CN105827147A - 一种惯性压电驱动电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种惯性压电驱动电机，包括压电振子、质量块、旋转台、底座和复合悬臂，其中所述压电振子的两端分别固定连接在所述质量块和旋转圆盘上；所述旋转台包括旋转圆盘和旋转轴两部分；所述复合悬臂为薄片型结构且由高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料层合构成，所述高摩擦弹性材料和所述低摩擦弹性材料尺寸相同但摩擦系数不同，所述复合悬臂固定连接在旋转圆盘下表面，所述高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料的层合面过旋转圆盘直径；所述底座与旋转轴构成转动副，压电振子振动带动质量块振动，惯性使复合悬臂产生弯曲，由于复合悬臂的两种材料摩擦系数不同，产生旋转运动，本发明具有寿命长、容错性强、精度要求低等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种惯性压电驱动电机。
背景技术
近年来，随着微纳米技术的迅猛发展，在光学工程、微电子制造、航空航天技术、超精密机械制造、生物医学等技术领域的研究都迫切需要容差性强、结构简单的驱动器。随着科技的发展，人们研制出利用功能材料构成的新型电机来实现超精密驱动，近年来此研究已取得了一系列的成果，如记忆合金电机、压电效应电机、电致伸缩电机和磁致伸缩电机等。其中，由于压电材料(PZT)具有控制方便、功率密度大、位移分辨率高、频率响应好、不发热、无电磁干扰等优点，因此压电型精密驱动技术已成为国内外重点研究方向。然而，现有的压电电机存在加工精度要求较高、使用寿命短的问题，且零部件之间多为刚性配合，磨损后无法工作。
发明内容
为了解决现有压电电机容差性弱、寿命短等问题，提出了一种惯性压电驱动电机，该电机由压电振子、质量块、旋转台、底座和复合悬臂构成，压电振子施加交流电后产生往复弯曲变形并带动质量块振动，惯性力使复合悬臂产生弯曲变形，结合复合悬臂两种不同摩擦系数材料的作用，一个周期内，复合悬臂顺时针和逆时针转动时所受摩擦力不同，电机在复合悬臂受摩擦力小时转动的总角度大于受摩擦力大时转动的总角度，故在一个周期末，电机向复合悬臂受摩擦力小时的方向转动。本发明与现有压电电机相比，由于存在弹性结构，磨损后也能正常工作，具有寿命长、容差性强等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种惯性压电驱动电机，包括压电振子、质量块、旋转台和底座，其特征在于还包括两种材料层合形成的复合悬臂，其中所述压电振子的两端分别固定连接在所述质量块和旋转圆盘上；所述旋转台包括旋转圆盘和旋转轴两部分，所述旋转圆盘和所述旋转轴固定连接，所述旋转轴的轴线垂直于所述旋转圆盘的上表面；所述压电振子由压电陶瓷和弹性基板粘接构成，所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面与所述旋转圆盘上表面垂直，所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面过旋转圆盘的直径；所述复合悬臂为薄片型结构且由高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料层合构成，所述高摩擦弹性材料和所述低摩擦弹性材料尺寸相同，所述高摩擦弹性材料的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料的摩擦系数，所述复合悬臂粘接布置在旋转圆盘下表面，所述高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料的层合面垂直于旋转圆盘的下表面，所述高摩擦弹性材料和低摩擦弹性材料的层合面过旋转圆盘直径，从上向下看，每个所述低摩擦弹性材料的外法线绕旋转轴呈逆时针，由于旋转台重力的作用所述复合悬臂接触底座；所述底座与旋转轴构成转动副，旋转轴输出转矩。
工作时，压电振子作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，惯性力使复合悬臂产生弯曲变形，结合复合悬臂两种不同摩擦系数材料的作用，一个周期内，复合悬臂顺时针和逆时针转动时所受摩擦力不同，电机在复合悬臂受摩擦力小时转动的总角度大于受摩擦力大时转动的总角度，故在一个周期末，电机向复合悬臂受摩擦力小时的方向转动。在一个周期内，零到四分之一周期时，压电振子弯曲，质量块受到压电振子沿圆盘切向向右的作用力并向右运动，旋转圆盘受到向左的反作用力并顺时针运动，复合悬臂弯曲，摩擦系数较大的高摩擦弹性材料接触底座，旋转圆盘第一次顺时针转动，四分之一周期末时电机的状态如图3中的上侧图虚线所示，实线为一个周期开始的初始位置；四分之一到四分之三周期时，质量块受到压电振子沿圆盘切向向左的作用力并向左运动，旋转圆盘受到向右的反作用力并逆时针运动，摩擦系数较小的低摩擦弹性材料接触底座，旋转圆盘第一次逆时针转动，四分之三周期末时电机的状态如图3中的中间图虚线所示，实线为一个周期开始的初始位置；四分之三到一个周期时，质量块受到压电振子沿圆盘切向向右的作用力并向右运动，旋转圆盘受到向左的反作用力并顺时针运动，摩擦系数较大的高摩擦弹性材料接触底座，旋转圆盘第二次顺时针转动，一个周期末时电机的状态如图3中的下侧图虚线所示，实线为一个周期开始的初始位置。由于高摩擦弹性材料的摩擦系数大于低摩擦弹性材料，故高摩擦弹性材料产生的摩擦力大于低摩擦弹性材料产生的摩擦力，旋转圆盘第一次顺时针和第二次顺时针转动时的摩擦力大于第一次逆时针转动时的摩擦力，故旋转圆盘第一次顺时针和第二次顺时针转动时的总角度小于第一次逆时针转动时的总角度，电机逆时针转动。
附图说明
图1是本发明一种惯性压电驱动电机的装配图。
图2是本发明中复合悬臂的结构示意图。
图3是本发明的局部运动示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，包括压电振子1、质量块2、旋转台3和底座4，其特征在于还包括两种材料层合形成的复合悬臂5，其中所述压电振子1的两端分别固定连接在所述质量块2和旋转圆盘31上；所述旋转台3包括旋转圆盘31和旋转轴32两部分，所述旋转圆盘31和所述旋转轴32固定连接，所述旋转轴32的轴线垂直于所述旋转圆盘31的上表面；所述压电振子1由压电陶瓷11和弹性基板12粘接构成，所述压电陶瓷11和弹性基板12的粘接面与所述旋转圆盘31上表面垂直，所述压电陶瓷11和弹性基板12的粘接面过旋转圆盘31的直径；所述复合悬臂5为薄片型结构且由高摩擦弹性材料51和低摩擦弹性材料52层合构成，所述高摩擦弹性材料51和所述低摩擦弹性材料52尺寸相同，所述高摩擦弹性材料51的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料52的摩擦系数，所述复合悬臂5粘接布置在旋转圆盘31下表面，所述高摩擦弹性材料51和低摩擦弹性材料52的层合面垂直于旋转圆盘31的下表面，所述高摩擦弹性材料51和低摩擦弹性材料52的层合面过旋转圆盘31直径，从上向下看，每个所述低摩擦弹性材料52的外法线绕旋转轴32呈逆时针，由于旋转台3重力的作用所述复合悬臂5接触底座4；所述底座4与旋转轴32构成转动副，旋转轴32输出转矩。
工作时，压电振子1作为动力源在交变电压的作用下发生往复弯曲变形，惯性力使复合悬臂5产生弯曲变形，结合复合悬臂5两种不同摩擦系数材料的作用，一个周期内，复合悬臂5顺时针和逆时针转动时所受摩擦力不同，电机在复合悬臂5受摩擦力小时转动的总角度大于受摩擦力大时转动的总角度，故在一个周期末，电机向复合悬臂5受摩擦力小时的方向转动。
Claims (1)
1.一种惯性压电驱动电机，包括压电振子(1)、质量块(2)、旋转台(3)和底座(4)，其特征在于还包括两种材料层合形成的复合悬臂(5)，其中：
所述压电振子(1)的两端分别固定连接在所述质量块(2)和旋转圆盘(31)上；所述旋转台(3)包括旋转圆盘(31)和旋转轴(32)两部分，所述旋转圆盘(31)和所述旋转轴(32)固定连接，所述旋转轴(32)的轴线垂直于所述旋转圆盘(31)的上表面；所述压电振子(1)由压电陶瓷(11)和弹性基板(12)粘接构成，所述压电陶瓷(11)和弹性基板(12)的粘接面与所述旋转圆盘(31)上表面垂直，所述压电陶瓷(11)和弹性基板(12)的粘接面过旋转圆盘(31)的直径；所述复合悬臂(5)为薄片型结构且由高摩擦弹性材料(51)和低摩擦弹性材料(52)层合构成，所述高摩擦弹性材料(51)和所述低摩擦弹性材料(52)尺寸相同，所述高摩擦弹性材料(51)的摩擦系数大于所述低摩擦弹性材料(52)的摩擦系数，所述复合悬臂(5)粘接布置在旋转圆盘(31)下表面，所述高摩擦弹性材料(51)和低摩擦弹性材料(52)的层合面垂直于旋转圆盘(31)的下表面，所述高摩擦弹性材料(51)和低摩擦弹性材料(52)的层合面过旋转圆盘(31)直径，从上向下看，每个所述低摩擦弹性材料(52)的外法线绕旋转轴(32)呈逆时针；所述底座(4)与旋转轴(32)构成转动副。
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