專利名稱：一種直線式超聲電機的作動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲電機領(lǐng)域，尤其涉及一種直線式超聲電機的作動器。
背景技術(shù)：
超聲電機是利用壓電陶瓷的逆電壓效應(yīng)和超聲振動的新型動力裝置。其中，直線型超聲電機屬于直線電機的一種。該電機在具有一般超聲電機特點的基礎(chǔ)上更是具有體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，運動精度高，無需運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)以及驅(qū)動電路簡單的特點?，F(xiàn)有技術(shù)中常采用粘結(jié)的方式實現(xiàn)壓電陶瓷和定子的結(jié)合。定子與壓電陶瓷之間的粘結(jié)好壞直接關(guān)系到電機的輸出性能。粘結(jié)層的厚度要保證能量能更好地從壓電陶瓷材料傳遞到定子上，而且利于壓電陶瓷熱量的散發(fā)，提高電機的輸出性能；粘結(jié)層內(nèi)部若夾有氣泡，容易在高頻振動下產(chǎn)生脫膠現(xiàn)象，使得電機報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，設(shè)計開發(fā)了一種直線式超聲電機的作動器。在本發(fā)明中，定子具有一支撐桿和兩個支臂，預壓緊構(gòu)件則具有可由支撐桿通過的通孔，壓電陶瓷被固定于支臂與預壓緊構(gòu)件的預壓緊端之間，壓電陶瓷與定子的結(jié)合不再需要涂膠、粘結(jié)等工藝，簡化了工藝過程，保證了作動器的性能。并且，本發(fā)明的作動器具有結(jié)構(gòu)簡單和緊湊的優(yōu)點。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種直線式超聲電機的作動器，包括壓電陶瓷；定子，其包括有一支撐桿和兩支臂，所述兩支臂分布于所述支撐桿的兩側(cè)，且所述兩支臂的延伸方向彼此成一定角度，所述支撐桿在所述兩支臂所形成的平面內(nèi)運動的剛度小于與所述兩支臂所形成的平面垂直的方向的運動的剛度，所述定子為金屬彈性體；預壓緊構(gòu)件，所述預壓緊構(gòu)件具有供所述支撐桿穿過的通孔，且具有兩預壓緊端， 所述兩支臂位于所述預壓緊構(gòu)件的外側(cè)，且所述預壓緊端與所述支臂之間形成容納所述壓電陶瓷、并向所述壓電陶瓷施加預壓力的空間，所述支撐桿的一端為驅(qū)動端，另一端連接于所述預壓緊構(gòu)件的固定端。優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述定子為對稱結(jié)構(gòu)，且所述兩支臂的延伸方向彼此成90度。 優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述預壓緊構(gòu)件為對稱結(jié)構(gòu)，所述通孔位于所述預壓緊構(gòu)件的對稱線位置。優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述支撐桿的延伸出所述預壓緊構(gòu)件的通孔的、且位于所述預壓緊構(gòu)件的固定端一側(cè)的部分具有外螺紋，所述支撐桿通過旋緊于所述外螺紋上的螺母與所述預壓緊構(gòu)件固定連接。優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述驅(qū)動端具有一平面端面。
優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述螺母與所述預壓緊構(gòu)件的固定端之間設(shè)置有彈簧墊片。優(yōu)選的是，所述的直線式超聲電機的作動器中，所述壓電陶瓷為層疊式壓電陶瓷。本發(fā)明所述的直線式超聲電機的作動器的定子具有一支撐桿和兩個支臂，預壓緊構(gòu)件則具有可由支撐桿通過的通孔，壓電陶瓷被固定于支臂與預壓緊構(gòu)件的預壓緊端之間，壓電陶瓷與定子的結(jié)合不再需要涂膠、粘結(jié)等工藝，簡化了工藝過程，保證了作動器的性能。本發(fā)明還具有以下有益效果(1)本發(fā)明的作動器的驅(qū)動端的端面為一平面，此設(shè)計有別于現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動端與動子之間的點接觸形式，增加了驅(qū)動端與動子之間的接觸面積，減小了接觸應(yīng)力，可提高超聲電機的使用壽命；(2)本發(fā)明的作動器的預壓緊構(gòu)件和定子都采用對稱結(jié)構(gòu)，保證對兩個壓電陶瓷施加均衡一致的壓力，改善壓電陶瓷的應(yīng)力分布狀況；(3)本發(fā)明的作動器具有結(jié)構(gòu)簡單和緊湊的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明所述的直線式超聲電機的作動器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為應(yīng)用本發(fā)明所述的作動器的直線式超聲電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述的直線式超聲電機的作動器的定子工作的模態(tài)循環(huán)示意圖。圖4為本發(fā)明所述的直線式超聲電機的作動器的支撐桿的調(diào)整部位的橫截面。圖5為本發(fā)明所述的直線式超聲電機的作動器的定子的尺寸示意圖，其中，圖 5(a)為定子的主視圖，圖5(b)為定子的右視圖，圖5(c)為定子的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供一種直線式超聲電機的作動器，包括壓電陶瓷1 ； 定子2，其包括有一支撐桿22和兩支臂21，所述兩支臂21分布于所述支撐桿22的兩側(cè)，且所述兩支臂21的延伸方向彼此成一定角度，所述支撐桿22在所述兩支臂21所形成的平面內(nèi)運動的剛度小于與所述兩支臂21所形成的平面垂直的方向的運動的剛度，所述定子2為金屬彈性體；預壓緊構(gòu)件3，所述預壓緊構(gòu)件3具有供所述支撐桿22穿過的通孔，且具有兩預壓緊端31，所述兩支臂21位于所述預壓緊構(gòu)件3的外側(cè)，且所述預壓緊端31與所述支臂之間形成容納所述壓電陶瓷1、并向所述壓電陶瓷1施加預壓力的空間，所述支撐桿的一端為驅(qū)動端23，另一端連接于所述預壓緊構(gòu)件3的固定端32。兩塊相同規(guī)格的壓電陶瓷1被壓緊在預壓緊構(gòu)件3的預壓緊端31，定子2的支撐桿延伸出預壓緊構(gòu)件3的固定端32的部分上套設(shè)有彈簧墊片5，通過定力矩扳手將螺母4 擰緊。預壓緊構(gòu)件3的兩邊開有安裝孔33。圖2是應(yīng)用本發(fā)明的作動器的直線超聲電機結(jié)構(gòu)示意圖。固定好直線導軌6后，將作動器壓緊在直線導軌6的驅(qū)動面上，同時利用作動器預壓緊構(gòu)件3兩邊的安裝孔33固定作動器即可。直線式超聲電機中的動子為直線導軌6。
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本發(fā)明中作動器的定子的尺寸經(jīng)有限元優(yōu)化設(shè)計確定，可確保其一階縱振模態(tài)和二階彎振模態(tài)的頻率一致性。本發(fā)明中定子的尺寸如圖5所示，定子的驅(qū)動端23的寬度為 4mm，支臂21的寬度為3mm，支臂的端部到驅(qū)動端之間的距離為5mm，調(diào)整部位M緊靠著兩支臂，位于兩支臂的下方，從支撐桿調(diào)整部位24到支撐桿底部端面之間的距離為17mm，定子的支撐桿以及兩支臂為圓柱體。此外，本發(fā)明的定子的材料為磷青銅。如圖3所示，當給上述兩個壓電陶瓷分別通入兩路相位差為90度的正弦電壓信號時，利用壓電陶瓷片的逆壓電效應(yīng)就可以同時激發(fā)出定子的縱振模態(tài)和彎振模態(tài)，這兩個振動模態(tài)在作動器的驅(qū)動端合成成一個橢圓運動。該橢圓運動可以用來推動直線導軌進行運動。如果交換這兩相正弦信號時，驅(qū)動端所產(chǎn)生的橢圓運動將會反向，直線導軌的運動方向也會相反。在圖2所示的直線式超聲電機中，正是利用該橢圓運動來驅(qū)動直線導軌進行正反向運動。為保證定子的驅(qū)動端可以形成上述橢圓運動，還要使支撐桿在兩支臂所形成的平面內(nèi)運動的剛度小于與兩支臂所形成的平面垂直的方向的運動的剛度。如圖3所示，支撐桿在位于兩個支臂的下方的位置具有一調(diào)整部位對，此部分的橫截面如圖4所示。假設(shè)上述橢圓運動是位于紙面上，則支撐桿在紙面內(nèi)向左右方向的剛度應(yīng)小于其垂直于紙面方向上的剛度。應(yīng)用壓電陶瓷的d33方向效應(yīng)，激振效率更高。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述定子為對稱結(jié)構(gòu)，且所述兩支臂21的延伸方向彼此成90度。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述預壓緊構(gòu)件3為對稱結(jié)構(gòu)，所述通孔位于所述預壓緊構(gòu)件3的對稱線位置。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述支撐桿的延伸出所述預壓緊構(gòu)件的通孔的、且位于所述預壓緊構(gòu)件的固定端一側(cè)的部分具有外螺紋，所述支撐桿22通過旋緊于所述外螺紋上的螺母4與所述預壓緊構(gòu)件3固定連接。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述驅(qū)動端23具有一平面端面。本發(fā)明的作動器的驅(qū)動端23的端面為一平面，此設(shè)計有別于現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動端與動子之間的點接觸形式，增加了驅(qū)動端與直線導軌之間的接觸面積，減小了接觸應(yīng)力， 可提高超聲電機的使用壽命。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述螺母4與所述預壓緊構(gòu)件3的固定端之間設(shè)置有彈簧墊片5。上述彈簧墊片5用于防止擰緊螺母松脫。所述的直線式超聲電機的作動器中，所述壓電陶瓷為層疊式壓電陶瓷。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權(quán)利要求
1.一種直線式超聲電機的作動器，其特征在于，包括壓電陶瓷；定子，其包括有一支撐桿和兩支臂，所述兩支臂分布于所述支撐桿的兩側(cè)，且所述兩支臂的延伸方向彼此成一定角度，所述支撐桿在所述兩支臂所形成的平面內(nèi)運動的剛度小于與所述兩支臂所形成的平面垂直的方向的運動的剛度，所述定子為金屬彈性體；預壓緊構(gòu)件，所述預壓緊構(gòu)件具有供所述支撐桿穿過的通孔，且具有兩預壓緊端，所述兩支臂位于所述預壓緊構(gòu)件的外側(cè)，且所述預壓緊端與所述支臂之間形成容納所述壓電陶瓷、并向所述壓電陶瓷施加預壓力的空間，所述支撐桿的一端為驅(qū)動端，另一端連接于所述預壓緊構(gòu)件的固定端。
2.如權(quán)利要求1所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述定子為對稱結(jié)構(gòu)， 且所述兩支臂的延伸方向彼此成90度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述預壓緊構(gòu)件為對稱結(jié)構(gòu)，所述通孔位于所述預壓緊構(gòu)件的對稱線位置。
4.如權(quán)利要求3所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述支撐桿的延伸出所述預壓緊構(gòu)件的通孔的、且位于所述預壓緊構(gòu)件的固定端一側(cè)的部分具有外螺紋，所述支撐桿通過旋緊于所述外螺紋上的螺母與所述預壓緊構(gòu)件固定連接。
5.如權(quán)利要求1所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述驅(qū)動端具有一平面端面。
6.如權(quán)利要求1所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述螺母與所述預壓緊構(gòu)件的固定端之間設(shè)置有彈簧墊片。
7.如權(quán)利要求1所述的直線式超聲電機的作動器，其特征在于，所述壓電陶瓷為層疊式壓電陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直線式超聲電機的作動器包括壓電陶瓷；定子，其包括有一支撐桿和兩支臂，兩支臂分布于支撐桿的兩側(cè)，且兩支臂的延伸方向彼此成一定角度，支撐桿在兩支臂所形成的平面內(nèi)運動的剛度小于與所述兩支臂所形成的平面垂直的方向的運動的剛度；預壓緊構(gòu)件，所述預壓緊構(gòu)件具有供所述支撐桿穿過的通孔，且具有兩預壓緊端，所述兩支臂位于所述預壓緊構(gòu)件的外側(cè)，且所述預壓緊端與所述支臂之間形成容納所述壓電陶瓷、并向所述壓電陶瓷施加預壓力的空間，所述支撐桿的一端為驅(qū)動端，另一端連接于所述預壓緊構(gòu)件的固定端。本發(fā)明的壓電陶瓷與定子的結(jié)合不再需要涂膠、粘結(jié)等工藝，簡化了工藝過程，保證了作動器的性能。
文檔編號H02N2/04GK102497131SQ20111042450
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者張麗, 李志榮, 楊宏, 汪紅兵, 許海 申請人:蘇州市職業(yè)大學