专利名称：方圆形直线行波超声电机振子的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种超声频压电驱动元件，特别涉及一种方圆形直线行波超声电机振子。
背景技术：
传统的电磁电机由于工作原理和结构方面的限制，难以满足当前高精密领域对电机所提出的短、小、薄、低噪声、无电磁干扰等要求。为此，世界各国都在努力研究各种新型电机。20世纪末期发明和发展起来的超声电机打破了迄今为止由电磁效应获得转速和转矩的电机的概念，是处于当前世界科学前沿的高新技术。其中，直线超声电机由于其具备低速、大力矩、断电自锁、反应速度快、灵敏度高、无磁场扰动、低噪声、微位移结构形式等优良的性能而引起了世界各国的普遍关注和广泛研究，并显示出了巨大的开发潜力，现已广泛用于微型机械、机器人、精密仪器仪表、日用家电等领域。
现有的环形直线行波超声电机振子由压电陶瓷片和金属弹性体构成，如图7所示，金属弹性体由两个直梁段与两个半圆环封闭而成。虽然这种电机振子的两半圆环的半径可以很小，但受其直梁段较长的影响，通常这种电机振子的空间结构比较大。同时，形成良好的行波是该类超声电机的技术关键和难点所在，因此，对作为激励元件的压电陶瓷片有一定的要求即产生行波的两组压电陶瓷片在空间位置上必须保证相差四分之一波长，以便于找到形成行波所需的同频两正交模态，但由于其结构的限制，同一频率下的两正交模态很难实现。此外，超声电机的寿命一直是国内外研究人员关注的一个问题，这也直接影响着超声电机的产业化。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，克服现有环形直线行波超声电机振子空间结构大、寿命短、难于实现同一频率下的两正交模态等问题，提供一种结构紧凑、对称、易于实现同一频率下的两正交模态、寿命长的方圆形直线行波超声电机振子。
本实用新型的方圆形直线行波超声电机振子由金属弹性体及压电陶瓷片构成，其特殊之处是，金属弹性体是由四个直梁段和四个半圆弧段封闭而成的方圆形，根据对其模态的分析以及所选的振型，压电陶瓷片对称粘贴在四个直梁段的内侧，从而保持了其结构的对称性。
在金属弹性体的四个直梁段的外侧有若干个齿，以提高接触点的振幅以及由于磨损产生的碎屑的排除。
在金属弹性体的四个直梁段或圆弧段两侧分别有固定翼，以便于对其加以固定。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点1、结构紧凑，由于本实用新型的直梁段比较短，因此，大大减小了超声电机振子的空间结构。
2、寿命长，当上下两直梁段由于长期磨损而无法满足要求的精度时，可以应用左右两直梁段，使超声电机振子得以继续工作，相应地延长了超声电机振子的使用寿命，其寿命是现有环形振子寿命的2-4倍。
3、易于实现同一频率下两正交模态，根据方圆形振子模态分析并选择振型，压电陶瓷片对称粘贴，使其振子结构保持对称，从而易于找到同一频率下的两正交模态，确保形成良好的行波。
4、便于采用直接优化设计方法，由于其结构的对称性，在有限元分析的优化设计时，可以将压电陶瓷片的最佳布置位置与振子弹性体几何参数的优化一次纳入振子优化过程的直接优化方法，对该振子振动模态进行优化设计。
5、本实用新型的固定结构对称设置，对于方圆形直线行波超声电机振子固定来说，采取保持该振子结构的对称性的固定方案，为超声电机的制作提供了便利。
6、便于夹具的设计，本实用新型压电陶瓷片对称粘贴，对夹具的设计无须做更多的考虑，同时，也便于夹具的制造和装配。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3、图5是本实用新型其他实施方案的结构示意图；图4是图3的B-B剖视图；图6是图5的C-C剖视图；图7是现有环形直线行波超声电机的结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图1和图2所示，本实用新型的方圆形直线行波超声电机振子由金属弹性体1以及压电陶瓷片2共同构成，金属弹性体1是由四个直梁段和四个半圆弧段封闭而成的方圆形，以减小超声电机振子的空间结构；根据对其模态的分析以及所选的振型，压电陶瓷片2对称粘贴在金属弹性体1的四个直梁段的内侧，从而保持了其结构对称的特点；在金属弹性体1的四个直梁段的外侧均有若干个齿3，以提高接触点的振幅以及由于磨损产生的碎屑的排除；本实施例在金属弹性体1上未设置固定装置，适用于振子不固定，本身可沿导轨运动的自行式超声电机。
实施例2如图3和图4所示，其结构如实施例1，不同之处在于，在金属弹性体1的四个直梁段两侧分别有固定翼4，以便于在直梁段对其加以固定，振子固定后即成为定子，适用于驱动动子运动的非自行式超声电机。
实施例3如图5和图6所示，其结构如实施例1，不同之处在于，在金属弹性体1的四个圆弧段两侧分别有固定翼5，以便于在圆弧段对其加以固定，振子固定后即成为定子，适用于驱动动子运动的非自行式超声电机。
权利要求1.一种方圆形直线行波超声电机振子，它由金属弹性体及压电陶瓷片构成，其特征在于，金属弹性体是由四个直梁段和四个半圆弧段封闭而成的方圆形，压电陶瓷片对称粘贴在四个直梁段的内侧。
2.根据权利要求1所述的方圆形直线行波超声电机振子，其特征在于，在金属弹性体的四个直梁段的外侧有若干个齿。
3.根据权利要求1所述的方圆形直线行波超声电机振子，其特征在于，在金属弹性体的四个直梁段或圆弧段两侧分别有固定翼。
专利摘要一种方圆形直线行波超声电机振子，解决了现有环形直线行波超声电机振子空间结构大、寿命短、难于实现同一频率下的两正交模态等问题；本实用新型由金属弹性体及压电陶瓷片构成，其特殊之处是，金属弹性体是由四个直梁段和四个半圆弧段封闭而成的方圆形，根据对其模态的分析以及所选的振型，压电陶瓷片对称粘贴在四个直梁段的内侧，从而保持了其结构的对称性；优点在于，结构紧凑，大大减小了超声电机振子的空间结构；寿命长，当上下两直梁段由于长期磨损而无法满足要求的精度时，可以应用左右两直梁段，使超声电机振子得以继续工作，其寿命是现有环形振子寿命的2－4倍；易于实现同一频率下两正交模态，确保形成良好的行波，便于采用直接优化设计方法。
文档编号H02N2/02GK2794032SQ20052008974
公开日2006年7月5日 申请日期2005年3月15日 优先权日2005年3月15日
发明者何勍, 王宏祥, 王红静 申请人:辽宁工学院