專利名稱：表面彈性波馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及利用壓電效應(yīng)作直線運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，在許多特殊領(lǐng)域，需要采用特種性能的電動(dòng)機(jī)(或稱馬達(dá))作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)源，或作為操作系統(tǒng)的動(dòng)力源?，F(xiàn)有的馬達(dá)主要有電磁感應(yīng)電機(jī)、靜電馬達(dá)和超聲波電機(jī)等。電磁感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速快、力矩大、功率高；但由于采用了電磁線圈和齒軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，因此發(fā)熱損耗大，不易微型化。靜電馬達(dá)直接利用靜電力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，不需電電磁線圈，可微型化，但力矩較小，定子與轉(zhuǎn)子間的摩擦及噪音較大，往往需要將馬達(dá)浸泡在油液中運(yùn)轉(zhuǎn)。超聲波電機(jī)是近年發(fā)展起來的新型特種馬達(dá)，這類馬達(dá)的定子由壓電材料與加工出眾多齒槽的彈性體膠合而成，據(jù)此將壓電材料的超聲波振動(dòng)放大，再通過摩擦材料驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，工作頻率為50KHz左右?，F(xiàn)有超聲波電機(jī)的最大特點(diǎn)是低速度、大力矩、高效率，已在照相機(jī)和攝像機(jī)的光學(xué)調(diào)焦機(jī)構(gòu)中得到應(yīng)用。但實(shí)現(xiàn)高速度較困難，使用壽命一般也不長，原因是壓電材料易受疲勞破壞，摩擦發(fā)熱又會(huì)使膠粘劑快速劣化。此外，馬達(dá)結(jié)構(gòu)不易進(jìn)一步微型化。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種力矩大、速度高、響應(yīng)快和易于微型化的表面彈性波馬達(dá)。
本實(shí)用新型的表面彈性波馬達(dá)具有定子、動(dòng)子，其定子包括壓電材料基片和設(shè)置在基片左、右兩端的將高頻激振電壓轉(zhuǎn)換成表面彈性波的換能器，在基片的兩側(cè)分別固定有直線導(dǎo)軌，動(dòng)子為多觸點(diǎn)動(dòng)子，它包括沿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑塊和動(dòng)子基板，在動(dòng)子基板與滑塊之間設(shè)有壓簧片，在動(dòng)子基板的底部有與定子基片表面接觸的觸點(diǎn)群。
上述壓電材料基片可以采用Zno或石英或LiTaO3或Bi12GeO20基片。
換能器可以用叉指換能器或楔形換能器。動(dòng)子基板底部與定子基片表面接觸的觸點(diǎn)群可以采用鋼珠或使動(dòng)子基板上具有突起。
工作時(shí)，當(dāng)在左端換能器上施加1～30MHz的超高頻激振電壓時(shí)，定子壓電基片表面及淺層的質(zhì)點(diǎn)將以橢圓軌跡逆時(shí)針往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生一種沿定子表面向右傳播的表面彈性波。觸點(diǎn)群和壓電基片表面質(zhì)點(diǎn)將存在相互運(yùn)動(dòng)趨勢，表面彈性波通過摩擦力推動(dòng)多觸點(diǎn)動(dòng)子向左方運(yùn)動(dòng)。于是整個(gè)動(dòng)子沿直線導(dǎo)軌向左運(yùn)動(dòng)。同理，如在右端換能器施加激振電壓，可方便的實(shí)現(xiàn)表面彈性波馬達(dá)的右向驅(qū)動(dòng)。改變換能器激勵(lì)電壓的頻率、幅值，以及簧片壓力，可方便地控制動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)速度、步距和推動(dòng)力等。
本實(shí)用新型的表面彈性波馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)熱損耗小、效率高、噪音小、響應(yīng)快、易于實(shí)現(xiàn)微型化和滿足小步長、高速度和大推力的要求。


圖1是表面彈性波馬達(dá)具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的俯視圖；圖3是圖1的左視圖；圖4是安裝在定子上的換能器一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照圖1、圖2、圖3，表面彈性波馬達(dá)具有定子、動(dòng)子，其定子包括壓電材料基片1和設(shè)置在基片1左、右兩端的換能器2，此例，壓電材料采用LiTaO3晶體基片。為了獲得高表面彈性波轉(zhuǎn)化效率，通常，換能器如圖4所示，采用叉指換能器，它由兩個(gè)極性交變的指狀電極9、10相對插置構(gòu)成，電極之間彼此留有間隙11，正、負(fù)極性交錯(cuò)排列。這樣，當(dāng)交變電壓加到兩個(gè)指狀電極上時(shí)，在LiNbO3壓電晶體基片內(nèi)將建立起交變電場，由于壓電效應(yīng)，交變電場會(huì)在壓電晶體基片內(nèi)激發(fā)起相應(yīng)的彈性振動(dòng)，并在表面?zhèn)鞑バ纬杀砻鎻椥圆?。圖例，兩根直線導(dǎo)軌3分別固定在基片1兩側(cè)的支撐4上。動(dòng)子包括與直線導(dǎo)軌滑動(dòng)配合的滑塊5，動(dòng)子基板6，在動(dòng)子基板6和滑塊5之間設(shè)有壓簧片7，圖示實(shí)例，動(dòng)子基板底部的與定子基片表面接觸的觸點(diǎn)群采用密排粘結(jié)的鋼珠群8，鋼珠群8利用壓簧片7施于的彈力，與定子基片1的表面形成多點(diǎn)接觸。由于球體和平面的接觸面積小，所以在相同壓力下，鋼珠和表面彈性波的接觸壓大，它們之間的摩擦力也較大，能得到由摩擦力產(chǎn)生的大的推動(dòng)力。減小電極線條寬度，減小鋼珠直徑，如采用0.5mm或更小直徑的鋼珠，可使馬達(dá)微型化。
通常，使支撐4上、下高度可調(diào)，以便可改變壓簧片施于觸點(diǎn)群的彈力，而實(shí)現(xiàn)使動(dòng)子基板底部的觸點(diǎn)群和表面彈性波間的正壓力任意可調(diào)。
權(quán)利要求1.表面彈性波馬達(dá)，其特征是它具有定子、動(dòng)子，所說的定子包括壓電材料基片[1]和設(shè)置在基片[1]左、右兩端的將高頻激振電壓轉(zhuǎn)換成表面彈性波的換能器[2]，在基片[1]的兩側(cè)分別固定有直線導(dǎo)軌[3]，動(dòng)子為多觸點(diǎn)動(dòng)子，它包括沿直線導(dǎo)軌[3]滑動(dòng)的滑塊[5]和動(dòng)子基板[6]，在動(dòng)子基板[6]與滑塊[5]之間設(shè)有壓簧片[7]，在動(dòng)子基板[6]的底部固定有與定子基片[1]表面接觸的觸點(diǎn)群[8]。
2.按權(quán)利要求1所述的表面彈性波馬達(dá)，其特征是所說的換能器[2]是由兩個(gè)極性交變的指狀電極[9]、[10]相對插置而成，電極間彼此有間隙[11]，正、負(fù)極性交錯(cuò)排列。
3.按權(quán)利要求1所述的表面彈性波馬達(dá)，其特征是所說的壓電材料基片[1]是Zno或石英或LiTaO3或Bi12GeO20基片。
專利摘要本實(shí)用新型的表面彈性波馬達(dá)具有定子、動(dòng)子，其定子包括壓電材料基片和設(shè)置在基片左、右兩端的將高頻激振電壓轉(zhuǎn)換成表面彈性波的換能器，在基片的兩側(cè)分別固定有直線導(dǎo)軌，動(dòng)子為多觸點(diǎn)動(dòng)子，它包括沿直線導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑塊和動(dòng)子基板，在動(dòng)子基板與滑塊之間設(shè)有壓簧片，在動(dòng)子基板的底部有與定子基片表面接觸的觸點(diǎn)群。工作時(shí)，當(dāng)在換能器上施加超高頻激振電壓時(shí)，觸點(diǎn)群和壓電基片表面質(zhì)點(diǎn)將存在相互運(yùn)動(dòng)趨勢，表面彈性波通過摩擦力推動(dòng)多觸點(diǎn)動(dòng)子作直線運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型的表面彈性波馬達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)熱損耗小、效率高、噪音小、響應(yīng)快、易于實(shí)現(xiàn)微型化和滿足小步長、高速度和大推力的要求。
文檔編號(hào)H02N2/02GK2535972SQ0221635
公開日2003年2月12日 申請日期2002年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月21日
發(fā)明者吳蘭, 崔喜泉, 章海軍 申請人:浙江大學(xué)