專利名稱：一種利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超聲應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種微型化的超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
壓電超聲馬達(dá)是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)，采取特定的結(jié)構(gòu)制成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它一般由定子、轉(zhuǎn)子以及預(yù)壓力機(jī)構(gòu)等功能部件構(gòu)成。它利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在定子表面產(chǎn)生超聲振動(dòng)，并由定子與轉(zhuǎn)子之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。超聲馬達(dá)具有以下優(yōu)于普通電磁馬達(dá)的特點(diǎn)1、低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩，不需要減速機(jī)構(gòu)可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
2、體積小、結(jié)構(gòu)靈活，功率體積比是電磁馬達(dá)的3-10倍。
3、起動(dòng)停止響應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)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(yùn)行安靜無噪聲。
彎曲振動(dòng)模態(tài)超聲波馬達(dá)是超聲馬達(dá)的一種，它的結(jié)構(gòu)相對(duì)別的超聲馬達(dá)比較簡(jiǎn)單，同樣主要由激勵(lì)超聲振動(dòng)的定子，輸出力矩的轉(zhuǎn)子/軸以及給轉(zhuǎn)子加壓的預(yù)壓力機(jī)構(gòu)等組成，所說的定子又主要由激勵(lì)振動(dòng)的壓電陶瓷元件以及匹配塊構(gòu)成。同時(shí)彎曲振動(dòng)模態(tài)超聲波馬達(dá)又根據(jù)激勵(lì)彎曲搖頭振動(dòng)的方式和壓電陶瓷元件的形狀分為壓電片驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、壓電管驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。它們的傳動(dòng)原理和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)都相同，如圖1所示。定子處于圓周搖頭的振動(dòng)模態(tài)，定子11與環(huán)狀轉(zhuǎn)子12之間有一很小的間隙，傳動(dòng)時(shí)定子邊彎曲邊搖頭運(yùn)動(dòng)，因此定轉(zhuǎn)子之間有切點(diǎn)接觸，其接觸點(diǎn)在定子的外圓周邊上移動(dòng)，依次，定、轉(zhuǎn)子間的摩擦力使轉(zhuǎn)子沿與接觸點(diǎn)移動(dòng)方向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵在于使轉(zhuǎn)子與定子接觸并提供一定的壓力，使得定子表面的超聲振動(dòng)通過轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。所以，為了使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，需要有提供轉(zhuǎn)子和定子間預(yù)壓力的裝置。已有的兩種提供預(yù)壓力的結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示。其中圖2是外殼卡定結(jié)構(gòu)的馬達(dá)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)罩在一個(gè)金屬外殼20里面，外殼通過橡膠墊21和聚四氟乙烯圈22壓迫彈簧23提供轉(zhuǎn)子24和定子25間預(yù)壓力。圖3是固定軸結(jié)構(gòu)的壓電柱超聲馬達(dá)，其中彈簧33提供了轉(zhuǎn)子和定子間的壓力。
已有的超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是提供預(yù)壓力裝置較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)上較為麻煩。另外給外界提供的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是一根細(xì)軸(如圖2所示)，或是彈簧壓緊的環(huán)狀轉(zhuǎn)子(如圖3所示)，不利于在某些情況下使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，由磁鐵與定子之間的磁力提供轉(zhuǎn)動(dòng)所需的預(yù)壓力。該超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于微型化，可在生物、醫(yī)療、微機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明提出的一種利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，包括激勵(lì)超聲振動(dòng)的定子、轉(zhuǎn)子及提供轉(zhuǎn)子和定子間預(yù)壓力的裝置，其特征在于，所說的定子由激勵(lì)振動(dòng)的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力從而使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的這種利用磁壓的超聲馬達(dá)在使用時(shí)只需將轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置通過機(jī)械固定或粘接的方法固定在一起即可，這時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)將為整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置提供動(dòng)力。
本發(fā)明由轉(zhuǎn)子的磁鐵與定子之間的磁力提供轉(zhuǎn)動(dòng)所需的預(yù)壓力。其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作簡(jiǎn)便，易于微型化，易于使用。
本發(fā)明將在生物、醫(yī)療、微機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。


圖1為超聲馬達(dá)搖頭運(yùn)動(dòng)示意圖。
圖2為已有的一種外卡定的超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為已有的一種固定軸的超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本發(fā)明的超聲馬達(dá)定子結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖。
圖5為本發(fā)明的超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的超聲馬達(dá)裝置包括定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)主要部分。定子結(jié)構(gòu)實(shí)施例如圖4所示，它由激勵(lì)振動(dòng)的圓柱形壓電陶瓷元件42及與其相連的圓柱形匹配塊41構(gòu)成(壓電陶瓷元件和匹配塊也可采用其它形狀)，該匹配塊41表面相連有一突出軸，該匹配塊和突出軸可用普通鋼一體加工而成(也可采用其它與磁鐵產(chǎn)生磁吸力的材料)，其中匹配塊的突出軸起定位作用。而超聲馬達(dá)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)實(shí)施例如圖5所示，此轉(zhuǎn)子由中心有孔的鋁圓柱或不銹鋼圓柱52和其之上的圓盤狀磁鐵51構(gòu)成，圓盤狀磁鐵由永磁材料，如釹鐵硼、鐵氧體等制作而成。二者之間通過強(qiáng)力膠粘接或機(jī)械的方式固定在一起。只需要將轉(zhuǎn)子與定子通過軸孔配合裝配好即可使用。轉(zhuǎn)子中心的孔與定子的突出軸形成配合關(guān)系。為了使得粘接時(shí)更加容易，本實(shí)施例的鋁柱的孔加工為盲孔，即其一端并未打通，當(dāng)然打通也可以用。由于定子匹配塊的突出軸的材料為可與磁鐵產(chǎn)生磁吸力的材料，突出軸與轉(zhuǎn)子的磁鐵之間產(chǎn)生吸力，從而使轉(zhuǎn)子可以吸附在定子上并提供轉(zhuǎn)子與定子之間的預(yù)壓力，用以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其中鋁柱也可用另外的不可磁化的材料制作，但不能用可磁化的材料制作，否則其磁化將使轉(zhuǎn)子與定子間的壓力非常小，不足以提供轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力。
本實(shí)施例的總體尺寸為定子與轉(zhuǎn)子的直徑為2mm，磁鐵長(zhǎng)度為2mm，轉(zhuǎn)子和定子組裝在一起時(shí)，長(zhǎng)度不超過8mm。
權(quán)利要求
1.一種利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，包括激勵(lì)超聲振動(dòng)的定子、轉(zhuǎn)子及提供轉(zhuǎn)子和定子間預(yù)壓力的裝置，其特征在于，所說的定子由激勵(lì)振動(dòng)的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生磁吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，其特征在于，所說的轉(zhuǎn)子基體為中心有盲孔或通孔的非磁性柱體，所說的磁鐵為與該柱體截面形狀相應(yīng)的盤狀磁鐵，所說的定子的匹配塊具有與該轉(zhuǎn)子的孔相配合的突出軸，定子與轉(zhuǎn)子通過軸與孔的配合實(shí)現(xiàn)裝配成一體。
3.如權(quán)利要求2所述的利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，其特征在于，所說的匹配塊采用普通鋼一體加工而成，所說的轉(zhuǎn)子基體采用鋁或不銹鋼制成，所說的磁鐵由永磁材料制作而成，該磁鐵與轉(zhuǎn)子基體通過強(qiáng)力膠粘接或機(jī)械的方式固定在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用磁壓的微型超聲馬達(dá)裝置，屬于超聲應(yīng)用領(lǐng)域，該裝置包括激勵(lì)超聲振動(dòng)的定子、轉(zhuǎn)子及提供轉(zhuǎn)子和定子間預(yù)壓力的裝置，所說的定子由激勵(lì)振動(dòng)的壓電陶瓷元件及與其相連的由可與磁鐵之間產(chǎn)生磁吸力的材料制成的匹配塊構(gòu)成；所說的轉(zhuǎn)子由不可磁化的基體和與其相連的磁鐵構(gòu)成，該磁鐵所提供的磁力足以承擔(dān)轉(zhuǎn)子本身的重力，并提供定子與轉(zhuǎn)子間的預(yù)壓力使轉(zhuǎn)子可以轉(zhuǎn)動(dòng)。該超聲馬達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作簡(jiǎn)便，易于微型化。另外，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)也使其易于使用。本發(fā)明將在生物、醫(yī)療、微機(jī)械等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H02N2/12GK1588783SQ20041008028
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者薛平, 吳繼剛, 周鐵英 申請(qǐng)人:清華大學(xué)