CN104960659A - 采用压电马达直接驱动的舵机 - Google Patents

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Abstract

采用压电马达直接驱动的舵机，属于舵机领域。本发明是为了解决现有舵机结构复杂，驱动时需要减速装置的问题。本发明所述的采用压电马达直接驱动的舵机，包括4组马达组、4组夹具和底座，将夹具固定在底座上，然后利用夹具夹持马达组。利用马达组，即：压电马达驱动足直接驱动舵机轴，无需中间减速机构，体积小、质量轻、结构简单；同时，压电马达的定位精度可以达到微米级甚至纳米级；并且，压电马达通过压电材料的逆压电效应工作，不涉及电磁感应，结构中无线圈，所以不会产生电磁干扰，也不会受外部的电磁干扰影响。适用于舵机领域。

Description

采用压电马达直接驱动的舵机
技术领域
本发明属于舵机领域，尤其涉及一种采用压电马达直接驱动的舵机。
背景技术
舵机是制导与控制系统的重要组成部分，也是制导与控制系统的执行机构，其性能的好坏直接决定着飞行过程的动态品质，传统的舵机主要采用气动、液压和电动驱动，然而，液压驱动的舵机结构复杂、加工精度高、质量大、成本高、技术难度大，而电动驱动舵机则需要加减速装置，设备复杂、质量大，随着航空航天技术的蓬勃发展和各种先进精确制导武器的研制，人们对舵机的整体性能要求越来越高，促使舵机向着体积质量不断减小的方向发展。
发明内容
本发明是为了解决现有舵机结构复杂，驱动时需要减速装置的问题，现提供采用压电马达直接驱动的舵机。
采用压电马达直接驱动的舵机，它包括：马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ、马达组Ⅳ、夹具Ⅰ、夹具Ⅱ、夹具Ⅲ、夹具Ⅳ和底座；
上述底座为圆桶形结构，底座内部底面中心位置固定连接两端开口的方形壳体，
底座的底面上开有n个螺纹固定孔，n为正整数，
底座的桶侧壁上开有通孔Ⅳ、通孔Ⅴ、通孔Ⅵ和通孔Ⅶ，且通孔Ⅳ、通孔Ⅴ、通孔Ⅵ和通孔Ⅶ分别与方形壳体的四个侧壁中心正对；
马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ和马达组Ⅳ的结构完全相同；
夹具Ⅰ、夹具Ⅱ、夹具Ⅲ和夹具Ⅳ的结构完全相同；
夹具Ⅰ、夹具Ⅱ、夹具Ⅲ和夹具Ⅳ分别通过底座底部的n个螺纹固定孔固定在底座底部，且夹具Ⅰ、夹具Ⅱ、夹具Ⅲ和夹具Ⅳ分别与方形壳体的四个侧壁一一对应，
夹具Ⅰ、夹具Ⅱ、夹具Ⅲ和夹具Ⅳ分别用于夹持马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ和马达组Ⅳ；
马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ和马达组Ⅳ的阶梯轴分别穿过通孔Ⅳ、通孔Ⅴ、通孔Ⅵ和通孔Ⅶ，使得马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ和马达组Ⅳ的舵片均位于底座外，且所述舵片均与底座的外表面相切。
所述马达组Ⅰ包括：压电振子Ⅰ、压电振子Ⅱ、圆盘、阶梯轴、紧固螺母和舵片；
压电振子Ⅰ和压电振子Ⅱ的结构完全相同；
压电振子Ⅰ和压电振子Ⅱ的驱动足均紧压在圆盘的外圆周，使得压电振子Ⅰ和压电振子Ⅱ能够带动圆盘转动，且压电振子Ⅰ和压电振子Ⅱ以圆盘的中心轴为对称轴呈轴对称结构，阶梯轴的末端通过紧固螺母与圆盘的中心固定连接，阶梯轴的首端与舵片固定连接。
压电振子Ⅰ包括：驱动足、变幅杆、压电陶瓷组和后端盖，
驱动足为圆柱形结构，该驱动足周向开有凹槽，变幅杆为圆锥台结构，该变幅杆的窄端与驱动足的一端固定连接，该变幅杆的宽端与压电陶瓷组的一端固定连接，压电陶瓷组的另一端与后端盖固定连接；
压电陶瓷组包括多个压电陶瓷片。
上述夹具Ⅰ包括：螺纹通孔Ⅰ、螺纹通孔Ⅱ、螺纹通孔Ⅲ、螺纹通孔Ⅳ、夹具固定孔Ⅰ、夹具固定孔Ⅱ、夹具固定孔Ⅲ、方形通孔Ⅰ和方形通孔Ⅱ；
上述夹具Ⅰ整体为长方体板状结构，该夹具Ⅰ的一条长边分别向其两端延伸出两个外延，且该两个外延上分别开有夹具固定孔Ⅱ和夹具固定孔Ⅲ，所述夹具Ⅰ的一条长边的中心位置开有夹具固定孔Ⅰ，夹具固定孔Ⅰ、夹具固定孔Ⅱ和夹具固定孔Ⅲ均用于将夹具Ⅰ固定在底座上；
以夹具Ⅰ长边的中线为对称轴、在该夹具Ⅰ的表面分别开有呈轴对称结构的方形通孔Ⅰ和方形通孔Ⅱ，方形通孔Ⅰ和方形通孔Ⅱ均作为夹具Ⅰ的夹持孔，用于夹持马达组Ⅰ、马达组Ⅱ、马达组Ⅲ或马达组Ⅳ，方形通孔Ⅰ和方形通孔Ⅱ的顶部分别开有螺纹通孔Ⅱ和螺纹通孔Ⅲ，方形通孔Ⅰ和方形通孔Ⅱ的外侧壁分别开有螺纹通孔Ⅰ和螺纹通孔Ⅳ，螺纹通孔Ⅰ、螺纹通孔Ⅱ、螺纹通孔Ⅲ和螺纹通孔Ⅳ均用于固定所夹持的马达组。
本发明所述的采用压电马达直接驱动的舵机，利用马达组，即：压电马达驱动足直接驱动舵机轴，无需中间减速机构，体积小、质量轻、结构简单；同时，压电马达的定位精度可以达到微米级甚至纳米级；并且，压电马达通过压电材料的逆压电效应工作，不涉及电磁感应，结构中无线圈，所以不会产生电磁干扰，也不会受外部的电磁干扰影响。
附图说明
图1为本发明采用压电马达直接驱动的舵机的立体结构示意图。
图2为本发明采用压电马达直接驱动的舵机的俯视图。
图3为本发明采用压电马达直接驱动的舵机的剖视图。
图4为具体实施方式二所述的马达组Ⅰ的结构示意图。
图5为具体实施方式六所述的夹具Ⅰ的剖视图。
图6为具体实施方式一所述的底座的俯视图。
图7为具体实施方式三所述的压电振子Ⅰ的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图3、图6具体说明本实施方式，本实施方式所述的采用压电马达直接驱动的舵机，它包括：马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3、马达组Ⅳ4、夹具Ⅰ5、夹具Ⅱ6、夹具Ⅲ7、夹具Ⅳ8和底座9；
所述底座9为圆桶形结构，底座9内部底面中心位置固定连接两端开口的方形壳体9-1，
底座9的底面上开有n个螺纹固定孔9-2，n为正整数，
底座9的桶侧壁上开有通孔Ⅳ9-3、通孔Ⅴ9-4、通孔Ⅵ9-5和通孔Ⅶ9-6，且通孔Ⅳ9-3、通孔Ⅴ9-4、通孔Ⅵ9-5和通孔Ⅶ9-6分别与方形壳体9-1的四个侧壁中心正对；
马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3和马达组Ⅳ4的结构完全相同；
夹具Ⅰ5、夹具Ⅱ6、夹具Ⅲ7和夹具Ⅳ8的结构完全相同；
夹具Ⅰ5、夹具Ⅱ6、夹具Ⅲ7和夹具Ⅳ8分别通过底座9底部的n个螺纹固定孔9-2固定在底座9底部，且夹具Ⅰ5、夹具Ⅱ6、夹具Ⅲ7和夹具Ⅳ8分别与方形壳体9-1的四个侧壁一一对应，
夹具Ⅰ5、夹具Ⅱ6、夹具Ⅲ7和夹具Ⅳ8分别用于夹持马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3和马达组Ⅳ4；
马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3和马达组Ⅳ4的阶梯轴分别穿过通孔Ⅳ9-3、通孔Ⅴ9-4、通孔Ⅵ9-5和通孔Ⅶ9-6，使得马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3和马达组Ⅳ4的舵片均位于底座9外，且所述舵片均与底座9的外表面相切。
本实施方式中所述的采用压电马达直接驱动的舵机，包括4组马达组、4组夹具和底座，将夹具固定在底座上，然后利用夹具夹持马达组。在实际使用时，根据不同的电源信号，马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3和马达组Ⅳ4分别驱动舵片转动相应的角度，实现飞行过程的调整控制。方形壳体9-1能够用来放置电源。
具体实施方式二：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，所述马达组Ⅰ1包括：压电振子Ⅰ1-1、压电振子Ⅱ1-2、圆盘1-3、阶梯轴1-4、紧固螺母1-5和舵片1-6；
压电振子Ⅰ1-1和压电振子Ⅱ1-2的结构完全相同；
压电振子Ⅰ1-1和压电振子Ⅱ1-2的驱动足均紧压在圆盘1-3的外圆周，使得压电振子Ⅰ1-1和压电振子Ⅱ1-2能够带动圆盘1-3转动，且压电振子Ⅰ1-1和压电振子Ⅱ1-2以圆盘1-3的中心轴为对称轴呈轴对称结构，阶梯轴1-4的末端通过紧固螺母1-5与圆盘1-3的中心固定连接，阶梯轴1-4的首端与舵片1-6固定连接。
本实施方式中所述的马达组Ⅰ1，在实际应用时，根据不同的电源信号，两个压电振子的驱动足带动圆盘1-3转动，进而带动舵片1-6转动。
具体实施方式三：参照图7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，压电振子Ⅰ1-1包括：驱动足1-1-1、变幅杆1-1-2、压电陶瓷组1-1-3和后端盖1-1-4，
驱动足1-1-1为圆柱形结构，该驱动足1-1-1周向开有凹槽，变幅杆1-1-2为圆锥台结构，该变幅杆1-1-2的窄端与驱动足1-1-1的一端固定连接，该变幅杆1-1-2的宽端与压电陶瓷组1-1-3的一端固定连接，压电陶瓷组1-1-3的另一端与后端盖1-1-4固定连接；
压电陶瓷组1-1-3包括多个压电陶瓷片。
本实施方式所述的压电振子Ⅰ1-1，在实际应用时，将圆盘1-3嵌入在驱动足1-1-1周向的凹槽内，实现两个压电振子对圆盘1-3的紧固动作。根据实际需要设定多个压电陶瓷片的极化规律，压电陶瓷组1-1-3通电时，由于压电陶瓷材料具有逆压电效应，压电陶瓷组1-1-3会发生高频振动，并带动驱动足1-1-1做椭圆轨迹的运动。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，驱动足1-1-1与变幅杆1-1-2为一体式结构。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，驱动足1-1-1、变幅杆1-1-2、压电陶瓷组1-1-3和后端盖1-1-4均通过螺柱固定连接。
具体实施方式六：参照图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，所述夹具Ⅰ5包括：螺纹通孔Ⅰ5-1、螺纹通孔Ⅱ5-2、螺纹通孔Ⅲ5-3、螺纹通孔Ⅳ5-4、夹具固定孔Ⅰ5-5、夹具固定孔Ⅱ5-6、夹具固定孔Ⅲ5-7、方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9；
所述夹具Ⅰ5整体为长方体板状结构，该夹具Ⅰ5的一条长边分别向其两端延伸出两个外延，且该两个外延上分别开有夹具固定孔Ⅱ5-6和夹具固定孔Ⅲ5-7，所述夹具Ⅰ5的一条长边的中心位置开有夹具固定孔Ⅰ5-5，夹具固定孔Ⅰ5-5、夹具固定孔Ⅱ5-6和夹具固定孔Ⅲ5-7均用于将夹具Ⅰ5固定在底座9上；
以夹具Ⅰ5长边的中线为对称轴、在该夹具Ⅰ5的表面分别开有呈轴对称结构的方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9，方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9均作为夹具Ⅰ5的夹持孔，用于夹持马达组Ⅰ1、马达组Ⅱ2、马达组Ⅲ3或马达组Ⅳ4，方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9的顶部分别开有螺纹通孔Ⅱ5-2和螺纹通孔Ⅲ5-3，方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9的外侧壁分别开有螺纹通孔Ⅰ5-1和螺纹通孔Ⅳ5-4，螺纹通孔Ⅰ5-1、螺纹通孔Ⅱ5-2、螺纹通孔Ⅲ5-3和螺纹通孔Ⅳ5-4均用于固定所夹持的马达组。
本实施方式所述的夹具Ⅰ5，在实际应用时，例如将马达组Ⅰ1夹持在夹具Ⅰ5上时，首先将压电振子Ⅰ1-1和压电振子Ⅱ1-2分别穿过方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9，然后再利用螺钉、螺纹通孔Ⅰ5-1、螺纹通孔Ⅱ5-2、螺纹通孔Ⅲ5-3和螺纹通孔Ⅳ5-4的配和，将马达组Ⅰ1紧固在夹具Ⅰ上。夹具Ⅰ5的方形框Ⅰ5-8的宽度等于压电振子Ⅰ1-1的后端盖1-1-4的外径，进一步对压电振子Ⅰ1-1起到固定的作用。夹具固定孔Ⅰ5-5、夹具固定孔Ⅱ5-6和夹具固定孔Ⅲ5-7配合底座9底部的n个螺纹固定孔9-2固定夹具。方形通孔Ⅰ5-8和方形通孔Ⅱ5-9的外侧壁为：两个方形通孔相互不接触的侧壁。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，所有马达组与其穿过的通孔的连接处均设有轴承。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一所述的采用压电马达直接驱动的舵机作进一步说明，本实施方式中，n＝12。

Claims (8)

1.采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，它包括：马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)、马达组Ⅳ(4)、夹具Ⅰ(5)、夹具Ⅱ(6)、夹具Ⅲ(7)、夹具Ⅳ(8)和底座(9)；
所述底座(9)为圆桶形结构，底座(9)内部底面中心位置固定连接两端开口的方形壳体(9-1)，
底座(9)的底面上开有n个螺纹固定孔(9-2)，n为正整数，
底座(9)的桶侧壁上开有通孔Ⅳ(9-3)、通孔Ⅴ(9-4)、通孔Ⅵ(9-5)和通孔Ⅶ(9-6)，且通孔Ⅳ(9-3)、通孔Ⅴ(9-4)、通孔Ⅵ(9-5)和通孔Ⅶ(9-6)分别与方形壳体(9-1)的四个侧壁中心正对；
马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)和马达组Ⅳ(4)的结构完全相同；
夹具Ⅰ(5)、夹具Ⅱ(6)、夹具Ⅲ(7)和夹具Ⅳ(8)的结构完全相同；
夹具Ⅰ(5)、夹具Ⅱ(6)、夹具Ⅲ(7)和夹具Ⅳ(8)分别通过底座(9)底部的n个螺纹固定孔(9-2)固定在底座(9)底部，且夹具Ⅰ(5)、夹具Ⅱ(6)、夹具Ⅲ(7)和夹具Ⅳ(8)分别与方形壳体(9-1)的四个侧壁一一对应，
夹具Ⅰ(5)、夹具Ⅱ(6)、夹具Ⅲ(7)和夹具Ⅳ(8)分别用于夹持马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)和马达组Ⅳ(4)；
马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)和马达组Ⅳ(4)的阶梯轴分别穿过通孔Ⅳ(9-3)、通孔Ⅴ(9-4)、通孔Ⅵ(9-5)和通孔Ⅶ(9-6)，使得马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)和马达组Ⅳ(4)的舵片均位于底座(9)外，且所述舵片均与底座(9)的外表面相切。
2.根据权利要求1所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，所述马达组Ⅰ(1)包括：压电振子Ⅰ(1-1)、压电振子Ⅱ(1-2)、圆盘(1-3)、阶梯轴(1-4)、紧固螺母(1-5)和舵片(1-6)；
压电振子Ⅰ(1-1)和压电振子Ⅱ(1-2)的结构完全相同；
压电振子Ⅰ(1-1)和压电振子Ⅱ(1-2)的驱动足均紧压在圆盘(1-3)的外圆周，使得压电振子Ⅰ(1-1)和压电振子Ⅱ(1-2)能够带动圆盘(1-3)转动，且压电振子Ⅰ(1-1)和压电振子Ⅱ(1-2)以圆盘(1-3)的中心轴为对称轴呈轴对称结构，阶梯轴(1-4)的末端通过紧固螺母(1-5)与圆盘(1-3)的中心固定连接，阶梯轴(1-4)的首端与舵片(1-6)固定连接。
3.根据权利要求2所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，压电振子Ⅰ(1-1)包括：驱动足(1-1-1)、变幅杆(1-1-2)、压电陶瓷组(1-1-3)和后端盖(1-1-4)，
驱动足(1-1-1)为圆柱形结构，该驱动足(1-1-1)周向开有凹槽，变幅杆(1-1-2)为圆锥台结构，该变幅杆(1-1-2)的窄端与驱动足(1-1-1)的一端固定连接，该变幅杆(1-1-2)的宽端与压电陶瓷组(1-1-3)的一端固定连接，压电陶瓷组(1-1-3)的另一端与后端盖(1-1-4)固定连接；
压电陶瓷组(1-1-3)包括多个压电陶瓷片。
4.根据权利要求3所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，驱动足(1-1-1)与变幅杆(1-1-2)为一体式结构。
5.根据权利要求3所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，驱动足(1-1-1)、变幅杆(1-1-2)、压电陶瓷组(1-1-3)和后端盖(1-1-4)均通过螺柱固定连接。
6.根据权利要求1所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，所述夹具Ⅰ(5)包括：螺纹通孔Ⅰ(5-1)、螺纹通孔Ⅱ(5-2)、螺纹通孔Ⅲ(5-3)、螺纹通孔Ⅳ(5-4)、夹具固定孔Ⅰ(5-5)、夹具固定孔Ⅱ(5-6)、夹具固定孔Ⅲ(5-7)、方形通孔Ⅰ(5-8)和方形通孔Ⅱ(5-9)；
所述夹具Ⅰ(5)整体为长方体板状结构，该夹具Ⅰ(5)的一条长边分别向其两端延伸出两个外延，且该两个外延上分别开有夹具固定孔Ⅱ(5-6)和夹具固定孔Ⅲ(5-7)，所述夹具Ⅰ(5)的一条长边的中心位置开有夹具固定孔Ⅰ(5-5)，夹具固定孔Ⅰ(5-5)、夹具固定孔Ⅱ(5-6)和夹具固定孔Ⅲ(5-7)均用于将夹具Ⅰ(5)固定在底座(9)上；
以夹具Ⅰ(5)长边的中线为对称轴、在该夹具Ⅰ(5)的表面分别开有呈轴对称结构的方形通孔Ⅰ(5-8)和方形通孔Ⅱ(5-9)，方形通孔Ⅰ(5-8)和方形通孔Ⅱ(5-9)均作为夹具Ⅰ(5)的夹持孔，用于夹持马达组Ⅰ(1)、马达组Ⅱ(2)、马达组Ⅲ(3)或马达组Ⅳ(4)，方形通孔Ⅰ(5-8)和方形通孔Ⅱ(5-9)的顶部分别开有螺纹通孔Ⅱ(5-2)和螺纹通孔Ⅲ(5-3)，方形通孔Ⅰ(5-8)和方形通孔Ⅱ(5-9)的外侧壁分别开有螺纹通孔Ⅰ(5-1)和螺纹通孔Ⅳ(5-4)，螺纹通孔Ⅰ(5-1)、螺纹通孔Ⅱ(5-2)、螺纹通孔Ⅲ(5-3)和螺纹通孔Ⅳ(5-4)均用于固定所夹持的马达组。
7.根据权利要求1所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，所有马达组与其穿过的通孔的连接处均设有轴承。
8.根据权利要求1所述的采用压电马达直接驱动的舵机，其特征在于，n＝12。
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