專利名稱：多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于超聲應用領域，特別涉及微型化的超聲波電機結構設計。
背景技術：
壓電超聲電機是利用壓電材料的逆壓電效應，采取特定的結構制成的驅動機構，它一般由定子、轉子以及預壓力機構等功能部件構成。它利用壓電陶瓷的逆壓電效應，在定子表面產(chǎn)生超聲振動，并由定子與轉子之間的摩擦力驅動轉子運動。超聲電機具有以下優(yōu)于普通電磁電機的特點1、低轉速、大轉矩，不需要減速機構可直接驅動負載。
2、體積小、結構靈活，功率體積比是電磁電機的3-12倍。
3、起動停止響應快，響應時間小于1毫秒。
4、不產(chǎn)生電磁干擾，也不受電磁干擾。
5、有自保持力矩，無齒輪間隙，可精密定位。
6、運行安靜無噪聲。
彎曲振動模態(tài)超聲波電機是超聲電機的一種，它的結構相對別的超聲電機比較簡單，同樣主要由激勵超聲振動的定子，輸出力矩的轉子/軸以及給轉子加壓的預壓力機構等組成，所說的定子又主要由激勵振動的壓電陶瓷元件以及匹配塊構成。同時彎曲振動模態(tài)超聲波電機又根據(jù)激勵彎曲搖頭振動的方式和壓電陶瓷元件的形狀分為壓電片驅動電機、壓電管驅動電機。它們的傳動原理和驅動機構相似，如圖1所示。定子處于圓周搖頭的振動模態(tài)，定子11與環(huán)狀轉子12之間有一很小的間隙，傳動時定子邊彎曲邊搖頭運動，因此定子轉子之間有切點接觸，其接觸點在定子的外圓周邊上移動，依次，定、轉子間的摩擦力使轉子沿與接觸點移動方向相反的方向轉動。
圖2為已有的壓電片激勵彎曲搖頭振動的原理圖，所用的壓電陶瓷元件為兩層壓電疊片(每層由兩片壓電片組成)組成一組換能器。在同一壓電片上以直徑對稱分兩半反相極化，通A相電流的兩片壓電片21和通B相電流的兩片壓電片22空間垂直排列，兩相均采用朗之萬夾心結構組成定子，同時A相輸入sinwt信號，B相輸入coswt信號，這樣采用時間和空間各90度相位差來激勵彎曲振動；這種壓電片激勵的彎曲振動模態(tài)超聲波電機結構如圖3所示，上下匹配塊36、38夾緊兩層壓電疊片37后共同構成電機的定子，置于定子上的轉子35為空心結構，其中空部位有施加預壓力的彈簧34，力矩通過齒輪33輸出，32為聚四氟乙烯套，起軸承的作用，31為墊圈，39為主軸。
上述彎曲振動模態(tài)超聲波電機的主要優(yōu)勢就是易于實現(xiàn)微型化和產(chǎn)業(yè)化。但受常規(guī)加工工藝限制，電機所用的壓電片厚度不能太薄(一般不低于0.2mm)，工作時加到壓電片的外加電壓很高，需要變壓器升壓，電源不易集成化，且因只用一組換能器，兩層壓電片的上下位置差別大，使電機的兩路信號共振頻率不簡并，運動不易穩(wěn)定，限制了這種電機的使用。
發(fā)明內容
本發(fā)明為克服已有技術的不足之處，提出一種多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機，其特點是利用疊片共燒法制作的多層壓電疊片堆組成多組換能器作為激勵彎曲振動的壓電元件，本發(fā)明的微電機不但性能穩(wěn)定，而且由于每個壓電片很薄，驅動電源不需要變壓器升壓，可易于集成化，可大大的促進超聲電機的微型化和產(chǎn)業(yè)化。
本發(fā)明提出的多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機，包括中心軸及套于中心軸上的轉子和定子，以及力矩輸出部件；該定子由上匹配塊、換能器、電極引出片、下匹配塊組成定子的朗之萬夾心結構；其特征在于，所述的換能器為.n層壓電疊片堆壓成的一個整體的多組壓電疊片堆換能器，n≥14，其中，每層壓電疊片的兩片壓電片為朗之萬式排列；每片壓電片的兩個表面均分割成極化方向不同的m份電極，m≥32，各層壓電疊片再疊壓成一疊片堆；各層壓電疊片之間的電極連接方法采用內接法或外接法，分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極。
所述電機直徑的尺寸范圍可在1mm-30mm之間，所述壓電疊片堆的厚度可為電機直徑的尺寸范圍的1/5-1/3，每層壓電疊片的總厚度可為10-100μm，每片壓電疊片的電極層厚度可為3-10μm。
可將上述多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機用于數(shù)碼或非數(shù)碼相機和攝像機鏡頭的自動聚焦、其它光學儀器中光學鏡頭的自動聚焦，機械平臺、移動體或轉臺的精密定位領域。
本發(fā)明的特點及效果本發(fā)明利用疊片共燒法制作的多n層壓電疊片堆組成多組換能器作為激勵彎曲振動的壓電元件，取代已有的由兩層壓電疊片組成的一組換能器，由于每層壓電疊片很薄(每片厚度可達到3-5μm)，因此可在不需要變壓器升壓的情況下，直接提供2-6V電信號，使轉子在定子表面上明顯轉動起來，驅動電源可集成化。
由于使用多組換能器，使得電機定子的共振頻率簡并，且分電極的極化充分，運行性能優(yōu)良，效果更好，使電機性能穩(wěn)定。
本發(fā)明的換能器采用的壓電片的厚度及數(shù)量，本領域的技術人員可根據(jù)實際應用對電機性能要求確定。本發(fā)明的超聲電機直徑尺寸可為1mm到30mm之間。
本發(fā)明的n層壓電疊片堆組成多組換能器可用于已有的各種結構彎曲搖頭超聲微電機中。
本發(fā)明可大大的促進了超聲電機的微型化和產(chǎn)業(yè)化，在生物、醫(yī)療、微機械、國防科技等方面有著廣闊的應用前景。
圖1為已經(jīng)有的彎曲振動模態(tài)超聲波電機的傳動原理示意圖。
圖2為通過2層4個壓電片激勵彎曲搖頭振動的原理示意圖。
圖3為已有的4個壓電片激勵彎曲搖頭電機的結構示意圖。
圖4為本發(fā)明的壓電片均分2等份的疊片堆結構原理示意圖。
圖5為本發(fā)明的壓電片均分2等份的分疊片堆合成的組合結構原理示意圖。
圖6為本發(fā)明的壓電片均分4等份的疊片堆結構原理示意圖。
圖7為本發(fā)明的壓電片均分4等份的交叉旋轉疊片堆合成的組合結構原理示意圖。
圖8為本發(fā)明的壓電片均分4等份的四路信號引線的疊片堆結構原理示意圖。
圖9為本發(fā)明的壓電片均分6份以上的交叉旋轉疊片堆組合結構原理示意圖。
圖10為本發(fā)明的壓電片均分6份的三相疊片堆結構原理示意圖。
圖11為本發(fā)明的壓電超聲波電機的實施例一結構示意圖。
圖12為本發(fā)明的壓電超聲波電機的實施例二結構示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提供兩種電機實施例，并通過具有實現(xiàn)制作本發(fā)明所述超聲電機定子的7種不同的多組壓電疊片堆換能器結構，結合附圖詳細說明如下實施例一本發(fā)明設計出了壓電超聲波電機的實施例一，在本實施例中除采用多組壓電疊片堆換能器作為壓電元件外，其它結構采用本申請人已獲專利的超聲電機的相似結構，如圖11所示，該電機由轉子111、定子112、中心軸113組成。其中，定子112由上匹配塊1121、多層壓電陶瓷疊片堆1122、電極引出片1123、下匹配塊1124組成。轉子111由預緊螺母1111、固定支架1112、齒輪1113、過渡件A1114、過渡件B1115、電機轉子1116和預緊彈簧1117組成。
上匹配塊1121的內孔為螺紋孔11211，且與中心軸113的螺桿部分1131連接，兩者之間的旋擰可以為多層壓電陶瓷疊片堆1122提供預壓力，并將多層壓電陶瓷疊片堆1122、電極引出片1123、下匹配塊1124夾持在上匹配塊1121和中心軸113的法蘭端頭1132之間，形成定子112結構上的朗之萬模式，同時，法蘭端頭1132的端面起到對中心軸113軸向定位的作用。多層壓電陶瓷疊片堆1122的電引出是通過電極引出片1123完成的。電機轉子1116、過渡件B1115、預緊彈簧1117、齒輪1113、過渡件A1114、固定支架1112依次套在靠近中心軸113的螺紋1133的一端，通過預緊螺母1111與中心軸113上的螺紋1133的配合將轉子111與定子112構成一體。電機轉子1116的接觸端部11161呈圓環(huán)狀，且圓環(huán)狀接觸端部11161的上面單獨加工出有一定機械彈性的“U”字形狀的凹槽，根據(jù)電機的外形尺寸，該接觸端部11161沿徑向的特征尺寸應控制在0.05mm到1mm之間。接觸端部11161和定子112中的上匹配塊1121靠近電機轉子1116的上端面采用電鍍的方式沉積上一層表面耐磨材料，目的減少電機工作時的摩擦損耗。預緊彈簧1117放在齒輪1113和過渡件B1115之間，通過預緊彈簧1117的伸張力為轉子111和定子112的接觸提供軸向預緊力。過渡件B1115和電機轉子1116之間通過環(huán)氧膠粘接在一起，齒輪1113、過渡件B1115和電機轉子1116三者在電機工作時相對位置不變，即三者一起同步旋轉，而固定支架1112和預緊螺母1111相對電機的定子112保持不動，固定支架1112上的兩個對稱螺孔11121提供與外界的連接固定。
本實施例的電機直徑的尺寸范圍可在1mm-30mm之間；所采用的壓電片是利用疊片共燒法制作的，壓電疊片堆的總厚度為電機直徑的尺寸范圍的1/5-1/43，每層壓電疊片的總厚度為10-100μm，每片壓電疊片的電極層厚度為3-10μm。壓電疊片的總層數(shù)由壓電疊片堆的總厚度及采用壓電片每片的厚度確定。
本實施例中的多組壓電疊片堆換能器1122可采用以下7種具體結構第1種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖4所示，壓電疊片411為左右兩半極化方向相反，上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片412為前后兩半極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列。411和421相互正交組成一組換能器，上述各組換能器依次排列組合成多組(每組兩層共n層n≥14)壓電疊片換能器。各層壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的41類并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的42類也并聯(lián)引出電極，即制成一個整體的多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。每組換能器內各層壓電疊片之間雙雙進行正交排列，使得頻率簡并性能得到改善。
第2種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖5所示，壓電疊片511中左右兩半極化方向相反上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片512中左右兩半極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列。壓電疊片511，512.....n1層(n1≥7)組成分壓電疊片換能器組51，激勵信號使之產(chǎn)生左右彎曲振動；壓電疊片521中前后兩半的極化方向相反，上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片522中前后兩半的極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列。521，522......n2層(n2≥7)組成分壓電疊片換能器組52，激勵信號使之產(chǎn)生前后彎曲振動。分壓電疊片換能器51和52相互正交組成一個整體多組壓電疊片堆換能器。各層壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極，即制成可供使用的整體多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。但因每組換能器內壓電片平行排列，使得頻率簡并性能無法得到改善。但是這種結構引出電極較第一種簡單第3種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖6所示，壓電疊片611分割成4份電極，其中左右兩部分極化方向相反，上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片612也分割成4份電極，其中左右兩部分極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列。壓電疊片611，612.....，n層(n≥14)排列形成壓電疊片堆，激勵信號分別使之產(chǎn)生45度和135度方向的彎曲振動；位置和時間的相互正交合成旋轉運動。組成一個整體多組壓電疊片堆換能器。各層壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極，即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。而且每兩個壓電片組成的一層朗之萬疊片，不僅使得頻率簡并性能明顯得到改善。而且因為這種結構的相對的兩分電極的極化方向相反，激勵效率果是第1種和第2種的兩倍。
第4種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖7所示，壓電疊片711分割成4份電極，其中對角兩部分極化方向相同，且第1壓電片與第2壓電片對角極化方向相反，上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片712也分割成4份電極，其中對角兩部分極化方向也相同，且第1壓電片與第2壓電片對角極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列，但是712比711壓電片順時針旋轉90度(或270度)，將壓電疊片711和712交叉排列形成n層壓電疊片堆71(n≥14)，激勵信號將分別使之產(chǎn)生45度和135度方向的彎曲振動；位置和時間的相互正交合成旋轉運動。組成一個整體多組壓電疊片堆換能器。各壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極，即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。而且每兩層壓電疊片組成分換能器，不僅使得頻率簡并性能明顯得到改善。而且這種結構的激勵效果也是第1種和第2種的兩倍。
第5種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖8所示，壓電疊片811把電極分成均勻4份，上下兩片壓電片按朗之萬方式安裝，每個壓電片的4個電極上同時分別加Sinwt、Coswt、-Sinwt、-Coswt四路激勵電信號。再將n層(n≥14)壓電疊片811，812(與811完全相同)......再把相應電極并聯(lián)，組裝成整個多組壓電疊片堆換能器。各壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt，coswt，-sinwt，-coswt的激勵信號電極并聯(lián)引出，即可以提供組裝電機定子或其它換能器使用。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。而且每兩個壓電片組成的朗之萬疊片，不僅使得頻率簡并性能明顯得到改善。而且這種結構的激勵效果也是第1種和第2種的兩倍。
sinwt、coswt、-sinwt、-coswt四路交流電信號，則可激勵該壓電換能器產(chǎn)生所需的彎曲搖頭振動，交換其中任意兩路，彎曲搖頭振動反相。
這種方式也可以將電極分成4k，k＝1，2，3...k為模態(tài)階次，上下兩片壓電片按朗之萬方式安裝，依次加信號sinwt，coswt，-sinwt，-coswt，sinwt，coswt，-sinwt，-coswt....把相應電極并聯(lián)。壓電片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt，coswt，-sinwt，-coswt的激勵信號電極并聯(lián)引出，組成一個整體多組壓電疊片堆換能器，即可以提供組裝電機定子或其它換能器使用。
第6種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖9所示，壓電疊片911分割成6份電極，其中相鄰兩部分極化方向相反，上下兩片如朗之萬式排列，壓電疊片921也分割成6份電極，其中相鄰兩部分極化方向也相反，上下兩片也如朗之萬式排列，但是911比921壓電片順時針旋轉30度(或330度)。將n1層911疊片和n2層921疊片(n1+n2)≥14排列形成壓電疊片堆，激勵信號將分別使之產(chǎn)生3階彎曲振動；位置和時間的相互正交合成3階模式的旋轉運動。組成一個整體多組壓電疊片堆換能器。各層壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極，即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。而且每兩個壓電片組成的朗之萬疊片，不僅使得頻率簡并性能得到改善。而且這種結構的激勵效果比第1種和第2種約高1.5倍。
這種電極劃分和組合方式可以延續(xù)到將壓電片均分成8，10，12......等偶數(shù)份，使相鄰兩份反向極化。上面一層朗之萬與下面一層朗之萬沿周向錯開1/2等份，上面加sinwt信號電壓，下面加coswt信號電壓。即形成彎曲旋轉模態(tài).，.n層疊片組合即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。
第7種結構的多組壓電疊片堆換能器如圖10所示，壓電疊片1011分割成6份電極，其中相鄰三部分極化方向相同，另外相對三部分反向極化。上下兩片如朗之萬式排列，將n層1011(n≥14)排列形成壓電疊片堆，激勵信號將分別使之產(chǎn)生三相彎曲振動；位置和時間的相互差120度合成旋轉運動。組成一個整體多組壓電疊片堆換能器。各壓電疊片之間的電極連接方法用內接法或外接法均可。分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將sin(wt+120)激勵的和sin(wt+240)激勵的并聯(lián)引出電極，即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。與圖2相比減薄了片厚，降低了驅動電壓。而且每兩個壓電片組成的朗之萬疊片，不僅使得頻率簡并性能明顯得到改善，且優(yōu)于第1，2，3，4，5種。而且這種結構的激勵效果是第1種和第2種的1.5-3倍。
這種電極劃分和組合方式可以延續(xù)到將壓電片均分成12，24......等份，使相對兩份反向極化，.n層疊片組合即制成可供使用的多組壓電疊片堆換能器。
實施例二本實施例的電機總體結構是對實施例一結構的改進，如圖12所示，該電機由轉子121、定子122、中心軸123組成。其中，定子122由上匹配塊1222、粘接在上匹配塊1222上端面的摩擦材料1221、多層壓電陶瓷疊片堆1223、電極引出片1224、下匹配塊1225、帶有內螺紋的夾緊螺母1226組成。轉子121由預緊螺母1211、固定支架1212、齒輪1213、預緊彈簧1214和電機轉子1215組成。
摩擦材料1221與上匹配塊1222通過環(huán)氧樹脂膠連接在一起，上匹配塊1222的內孔為光孔，且與中心軸123之間保持過渡配合，通過中心軸123上的法蘭盤1232的端面實現(xiàn)中心軸123與上定子122之間的軸向定位。將多層壓電陶瓷疊片堆1223、電極引出片1224、下匹配塊1225依次套在中心軸123靠近螺紋1233的一側，具體位置要與上匹配塊1222的底部靠上，然后，用帶有內螺紋的夾緊螺母1226與中心軸123的底部螺紋1233配合，將多層壓電陶瓷疊片堆1223、電極引出片1224和下匹配塊1225以一定的力夾持成朗之萬的形式。多層壓電陶瓷疊片堆1223的電引出是通過電極引出片1224完成的。電機轉子1215、預緊彈簧1214、齒輪1213、固定支架1212依次套在中心軸123靠近螺紋1231的一側，通過預緊螺母1211與中心軸123上的螺紋1231的配合將轉子121與定子122構成一體。電機轉子1215的接觸端部12151呈圓環(huán)狀，根據(jù)電機的外形尺寸，該接觸端部12151沿徑向的特征尺寸應控制在0.05mm到1mm之間，電機工作時與摩擦材料1221摩擦接觸。預緊彈簧1214放在齒輪1213和電機轉子1215之間，通過預緊彈簧1214的張力為轉子121和定子122的接觸提供軸向預緊力。齒輪1213與電機轉子1215之間的相對位置不動，即電機工作時齒輪1213隨電機轉子1215一起同步旋轉，而固定支架1212和預緊螺母1211相對電機的定子122保持不動，固定支架1212上的兩個對稱螺孔12121提供與外界的連接固定。
本實施例中的多組壓電疊片堆換能器1223同樣可采用上述的7種具體結構。
權利要求
1.一種多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機，包括中心軸及套于中心軸上的轉子和定子，以及力矩輸出部件；該定子由上匹配塊、換能器、電極引出片、下匹配塊組成定子的朗之萬夾心結構；其特征在于，所述的換能器為.n層壓電疊片堆壓成的一個整體的多組壓電疊片堆換能器，n≥14，其中，每層壓電疊片的兩片壓電片為朗之萬式排列；每片壓電片的兩個表面均分割成極化方向不同的m份電極，m≥32，各層壓電疊片再疊壓成一疊片堆；各層壓電疊片之間的電極連接方法采用內接法或外接法，分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極。
2.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中從上自下的第一層壓電疊片的兩壓電片各分割成2份成左右兩半極化方向相反的朗之萬組合，第二層壓電疊片的兩壓電片也各分割成2份成前后兩半極化方向相反的朗之萬組合，第一、第二相鄰兩片壓電片朗之萬組合相互正交組成一組換能器。
3.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中從上自下的第一層壓電疊片的兩壓電片各分割成2份成左右兩半極化方向相反的電極，第二層壓電疊片的兩片壓電片分割成2份成前后兩半極化方向相反的電極，第一、第二層壓電疊片相互正交組成第一分組換能器；第三層壓電疊片的兩片壓電片的前后兩半極化方向相反，第四層壓電疊片的兩片壓電片的左右兩半極化方向相反，第三、第四層壓電疊片相互正交組成第二分組換能器；所述第一、第二分組換能器相互正交組成一組壓電疊片換能器。
4.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中從上自下的第一層壓電疊片的兩片壓電片分割成4份成左右兩半極化方向相反的電極，第二層壓電疊片的兩片壓電片分割成4份成前后兩半極化方向相反的電極，第一、第二層壓電疊片相互正交組成一組換能器。
5.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中從上自下的第一層壓電疊片的兩片壓電片分割成4份成對角極化方向相同的電極，第二層壓電疊片的兩片壓電片分割成4份成對角極化方向相同的電極且與第一層壓電疊片順時針旋轉90度放置，第一、第二層壓電疊片相互正交組成第一分組換能器；第三、第四層壓電疊片分別與第一、第二層壓電疊片的結構相同，第三、第四層壓電疊片相互正交組成第二組換能器；所述第一、第二分組換能器相互正交組成一多組壓電疊片堆換能器。
6.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中每相鄰兩片壓電片構成一層壓電疊片，其中每層壓電疊片的每片壓電片分割成4份同向極化的電極，每個壓電片的4個電極上同時分別加Sinwt、Coswt、-Sinwt、-Coswt四路激勵電信號，再將相鄰2層壓電疊片的相應電極并聯(lián)組裝成一組壓電疊片換能器。
7.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中從上自下的第一層壓電疊片的兩片壓電片分割成6份電極，其中相鄰兩部分極化方向相反，第二層壓電疊片的兩片壓電片分割成6份電極，其中相鄰兩部分極化方向相反，第一、第二層壓電疊片順時針旋轉30度放置，組裝成一組壓電疊片換能器。
8.如權利要求1所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述每組換能器中相鄰兩層壓電疊片組成一組換能器，其中每片壓電片分割成6份電極，相鄰三部分極化方向相同，另外相對三部分反向極化。
9.如權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，所述電機直徑的尺寸范圍在1mm-30mm之間，所述壓電疊片堆的總厚度為電機直徑的尺寸范圍的1/5-1/3，每層壓電疊片的總厚度為10-100μm，每片壓電疊片的電極層厚度為3-10μm。
10.如權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述彎曲搖頭超聲微電機，其特征在于，在所述上匹配塊靠近電機轉子的一側表面有一摩擦材料層，該上匹配塊的內孔為光孔，且與中心軸123之間保持過渡配合；所述多層壓電陶瓷疊片堆通過下部的電極引出片完成電源電壓引入，且通過夾緊螺母與中心軸的底部螺紋配合；所述電機轉子的接觸端部呈圓環(huán)狀，該接觸端部沿徑向的特征尺寸在0.05mm到1mm之間。
11.一種將多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機用于數(shù)碼或非數(shù)碼相機和攝像機鏡頭的自動聚焦、其它光學儀器中光學鏡頭的自動聚焦，機械平臺、移動體或轉臺的精密定位領域。
全文摘要
本發(fā)明涉及多組壓電疊片堆換能器組成的彎曲搖頭超聲微電機，屬于超聲應用領域，包括中心軸及套于中心軸上的轉子和定子，以及力矩輸出部件；定子由上匹配塊、換能器、電極引出片、下匹配塊組成；換能器為n層壓電疊片堆，n≥14，每片壓電片的兩個表面均分割成極化方向不同的m份電極，m≥32，各層壓電疊片再疊壓成一疊片堆；各層壓電疊片之間的電極連接方法采用內接法或外接法，分別將sinwt信號激勵的并聯(lián)引出電極，再將coswt激勵的也并聯(lián)引出電極。本發(fā)明促進了超聲電機的微型化。在輸入電信號峰峰值約32－6V時，轉子可以在定子表面上明顯轉動起來。本發(fā)明將在生物、醫(yī)療、微機械、國防科技等領域有廣闊的應用前景。
文檔編號H02N2/10GK1588784SQ20041007115
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月30日 優(yōu)先權日2004年7月30日
發(fā)明者周鐵英, 褚祥誠, 陳宇, 張力, 李龍土 申請人:清華大學