稱布置，可顯著提高電機輸出力。
如圖5所示為橫截面為正方形壓電陶瓷板面內彎曲模態振型，由于其結構對稱性和壓電陶瓷極化后本身的對稱性，面內正交兩相彎曲振動模態必然耦合， 在同一激勵信號頻率下，可同時激勵出兩正交振動模態，從而可提高機電轉換 效率。
權利要求
1.一種基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，包括定位在底座(2)上的振子(4)、驅動頭(8)、直線導軌(7)、底座(2)、滾珠(6)和壓緊機構；所述振子(4)包括相互復合的壓電陶瓷板(10)和金屬彈性體薄板(11)；所述壓電陶瓷板(10)正面分兩個區，壓電陶瓷板(10)分區對稱面一端粘結驅動頭(8)，壓電陶瓷板(10)分區對稱面另一端通過壓緊機構壓緊；所述驅動頭(8)與直線導軌(7)接觸，直線導軌(7)下表面設有滾珠(6)與底座(2)相接觸；其特征在于所述振子(4)個數為兩個，兩個振子(4)的結構相同并且以直線導軌(7)為軸對稱設置。
2. 根據權利要求1所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，其特征 在于所述壓電陶瓷板(10)為正多邊形，其正表面為鍍銀層，反面為接地的全 電極；壓電陶瓷板(10)沿厚度極化，并且對稱分為兩個極化方向相同的分區。
3. 根據權利要求2所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，其特征 在于所述振子(4)的正多邊形壓電陶瓷板(10)和金屬彈性體薄板(11)通 過環氧樹脂(12)粘結復合。
4. 根據權利要求3所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，其特征 在于所述振子(4)為中空結構。
5. 根據權利要求4所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，其特征 在于所述振子(4)通過定位螺釘(5)和橡膠墊圈(9)定位在底座(2)上。
6. 根據權利要求5所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，其特征 在于所述壓緊機構包括活動連接在底座(2)上的預壓螺釘(1)，預壓螺釘(1)的端部通過橡膠(3)壓緊在壓電陶瓷板(10)上。
7.根據權利要求1 6任一項所述基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電 機，其特征在于所述驅動頭(8)為三角形或梯形或半圓形凸起結構，其表面 設有耐磨材料層或陶瓷層。
全文摘要
一種基于壓電陶瓷板面內振動的直線超聲電機，包括定位在底座上的振子、驅動頭、直線導軌、底座、滾珠和壓緊機構；所述振子包括相互復合的壓電陶瓷板和金屬彈性體薄板；所述壓電陶瓷板正面分兩個區，壓電陶瓷板分區對稱面一端粘結驅動頭，壓電陶瓷板分區對稱面另一端通過壓緊機構壓緊；所述驅動頭與直線導軌接觸，直線導軌下表面設有滾珠與底座相接觸；所述振子個數為兩個，兩個振子的結構相同并且以直線導軌為軸對稱設置。本發明相對于采用單個壓電陶瓷板作振子的直線超聲電機，其優點是采用雙振子驅動，結構簡單，便于安裝，輸出力大。
文檔編號H02N2/02GK101640499SQ200910042260
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月31日 優先權日2009年8月31日
發明者張鐵民, 平 羅 申請人:華南農業大學