本发明专利技术公开了一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机，包括转子和并列排列的两个定子；所述定子为中空的带有内螺纹的金属筒或金属多面体柱与压电元件和弹性金属电极复合而成，所述转子的外圆壁带有与定子的内螺纹相配合的外螺纹；所述转子与两个定子之间通过螺纹相啮合。本发明专利技术的扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机采用了双定子预紧的扁平化螺纹驱动结构，可将电机的高度尺寸加工得很小，同时通过在螺纹副间施加预紧力，消除回程间隙，提高电机精度、力／力矩性能、可靠性和稳定性，适宜微型化。本发明专利技术将在手机镜头模组、医疗、微机械、国防科技等方面有着广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声应用领域，特别地，涉及一种微型化的利用双定子对转子 预紧的超声微电机。
技术介绍
超声电机是利用压电材料的逆压电效应，采取特定的结构制成的驱动机构， 它一般由压电元件片、定子、转子以及预压力机构，传动机构等功能部件构成。 它利用压电元件的逆压电效应，在定子表面产生超声振动，并由定子与转子之间 的摩擦力驱动转子运动。手机用照像镜头近年来发展迅速，手机近年来有逐步成为人们主要的拍照工 具的趋势。这在客观上要求光学变焦镜头体积越来越小，变焦速度越来越快，成本越来越低。在尺寸小到lOmm以下时，常规的电磁电机的效率会急剧下降，在 小型化方面已经出现了技术上的瓶颈。而静电电机由于输出微弱，限制了其应用。 超声波电机的效率虽然普遍不高，但是在小尺寸(5mm以下)时，其效率并没有 明显减小，并且比电磁电机要高很多，且具有扭矩/体积比大，响应快，断电自 锁，易于微、小型化等特点，更适合于对体积、变焦速度和精度有较高要求的光 学调焦系统，不但可以在较低的成本下做得很小，而且可以得到很高的进给精度。 通常，在手机镜头模组等应用场合，由于结构尺寸限制了超声电机的体积， 常规的超声电机的功率和驱动力仍旧不够大，存在可靠性差、结构复杂和成本高 等局限性， 一直难于达到产业化要求。为了改善这种情况，申请者曾提出了面内 行波螺纹驱动方案(中国专利技术专利螺纹驱多面体超声波电机.申请号 2005101148492，申请日期2005年11月18日)。所谓"面内"指的是定子上质 点的变形在垂直于定子轴心线的平面内。如图1所示，压电元件12粘贴在金属 多面体筒13上，形成定子，定子兼做电机的外壳，其定子和转子ll通过螺纹副 15接触，由定子上产生的环形面内行波通过螺纹副15的螺纹表面驱动转子11 产生相对的旋转运动，并直接将转子ll的旋转运动转变为轴向的直线运动。转子ll为中空结构，可以嵌入光学镜头14，形成光学变焦结构。该电机采用了螺 纹驱动方式，而不是传统的螺纹传动方式，该电机定子内壁上的螺纹表面是摩擦 驱动表面，螺纹表面上产生的摩擦力是驱动力，而不是像传统的螺纹传动方式螺 纹表面的摩擦力是运动阻力。该直线电机具有如下特点结构扁平化，整体高度 小；电机部件与镜头部件一体化，即电机的定子、转子ll既是电机的结构部件， 同时又是镜头的功能部件；没有中间传动机构，直接驱动转子ll (镜头)产生直 线运动，效率高；低速大进给力。与普通直线超声电机相比，直线进给力和自锁 力相对要大很多；分辨率高，可控性好。鉴于螺纹驱动的优点，董蜀湘提出了面内驻波的螺纹驱动方案(中国专利技术专 利微型压电马达-镜头片的集成驱动机构.申请号200710022415.9，申请日期 2007年5月18日)，如图2所示，在电机的定子25上镶嵌有驱动足21。定子25 在激励信号的驱动下，产生如图2所示的变形，使得驱动足21的运动轨迹为一 个垂直于定子轴心线的椭圆。该振动为"面内振动"。驱动足21驱动中空转子22 旋转，并通过螺纹副26将镶嵌有镜头24的中空转子22的旋转运动转化为沿轴 线的上下运动，从而实现了镜头的对焦功能。定子25上的固定点23为驻波振动 节点，用于电机的固定，而不影响定子25的振型。这些驱动方案都存在着缺点，这些方案在定子和转子间都没有施加预紧力， 定子、转子仅靠加工精度保证啮合，存在回程间隙，力矩波动大等问题，使得电 机的性能很不稳定。
技术实现思路
针对现有技术螺纹驱动中在螺纹副上没有施加预紧力这个不足，本专利技术提 供了一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机，并用两个定子并 列使用，通过固定的弹性金属电极片实现了定子、转子间螺纹副预紧力的施加。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的 一种扁平化带螺纹副预紧的双 定子螺纹驱动超声微电机，包括转子和并列排列的两个定子；所述定子为中空 的带有内螺纹的金属筒或金属多面体柱与压电元件和弹性金属电极复合而成， 所述转子的外圆壁带有与定子的内螺纹相配合的外螺纹；所述转子与两个定子 之间通过螺纹相啮合。本专利技术的有益效果是，本专利技术的扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声 微电机采用了双定子预紧的扁平化螺纹驱动结构，可将电机的高度尺寸加工得很小，同时通过在螺纹副间施加预紧力，消除回程间隙，提高电机精度、力/力 矩性能、可靠性和稳定性，适宜微型化。本专利技术将在手机镜头模组、医疗、微 机械、国防科技等方面有着广阔的应用前景。附图说明图1为面内行波螺纹驱动超声电机方案原理示意图； 图2为面内驻波螺纹驱动超声电机方案原理示意图3为本专利技术扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机实施例1 的结构示意图4为图3中定子的结构分解示意图5为一路信号激励时定子的变形示意图6为本专利技术扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机实施例2 的定子结构示意图7为图6所示定子的陶瓷的分区及激励方式示意图。具体实施例方式通常，超声波电机定子上的驱动质点的振动有振动轨迹垂直于定子轴心线 的面内振动和不垂直于定子轴心线的行波振动和驻波振动。本专利技术针对的是非 面内振动行波型的定子，定子上产生一个沿轴向振动的，周向传播的波动，定 子利用这种波动(振动)通过接触面驱动转子旋转。通常，定子的行波振动是利用两个驻波合成的。为了在定子上激励出行波， 压电元件的极化分区较多，电极之间的空白也多，空白下的陶瓷对电机的激励 没有正面贡献，而且有的极化分区还不能使用。在减小直径时，由于极化分区 电极之间的空白不能按大小电机的比例进行縮小，空白下相对电极占用的面积 比例更大；为了降低驱动电压，压电元件的厚度很小，通常10毫米直径时厚度 做到0. 3毫米左右，但定子的能量密度也因为陶瓷容量的减小而减小。为了提高电机的能量密度，降低驱动电压，减少压电元件电极之间的空白， 本专利技术提出了利用两片薄的压电元件在定子上激发出行波的方法。每一片陶瓷 激发一个驻波，合成为一个行波。本专利技术中所述的带弹性金属电极的扁平化定子，两个压电元件与一个带有内螺纹的金属筒或者金属多面体柱的上下两个端平面结合在一起，构成定子， 结合方式可为粘结、焊接、沉积或溅射等，两个压电元件结构相同，沿着厚度方向极化，每个压电元件上、下电极面对应分成2、 4等偶数个扇区，相邻扇区 极化方向相反，结合在定子上、下表面的两片压电元件的极化方向上、下对称， 且随压电元件扇区个数的不同，两片陶瓷以轴心线为轴，有90度或45度等不 同角度的夹角，夹角的大小为180度除以电极面分区的个数。定子的上下表面粘贴薄的弹性金属电极，用于引入激励信号，上表面或下 表面的电极也用于电机的固定，形成支撑。在两个压电元件上施加相位差为90 度的正弦或余弦激励信号。在激励信号的作用下，产生一个轴向振动的，周向 传播的行波模式，定子利用这种振动通过螺纹副驱动转子旋转。本专利技术并列使用了两个带弹性金属电极的定子，金属电极在安装后产生变 形，两个定子上弹性金属电极产生的弹性力方向相反，同时作用在转子上，使 得两个定子的驱动内螺纹表面分别与转子螺纹牙的上表面或下表面接触，在定 子、转子间的螺纹副上施加一个预紧力，消除回程间隙。转子为中空结构，其内装配透镜片可组成镜头模组。转子的材料可以为金 属也可以为非金属。定子和转子上的相互配合的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机，其特征在于，包括转子和并列排列的两个定子；所述定子为中空的带有内螺纹的金属筒或金属多面体柱与压电元件和弹性金属电极复合而成，所述转子的外圆壁带有与定子的内螺纹相配合的外螺纹；所述转子与两个定子之间通过螺纹相啮合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：鹿存跃，周铁英，张斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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