專利名稱：一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)^屬于超聲波微電機設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的 螺紋直線電機結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
2005年9月申請的一項美國專利"超聲引導(dǎo)的螺紋電機"(申請?zhí)枮?,147,435)中公 開了一種直線電機，該電機是由具有內(nèi)螺紋的圓孔金屬方柱all'和粘在外表面的4片壓電 片all(bll)作為定子(螺母)，用與定子內(nèi)螺紋al2(bl2)相嚙合的螺桿al3(bl3)作為轉(zhuǎn) 子軸--螺桿構(gòu)造成的直線電機，如圖la、圖lb所示。該電機是采用兩端自由的一階彎曲模 態(tài)，見圖lc。模態(tài)共振頻率20000赫茲以上。
并延伸出壓電管驅(qū)動的螺紋直線電機。該發(fā)明定子兩端是自由邊界，該電機是采用兩 端自由的一階彎曲模態(tài)，見圖lc。模態(tài)共振頻率20000赫茲以上。
該電機共振頻率高，裝配工藝復(fù)雜。
本申請人已獲得多項彎曲振動超聲波微電機的中國專利，這些專利名稱和專利號如
下
基于壓電柱的彎曲振動超聲波微電機(ZL 01109049.9)、帶導(dǎo)電軸的壓電柱的超聲微 電機(ZL 02100687.3)、 金屬方柱和壓電陶瓷片復(fù)合超聲微電機(ZL200410091132. 6 )、 壓電方柱彎曲振動超聲機(ZL200410091130.7)空心金屬方柱和壓電陶瓷片復(fù)合超聲微電 機(ZL200410101575.9)、開槽金屬方柱壓電片復(fù)合超聲微電機(ZL20051006330.x)。
以上這些專利沒有螺紋機構(gòu)。不能形成直線運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁 驅(qū)動的螺紋直線電機，這種結(jié)構(gòu)使用一階或二階彎曲模態(tài)，其共振頻率降低，且固定方式 簡單，可節(jié)省陣列布置的空間。而且制作方法簡單，工作可靠，并可降低成本。
本發(fā)明提出的一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于， 該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺管 組成的超聲電機的定子，該定子產(chǎn)生一階或二階彎曲振動模態(tài)；插入該螺管內(nèi)與螺管內(nèi)螺 紋配合的螺桿或螺管轉(zhuǎn)子，設(shè)置在該螺桿或螺管轉(zhuǎn)子下端面與壓電驅(qū)動器上端面之間的預(yù) 壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。
本發(fā)明提出的另一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在 于，該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺桿組成的超聲電^L的定子，該定子產(chǎn)生一階或二階彎曲振動模態(tài)；套入該螺桿上與螺桿外 螺紋結(jié)合的螺管轉(zhuǎn)子，該螺管轉(zhuǎn)子上端面設(shè)置有蓋板；設(shè)置在該螺管轉(zhuǎn)子的蓋板內(nèi)與螺桿 上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。
本發(fā)明還提出一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在 于，該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺 桿組成的超聲電機的定子，該定子產(chǎn)生一階或二階彎曲振動模態(tài)；套入該螺桿上與螺桿外 螺紋結(jié)合的螺管轉(zhuǎn)子，該螺管轉(zhuǎn)子上端面設(shè)置有蓋板；設(shè)置在該螺管轉(zhuǎn)子的蓋板內(nèi)與螺桿 上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。
本發(fā)明提出的另一種中部固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在 于，該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的一個壓電驅(qū)動器或兩個端面相連的兩個壓電驅(qū) 動器及分別固附在該一個壓電驅(qū)動器兩端或兩個壓電驅(qū)動器兩端的兩個螺桿組成超聲電 機的定子，該定子產(chǎn)生二階彎曲振動模態(tài)；分別套入所述兩個螺桿上的兩個螺管轉(zhuǎn)子，該 螺管轉(zhuǎn)子的螺管內(nèi)螺紋與螺桿外螺紋配合；設(shè)置在每個螺管轉(zhuǎn)子蓋板內(nèi)端面與螺桿自由端 面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述的一個壓電驅(qū)動器的中部固支，或在兩個壓電驅(qū)動器的連接面 固支。
所述壓電驅(qū)動器截面可為圓形、方形或多邊形狀。 所述預(yù)壓力機構(gòu)可為彈性元件或磁性元件。 本發(fā)明的特點及效果
本發(fā)明可將已有的微電機定子的一個端部邊界固支或簡支，另一端附加一段螺管(或 螺桿)，構(gòu)造成復(fù)合定子，轉(zhuǎn)子與定子通過螺紋嚙合，在定子驅(qū)動下，轉(zhuǎn)子繞軸旋轉(zhuǎn)，通 過螺紋把旋轉(zhuǎn)運動變成軸向直線運動。預(yù)壓力用微型彈簧或磁性片施加在定轉(zhuǎn)子之間。這 種結(jié)構(gòu)使用一階或二階彎曲模態(tài)，其彎曲共振頻率降低，且固定方式簡單，可節(jié)省陣列布 置的空間。而且采用壓電柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合驅(qū)動器的一端固支或簡支的螺紋直 線電機的制作方法簡單，工作可靠，并可降低成本。
本發(fā)明可使用已有的數(shù)個彎曲模態(tài)超聲微電機專利結(jié)構(gòu)進行裝配而成。 本裝置在微機械，航空航天，微電子，醫(yī)療器械，點字機等領(lǐng)域有廣闊地應(yīng)用前景。


圖1為已有的一 種直線電機示意其中，圖la為超聲引導(dǎo)的螺紋電機結(jié)構(gòu)，圖lb為壓電管螺紋電機結(jié)構(gòu)。圖lc 是該電機定子兩端自由的一階彎曲振動模態(tài)。
圖2為本發(fā)明的一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋管直線電機實施例1示意圖； 其中，圖2a為實施例l結(jié)構(gòu)示意圖。圖2b是該電機定子一端固支的一階彎曲振 動模態(tài)。圖2c是該電機定子一端固支的二階彎曲振動模態(tài)。
圖3為本發(fā)明的一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺桿直線電機實施例2示意圖； 其中，圖3a為實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。圖3b是該電機定子一端固支的一階彎曲振動模態(tài)。圖3c是該電機定子一端固支的二階彎曲振動模態(tài)。
圖4為本發(fā)明的中部(AB)固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋管直線電機實施例3 示意其中，圖4a為本實施例3結(jié)構(gòu)示意圖。圖4b該電機定子兩端自由的二階彎曲振
動模態(tài)。
圖5為本發(fā)明的中部(AB)固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺桿直線電機實施例4示意
其中，圖5a為本實施例4綿構(gòu)示意圖。圖5b該電機定子兩端自由的二階彎曲振 動模態(tài)。 具體實施例方式
本發(fā)明提出的一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機結(jié)構(gòu)實施例
及附圖詳細說明如下 實施例1
本實施例是底端固支的壓電驅(qū)動螺紋管直線超聲電機，其結(jié)構(gòu)如圖2a所示，該直線超 聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器21(可由壓電柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合組成) 及固附在21上端面的螺管22組成的超聲電機的定子；插入螺管22內(nèi)與螺管內(nèi)螺紋結(jié)合 的螺桿轉(zhuǎn)子23,設(shè)置在該螺桿轉(zhuǎn)子23下端面與壓電驅(qū)動器21上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu) 24，所述壓電驅(qū)動器21下端面固支。
本實施例利用超聲電機定子底端固支的一階或二階彎曲振動模態(tài)，使配合在螺管上的 螺桿轉(zhuǎn)子23進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，并由螺紋引導(dǎo)螺桿轉(zhuǎn)子23沿軸向直線運動。彈性元件或磁性 元件24對螺桿轉(zhuǎn)子23施加預(yù)壓力。
圖2b示出該電機定子一端固支的一階彎曲振動模態(tài)。圖2c示出該電機定子一端固支 的二階彎曲振動模態(tài)。
本實施例的螺桿轉(zhuǎn)子23也可以是中空的螺管以減輕重量。
本實施例的壓電驅(qū)動器21截面可以是圓形、方形或其他多邊形狀。
本實施例的預(yù)壓力機構(gòu)可以是彈性元件或磁性元件。例如采用兩個磁性環(huán)分別粘結(jié)到 螺管和螺桿端部，或者一個磁性環(huán)，另一個是鐵磁性環(huán)分別粘結(jié)到螺管和螺桿端部。
本實施例的運動方向由壓電柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合驅(qū)動器的驅(qū)動信號和螺紋旋 向決定。本實施例特別適用于點字機。
實施例2
本實施例是底端固支的壓電驅(qū)動螺桿直線超聲電機，其結(jié)構(gòu)如圖3'所示； 該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器31 (可由壓電柱、壓電管或金屬壓 電片復(fù)合組成)及固附在31上端面的螺桿32組成的超聲電機的定子；套入螺桿32上與 螺桿外螺紋結(jié)合的螺管轉(zhuǎn)子33，該螺管轉(zhuǎn)子33上端面設(shè)置有蓋板35;設(shè)置在該螺管轉(zhuǎn)子 的蓋板35內(nèi)與螺桿32上端面之間的彈性元件或磁性元件34，所述壓電驅(qū)動器31下端面固支。
本實施例利用超聲電機定子一端固支的一階或二階彎曲振動模態(tài)，使配合在螺桿上的 螺管轉(zhuǎn)子33進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，并由螺紋引導(dǎo)螺管轉(zhuǎn)子33沿軸向直線運動。
本實施例蓋板35可與螺管加工成一體。彈性元件或磁性元件34對螺管轉(zhuǎn)子施加預(yù)壓力。
圖3b示出該電機定子一端固支的一階彎曲振動模態(tài)。圖3c示出該電機定子一端固支 的二階彎曲振動模態(tài)。
實施例3 、
本實施例是中部(AB)固支的壓電驅(qū)動螺紋管直線超聲電機，其結(jié)構(gòu)如圖4a所示； 該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的一個壓電驅(qū)動器或兩個端面相連的兩個壓電驅(qū)動 器41及分別固附在壓電驅(qū)動器41兩端或兩個壓電驅(qū)動器兩端的兩個螺管42組成超聲電 機的定子，分別插入兩個螺管42內(nèi)與螺管內(nèi)螺紋結(jié)合的兩個螺桿轉(zhuǎn)子43，分別設(shè)置在該 兩個螺桿轉(zhuǎn)子43下端面與兩個壓電驅(qū)動器41上端面之間的兩個彈性元件或磁性元件24， 所述若采用一個壓電驅(qū)動器41，則在其中部固支，若采用兩個壓電驅(qū)動器41，則在兩個 壓電驅(qū)動器的連接面(AB)固支。
利用超聲電機定子中部固支的二階彎曲振動模態(tài)，使配合在螺管上的兩個螺桿轉(zhuǎn)子43 進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，并由螺紋引導(dǎo)兩個螺桿轉(zhuǎn)子43沿軸向直線運動。兩個彈性元件或磁性元 件44對螺桿施加預(yù)壓力。螺桿轉(zhuǎn)子43也可以是中空的螺管以減輕重量。運動方向由壓電 柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合驅(qū)動器的驅(qū)動信號和螺紋旋向決定。
圖4b示出該電機定子兩端自由的二階彎曲振動模態(tài)。
實施例4
本實施例是中部(AB)固支的壓電驅(qū)動螺桿直線超聲電機，其結(jié)構(gòu)如圖5a所示；該 直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的一個壓電驅(qū)動器或兩個端面相連的兩個壓電驅(qū)動器 51及分別固附在壓電驅(qū)動器51兩端或兩個壓電驅(qū)動器兩端的兩個螺桿52組成超聲電機的 定子。帶有端蓋板55的兩個螺管轉(zhuǎn)子53分別套在螺桿上，并與螺桿外螺紋配合，兩個彈 性元件或磁性元件54分別設(shè)置在該兩個螺管轉(zhuǎn)子53端蓋板內(nèi)端面與兩個螺桿52自由端 面之間。所述若采用一個壓電驅(qū)動器51，則在其中部固支.，若采用兩個壓電驅(qū)動器51， 則在兩個壓電驅(qū)動器的連接面(AB)固支。
利用超聲電機定子中部固支的二階彎曲振動模態(tài)，使配合在螺桿上的兩個螺管轉(zhuǎn)子53 進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，并由螺紋引導(dǎo)兩個螺管轉(zhuǎn)子53沿軸向直線運動。兩個彈性元件或磁性元 件54對螺管施加預(yù)壓力。
螺管運動方向由壓電柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合驅(qū)動器的驅(qū)動信號和螺紋旋向決定。
圖5b該電機定子兩端自由的二階彎曲振動模態(tài)。
權(quán)利要求
1、一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于，該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺管組成的超聲電機的定子，該定子產(chǎn)生一階或二階彎曲振動模態(tài)；插入該螺管內(nèi)與螺管內(nèi)螺紋配合的螺桿或螺管轉(zhuǎn)子，設(shè)置在該螺桿或螺管轉(zhuǎn)子下端面與壓電驅(qū)動器上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。
2、 如權(quán)利要求1所述的直線超聲電機，其特征在于，所述壓電驅(qū)動器截面為圓形、 方形或多邊形狀。
3、 如權(quán)利要求1所述的直線超聲電機，其特征在于，所述預(yù)壓力機構(gòu)為彈性元件或 磁性元件。
4、 一種一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于，該直線 超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺桿組成的 超聲電機的定子，該定子產(chǎn)生一階或二階彎曲振動模態(tài)；套入該螺桿上與螺桿外螺紋結(jié)合 的螺管轉(zhuǎn)子，該螺管轉(zhuǎn)子上端面設(shè)置有蓋板；設(shè)置在該螺管轉(zhuǎn)子的蓋板內(nèi)與螺桿上端面之 間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。
5、 如權(quán)利要求3所述的直線超聲電機，其特征在于，所述壓電驅(qū)動器截面為圓形、 方形或多邊形狀。
6、 如權(quán)利要求3所述的直線超聲電機，其特征在于，所述蓋板與螺管一體加工而成。
7、 一種中部固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于，該直線 超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的一個壓電驅(qū)動器或兩個端面相連的兩個壓電驅(qū)動器及分 別固附在該一個壓電驅(qū)動器兩端或兩個壓電驅(qū)動器兩端的兩個螺管組成超聲電機的定子， 該定子產(chǎn)生二階彎曲振動模態(tài)；分別插入兩個螺管內(nèi)與螺管內(nèi)螺紋配合的兩個螺桿轉(zhuǎn)子， 設(shè)置在該每個螺桿轉(zhuǎn)子下端面與壓電驅(qū)動器上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述的一個壓電驅(qū) 動器的中部固支，或在兩個壓電驅(qū)動器的連接面固支。
8、 一種中部固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于，該直線 超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的一個壓電驅(qū)動器或兩個端面相連的兩個壓電驅(qū)動器及分 別固附在該一個壓電驅(qū)動器兩端或兩個壓電驅(qū)動器兩端的兩個螺桿組成超聲電機的定子， 該定子產(chǎn)生二階彎曲振動模態(tài)；分別套入所述兩個螺桿上的兩個螺管轉(zhuǎn)子，該螺管轉(zhuǎn)子的 螺管內(nèi)螺紋與螺桿外螺紋配合；設(shè)置在每個螺管轉(zhuǎn)子蓋板內(nèi)端面與螺桿自由端面之間的預(yù) 壓力機構(gòu)，所述的一個壓電驅(qū)動器的中部固支，或在兩個壓電驅(qū)動器的連接面固支。
全文摘要
本發(fā)明涉及一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁驅(qū)動的螺紋直線超聲電機，其特征在于，該直線超聲電機包括由產(chǎn)生彎曲振動的壓電驅(qū)動器及固附在該壓電驅(qū)動器上端面的螺管組成的超聲電機的定子；插入該螺管內(nèi)與螺管內(nèi)螺紋配合的螺桿或螺管轉(zhuǎn)子，設(shè)置在該螺桿或螺管轉(zhuǎn)子下端面與壓電驅(qū)動器上端面之間的預(yù)壓力機構(gòu)，所述壓電驅(qū)動器下端面固支。本發(fā)明可使其彎曲共振頻率降低，且固定方式簡單，可節(jié)省陣列布置的空間。而且采用壓電柱、壓電管或金屬壓電片復(fù)合驅(qū)動器的一端固支或簡支的螺紋直線電機的制作方法簡單，工作可靠，并可降低成本，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
文檔編號H02N2/04GK101505114SQ200910080339
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者傅德永, 周鐵英, 逸 束, 宇 陳 申請人:清華大學(xué)