專利名稱：一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓電材料應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種微型壓電陶瓷馬達。
背景技術(shù)：
壓電馬達作為一種全新的驅(qū)動器，以低速大轉(zhuǎn)矩、大靜態(tài)保持カ矩、響應(yīng)速度快、體積小重量輕，納米量級的分辨率以及無磁場干擾等優(yōu)點受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，并在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。通常，壓電馬達可以分為直線型壓電馬達和旋轉(zhuǎn)型壓電馬達。直線型壓電馬達中的動子作直線運動；旋轉(zhuǎn)型壓電馬達中的動子作旋轉(zhuǎn)運動。一般說來，在同等推力的情況下，人們希望進ー步提高馬達的效率，降低壓電馬達驅(qū)動電壓和減小壓電馬達尺寸，以使壓電馬達能應(yīng)用于更多場合。美國專利US5877579公開了ー種典型的線性壓電馬達式L1-B2型馬達，該馬達的 振動元件為ー長方形壓電陶瓷。陶瓷的一面為全電極，另一面為四等分電極，陶瓷沿厚度方向極化。馬達工作在第一階的縱振動模式(LI)和第二階的彎曲振動模式(B2)。當LI和B2被加在對角兩個電極同時激發(fā)時，在陶瓷的端部中間部位產(chǎn)生橢圓的駐波，由粘接在該部位的摩擦塊驅(qū)動動子運動。當振動由另一對電極激發(fā)時，驅(qū)動力相反，動子朝另一方向運動。這種馬達結(jié)構(gòu)雖然簡單，但陶瓷尺寸較厚，需要較大的電壓才能在端部形成一定的振動幅度來驅(qū)動動子運動。另外，馬達的效率也不高，發(fā)熱較嚴重，在高負載下只能間歇性工作。美國專利US6940209公開了ー種陶瓷金屬復(fù)合管馬達，該馬達的定子由一金屬管和四片壓電陶瓷構(gòu)成，四篇陶瓷沿管的縱向?qū)ΨQ粘貼于金屬管的外表面。陶瓷沿厚度方向極化，正對面的兩個陶瓷和金屬管構(gòu)成ー對電扱。當兩對電極分別施加相位差為90度的一定高頻電信號吋，將在復(fù)合管得兩端產(chǎn)生ー種類似“呼拉圈”的搖頭運動(Wobbling)。在金屬管的兩端內(nèi)側(cè)加工有螺紋。轉(zhuǎn)子為一螺桿形金屬，和定子兩端的螺紋連接，當定子作“呼拉圈”的搖頭運動時，會帶動轉(zhuǎn)子作螺旋形直線運動。這種設(shè)計雖然能夠做成尺寸較小的馬達，及穩(wěn)定的定子與轉(zhuǎn)子間的連接，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，馬達推力有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種具有低電壓驅(qū)動，大推力的線性壓電陶瓷馬達——金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達。本發(fā)明包括定子和設(shè)于壓電陶瓷表面的電極，其特征在于定子設(shè)有金屬管、壓電陶瓷組件和驅(qū)動足；金屬管為四方形柱管，壓電陶瓷組件設(shè)有4片壓電陶瓷，4片壓電陶瓷均設(shè)有電扱，壓電陶瓷的極化方向是沿厚度方向，4片壓電陶瓷分別固于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面，驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的其中I片壓電陶瓷上，或著固于金屬管4個棱邊中的I個棱邊上。所述金屬管最好為四方形或正四方形柱管，金屬管的4個棱邊最好為平面過渡的棱邊，或為圓弧過渡的棱邊。所述4片壓電陶瓷為相同的長方形片狀壓電陶瓷。
所述4片壓電陶瓷分別固于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面，是4片壓電陶瓷分別對稱粘貼于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面上。所述設(shè)于壓電陶瓷表面的電極是涂覆于壓電陶瓷上下兩表面的全電極。所述定子上還設(shè)有夾持件和弾性件，夾持件夾持在定子上，弾性件與夾持件連接。夾持件夾持在定子的節(jié)點位置處，這樣可避免影響定子的振動，弾性片的作用是施加預(yù)緊力于驅(qū)動足上，同時起到固定定子的作用。所述驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的I片壓電陶瓷上，或著固于金屬管4個棱邊中 的I個棱邊上，是驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的I片壓電陶瓷的中間位置上，或著是固于金屬管4個棱邊中的I個棱邊中間位置上。 與現(xiàn)有線性壓電陶瓷馬達比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點使用時，通過電極對壓電陶瓷施加一定的高頻電信號時，會在金屬管的中間部位產(chǎn)生ー種類似“呼拉圈”的搖頭運動(Wobbling)或駐波運動。而位于該部位的驅(qū)動足則作橢圓運動，驅(qū)動足就帶動與它觸接的被驅(qū)動件(如滑塊)進行運動，從而實現(xiàn)驅(qū)動功能。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單和小尺寸的突出優(yōu)點，同時可采用較薄的壓電陶瓷，可實現(xiàn)低電壓驅(qū)動和大推力工作。


圖I為本發(fā)明實施例I的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實施例I的極化和電驅(qū)動方式示意圖。圖3為本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖4的結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖6為本發(fā)明實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖6的結(jié)構(gòu)分解示意圖。圖8為本發(fā)明應(yīng)用時的安裝示意圖。圖9是本發(fā)明用于驅(qū)動設(shè)于導(dǎo)軌上的滑塊作直線運動的示意圖。
具體實施例方式實施例I參見圖I和2，定子設(shè)有金屬管101，壓電陶瓷102(4片)、驅(qū)動足103和電極(ニ對)。金屬管101橫截面為正四方形，金屬管101的4條棱邊1011均為小平面過渡棱邊，可減低金屬管101的剛性，金屬管101中心孔標號為1010。金屬管101的4個側(cè)面采用高強度環(huán)氧樹脂分別對稱粘貼I片壓電陶瓷102。驅(qū)動足103設(shè)于金屬管101的I個棱邊1011上，驅(qū)動足103 —般由耐磨材料，如氧化鋁陶瓷、硬質(zhì)合金等制成。壓電陶瓷102的上下兩表面為全電極，沿厚度方向極化，如圖2箭頭所示。其中一對相鄰2片壓電陶瓷102的極化方向相同，即指向定子外側(cè)，而另一對相鄰2片壓電陶瓷102的極化方向相反，即指向定子內(nèi)側(cè)。定子由一個可輸出兩組一定頻率和相位差的電源驅(qū)動，輸出波形可為正弦波，方波，三角波，或其他波形。由圖2所示?，F(xiàn)以正弦波信號為例，在其中一對電極上接入激勵信號Vsincot、另外ー對電極接入Vcoscot,由此組成ニ對具有90°相位差的交流驅(qū)動信號。當電場方向與極化方向一致時，壓電陶瓷沿極化方向(厚度方向)伸長，同時沿長度方向縮短，反之，壓電陶瓷沿極化方向(厚度方向)縮短，同時沿長度方向伸長。由于輸入的驅(qū)動電壓信號是具有90°相位差的兩組脈沖信號，所以定子在正交的兩個方向上產(chǎn)生交替形變，并最終使粘結(jié)驅(qū)動足103作橢圓軌跡運動，驅(qū)動足103同時帶動被驅(qū)動件(如滑塊，圖I和2中未畫出)。若兩組電源相互切換，則被驅(qū)動件將朝反方向運動。定子也可由単相電源驅(qū)動，這樣定子將沿施加驅(qū)動信號的ー對壓電陶瓷的法線方向作振動，并帶動被驅(qū)動件(動子)朝ー個方向運動。當電源施加于另ー對壓電陶瓷陶瓷時，被驅(qū)動件(動子)將朝另一個方向運動。實施例2參見圖3，與實施例I類似，區(qū)別在于，驅(qū)動足103設(shè)于4片壓電陶瓷102中的I片壓電陶瓷102的表面中間位置。工作原理相同。圖3中的其余標號與實施例I對應(yīng)一致。實施例3 參見圖4和5，與實施例2類似，區(qū)別在于，定子上還設(shè)有夾持件100和彈性件104，持件100與壓電陶瓷102粘接，弾性件104與夾持件100粘接。粘接采用環(huán)氧樹脂。粘接使定子、夾持件100和彈性件104形成一體式結(jié)構(gòu)。彈性件104的作用是通過夾持件100施加預(yù)緊カ于驅(qū)動足103上，同時起到固定定子的作用。弾性件104為彈簧片。夾持件100夾持在定子的節(jié)點位置處，定子的其他部位不與彈簧片104接觸，這樣不會影響定子的振動。節(jié)點的位置取決于所采用的振動模式，如采用ー階彎曲振動模式，節(jié)點的位置位于端部O. 224 λ處，λ為金屬管101的長度。如壓電陶瓷102的長度小于金屬管101的長度，節(jié)點位置會偏離，可通過理論計算或?qū)嶒灥贸龉?jié)點位置。為了節(jié)省空間，彈簧片104也可以平行于定子的長度方向安裝。實施例4參見圖6和7，與實施例3類似，區(qū)別在于，實施例3所述的夾持件100 (如圖4和圖5所示)的結(jié)構(gòu)變換為定子套106，這樣可方便安裝和簡化彈簧片的形狀。定子套106卡套在定子上(可拆裝)，彈簧片107底部與定子套106上端面卡嵌式連接(可拆裝)。圖6和7中的其余標號與實施例3對應(yīng)一致。參見圖8,本發(fā)明應(yīng)用時,將定子(圖8中以實施例3所述定子為例)放置于殼體內(nèi)，殼體設(shè)有底座301和蓋302，底座301內(nèi)設(shè)有馬達放置槽3010，定子置于馬達放置槽3010內(nèi)，蓋302通過緊固螺釘303固于底座301上。圖8中的其余標號與實施例3對應(yīng)ー致。參見圖9，安裝在殼體內(nèi)的壓電馬達400通過驅(qū)動足103與設(shè)于線性導(dǎo)軌601上的滑塊602連接，這樣就可帶動滑塊602 (被驅(qū)動件)作直線運動。從而壓電馬達400實現(xiàn)了驅(qū)動功能。標號104為彈黃片。
權(quán)利要求
1.一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，包括定子和設(shè)于壓電陶瓷表面的電極，其特征在于定子設(shè)有金屬管、壓電陶瓷組件和驅(qū)動足；金屬管為四方形柱管，壓電陶瓷組件設(shè)有4片壓電陶瓷，4片壓電陶瓷均設(shè)有電極，壓電陶瓷的極化方向是沿厚度方向，4片壓電陶瓷分別固于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面，驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的其中I片壓電陶瓷上，或著固于金屬管4個棱邊中的I個棱邊上。
2.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述金屬管為正四方形柱管，金屬管的4個棱邊為平面過渡的棱邊，或為圓弧過渡的棱邊。
3.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述4片壓電陶瓷為相同的長方形片狀壓電陶瓷。
4.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述4片壓電陶瓷分別固于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面，是4片壓電陶瓷分別對稱粘貼于金屬管的4個側(cè)面中的I個側(cè)面上。
5.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述設(shè)于壓電陶瓷表面的電極是涂覆于壓電陶瓷上下兩表面的全電極。
6.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述定子上還設(shè)有夾持件和彈性件，夾持件夾持在定子上，彈性件與夾持件連接。
7.如權(quán)利要求I所述的一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，其特征在于所述驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的I片壓電陶瓷上，或著固于金屬管4個棱邊中的I個棱邊上，是驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的I片壓電陶瓷的中間位置，或著是固于金屬管4個棱邊中的I個棱邊中間位置。
全文摘要
一種金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達，涉及一種微型壓電陶瓷馬達。提供一種具有低電壓驅(qū)動，大推力的線性壓電陶瓷馬達——金屬陶瓷復(fù)合管狀壓電馬達。包括定子和設(shè)于壓電陶瓷表面的電極，其特征在于定子設(shè)有金屬管、壓電陶瓷組件和驅(qū)動足；金屬管為四方形柱管，壓電陶瓷組件設(shè)有4片壓電陶瓷，4片壓電陶瓷均設(shè)有電極，壓電陶瓷的極化方向是沿厚度方向，4片壓電陶瓷分別固于金屬管的4個側(cè)面中的1個側(cè)面，驅(qū)動足固于4片壓電陶瓷中的其中1片壓電陶瓷上，或著固于金屬管4個棱邊中的1個棱邊上。
文檔編號H02N2/06GK102684547SQ20111006170
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月14日
發(fā)明者江海 申請人:江海