CN101159418B - 一种低压驱动的压电马达 - Google Patents

Abstract

一种低压驱动的压电马达，属于压电马达领域，其特征在于，含有螺帽、圆柱基座、多层压电陶瓷块，定子、连杆、转子、轴承以及卡簧，其中多层压电陶瓷块由内部电极与陶瓷介质一次共烧而成，四块沿周向均匀分布，上下两端分别粘贴在圆柱基座的上表面和定子的下表面，通过螺帽和连杆将柱基座、多层压电陶瓷块，定子贯穿连接，卡簧通过与转子内圈紧密结合的轴承使得转子与定子上表面紧密接触，依次对每个多层压电陶瓷块施加相位差为90度的驱动电压，激发定子的B(0，3)模态下的弯曲振动行波，从而驱动转子旋转，该发明具有驱动电压低、体积小的优点。

Description

一种低压驱动的压电马达

技术领域

本发明涉及的是一种低压驱动的压电马达，特别是关于一种采用多层共烧压电陶瓷块的低压驱动的压电马达。

背景技术

随着科学的发展，在光学调焦、精密驱动和微系统领域迫切需要微型电机。原有的电磁电机在微小尺度下效率急剧降低，并且制造难度大。而压电马达是一种新型的电机，利用压电陶瓷的逆压电效应，通过结构设计将小幅度的振动转变为所需的运动，并且具有结构简单，易于微型化，断电自锁等优点，在上述领域内具有广阔的应用前景。

现有的行波压电马达一般采用单层压电陶瓷片粘贴在定子基体上的方式激发电机的振动，需要的驱动电压较高，而且在马达尺寸减小到10mm以下时，陶瓷片的分区和极化便十分困难，电机难以制造。本发明提出了一种低压驱动的压电马达，有希望用于微机械、光学调焦领域和精密驱动领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压驱动的压电马达，解决现有行波压电马达存在的驱动电压高和不易于微小型化的缺点。

本发明的特征在于，含有螺帽1、圆柱基座2、多层压电陶瓷块3，定子4、连杆5、转子6、轴承7以及卡簧8，其中：

多层压电陶瓷块3，由四个多层压电陶瓷块3沿圆周方向均匀分布构成，该四个多层压电陶瓷块3的一端粘贴于圆柱基座2的上表面，另一端粘贴于所述定子4的表面，在所述的每一个多层压电陶瓷块中，有与陶瓷共烧的叉指状内部电极，各内部电极间隔的与两个侧面的外部电极相连，在所述多层压电陶瓷块3的带有外部电极的侧面，依次接入相位差为90度的交流电压信号，使得该四个多层压电陶瓷块3产生伸缩变形；定子4是一块带中心孔的圆板，该板的上表面有多个均匀分布的齿41，齿的个数为4的整数倍，通过所述连杆5、螺帽1以及卡簧8把所述圆柱基座2、四个多层压电陶瓷块3、定子4和转子6贯穿连接，所述多层压电陶瓷块3激发所述的定子4产生含有三个节径的面外弯曲振动模态下的周向弯曲行波，所述齿41的端部产生椭圆运动；轴承7的外圈与转子6的内孔同心紧密配合，而内圈是与连杆5间隙配合，并由卡簧8施加预紧力使得转子6与定子4的上表面紧密接触，所述定子4从而推动转子6旋转。

本发明的特征在于，所述的多层压电陶瓷块的数目是4的整数倍。

本发明的特征在于，所述的多层压电陶瓷块3由所述的内部电极和压电陶瓷共烧而成。

本发明的特征在于，对各多层压电陶瓷块3按顺时针方向或逆时针方向接入正弦波、方波或三角波的交流电压信号，相邻陶瓷块所接入的电压信号的相位差为90度。

本发明的特征在于，所述多层压电陶瓷块3也可用电致伸缩材料、人工肌肉或形状记忆合金中的任何一种代替。

由于采取以上技术方案，本发明具有以下优点：1、本发明采用多层共烧的压电陶瓷块激发马达振动，每层压电陶瓷介质的厚度可减至0.03mm甚至更薄，此时要产生同等的电场强度所需的电压远低于同厚度单层的压电陶瓷所需的电压，通常峰-峰电压20V即可驱动。2、本发明无需对陶瓷分区，因而结构紧凑，马达整体尺寸小于10mm。因此，本发明结构紧凑，低压驱动，在光学调焦、精密驱动和微系统领域具广阔有应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构分解示意图。

图2是本发明装配图。

图3是本发明的定子示意图。

图4是本发明压电陶瓷块的剖面及接线示意图。

图5是本发明的杆的示意图。

图6是本发明的转子的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细地描述。

如图1所示，本发明提出的一种低压驱动的压电马达，它包括一螺帽1，一基座2，作为激励元件的四个多层压电陶瓷块3，一定子4，一与定子4通过中心孔紧配合的杆5，一转子6，以及一轴承7和一卡簧8。

如图2所示，四个多层压电陶瓷块3沿周向均匀分布，一端粘贴于圆柱基座2的上表面，另一端粘贴于所述定子4的底面，通过一螺帽1以及一杆5将它们贯穿连接并施加一定的预紧力；轴承7的外圈与转子6中心孔紧密配合，轴承7的内孔与杆5间隙配合，转子6通过卡簧8与定子4的上表面紧密接触。

如图3所示，定子4为一侧表面上带有多个均匀分布的齿41的带中心孔的圆板42，齿的个数为4倍的倍数，齿的作用是放大圆板42表面的振动幅度。

多层压电陶瓷块由内部电极与陶瓷介质一次共烧而成，如图4所示的多层压电陶瓷块的横向剖面可见，陶瓷的内部共烧的电极为叉指状，其中内部电极32与外部电极33连通，内部电极34与外部电极35连通，31为陶瓷介质。四个多层压电陶瓷块3沿周向均匀分布，按顺时针方向依次接入sinωt、cosωt、-sinωt和-cosωt的电压信号，其中ω是输入电压的圆频率，也是电机的工作频率。压电陶瓷块在上述交变电压作用下产生伸缩变形，激发定子4产生B(0，3)模态下的周向弯曲行波。所谓B(0，3)模态是含有三个节径的面外弯曲振动模态。此时定子4上齿41的端部产生椭圆运动，从而推动转子6旋转。

将陶瓷块3按顺时针方向依次接入cosωt、sinωt、-cosωt和-sinωt的电压信号，则可实现转子6的反向旋转运动。

对陶瓷块3也可接入方波或三角波电压信号，相邻陶瓷块所接入的电压信号的相位差为90度。

如图5所示，杆5的下端部带有螺纹51，中部有一凸台52，上端部开有一槽53。

如图6所示为转子6的剖面示意图。

上述实施例中，激励元件除采用压电陶瓷材料外，还可以采用磁致伸缩材料、电致伸缩材料、人工肌肉、形状记忆合金等。

Claims (4)

1.一种低压驱动的压电马达，其特征在于，含有螺帽(1)、圆柱基座(2)、多层压电陶瓷块(3)，定子(4)、连杆(5)、转子(6)、轴承(7)以及卡簧(8)，其中：

多层压电陶瓷块(3)，由四个多层压电陶瓷块(3)沿圆周方向均匀分布构成，该四个多层压电陶瓷块(3)的一端粘贴于圆柱基座(2)的上表面，另一端粘贴于所述定子(4)的表面，在所述的每一个多层压电陶瓷块中，有与陶瓷共烧的叉指状内部电极，各内部电极间隔地与所述各内部电极的两个侧面的外部电极相连，在所述多层压电陶瓷块(3)的带有外部电极的侧面，依次接入相位差为90度的交流电压信号，使得该四个多层压电陶瓷块(3)产生伸缩变形；定子(4)是一块带中心孔的圆板，该板的上表面有多个均匀分布的齿(41)，齿的个数为4的整数倍，通过所述连杆(5)、螺帽(1)以及卡簧(8)把所述圆柱基座(2)、四个多层压电陶瓷块(3)、定子(4)和转子(6)贯穿连接，所述多层压电陶瓷块(3)激发所述的定子(4)产生含有三个节径的面外弯曲振动模态下的周向弯曲行波，所述齿(41)的端部产生椭圆运动；轴承(7)的外圈与转子(6)的内孔同心紧密配合，而内圈是与连杆(5)间隙配合，并由卡簧(8)施加预紧力使得转子(6)与定子(4)的上表面紧密接触，所述定子(4)从而推动转子(6)旋转。

2.根据权利要求1所述的一种低压驱动的压电马达，其特征在于，所述的多层压电陶瓷块(3)由所述的内部电极和压电陶瓷共烧而成。

3.根据权利要求1所述的一种低压驱动的压电马达，其特征在于，对各多层压电陶瓷块(3)按顺时针方向或逆时针方向接入正弦波、方波或三角波的交流电压信号，相邻陶瓷块所接入的电压信号的相位差为90度。

4.根据权利要求1所述的一种低压驱动的压电马达，其特征在于，所述多层压电陶瓷块(3)也可用电致伸缩材料、人工肌肉或形状记忆合金中的任何一种代替。

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