CN105846715B - 一种变阻尼压电驱动电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变阻尼压电驱动电机，包括旋转台、压电振子、底座和复合悬臂，其中旋转台包括旋转轴和旋转圆盘，压电振子的两端分别固定连接在旋转圆盘和复合悬臂上，压电振子与旋转圆盘的下表面垂直，所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面沿所述旋转圆盘直径布置，复合悬臂为薄片型结构且由低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料层合构成，低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料都为薄片型结构且尺寸相同，低摩擦弹性材料的摩擦系数小于高摩擦弹性材料的摩擦系数，低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料的层合面与压电陶瓷和弹性基板的粘接面平行，旋转轴和底座构成转动副，本发明具有使用寿命长、精度要求低等优点。
Description
技术领域
本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种变阻尼压电驱动电机。
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
为解决目前微型压电驱动电机运动寿命短、加工精度要求较高等问题，提出了一种变阻尼压电驱动电机，该电机由旋转台、压电振子、底座和复合悬臂构成，压电振子在交变电流的作用下产生弯曲变形，压电振子的弯曲带动复合悬臂弯曲，结合复合悬臂不同摩擦系数的弹性材料的作用，电机定向转动。本发明与目前压电电机相比，具有使用寿命长、精度要求低等优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一种变阻尼压电驱动电机包括旋转台、压电振子和底座，其特征还在于包括复合悬臂，其中所述旋转台包括旋转轴和旋转圆盘，所述旋转轴和所述旋转圆盘固定连接，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，四个所述压电振子的一端分别与所述旋转圆盘固定连接，每个所述压电振子的另一端固定连接有一个所述复合悬臂，所述压电振子与旋转圆盘的下表面垂直，所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面沿所述旋转圆盘直径布置；所述复合悬臂为薄片型结构且由低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料层合构成，所述低摩擦弹性材料和所述高摩擦弹性材料都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料的摩擦系数，所述低摩擦弹性材料和高摩擦弹性材料的层合面与所述压电陶瓷和弹性基板的粘接面平行，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；所述旋转轴和所述底座构成转动副。
所述压电振子和等量的所述复合悬臂的数量可以为L个，L大于等于1。
工作时，底座固定，利用旋转台的重力使复合悬臂和底座接触。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，压电振子带动复合悬臂产生弯曲。如图3所示，压电振子向左弯曲运动到最大振幅位置为左极限位置，如实线所示；压电振子向右弯曲运动到最大振幅位置为右极限位置，如虚线所示。如图3中的上侧图所示，压电振子从左极限位置运动到右极限位置，摩擦系数较小的低摩擦弹性材料接触底座，复合悬臂受到压电振子向右的作用力向右运动，旋转圆盘受到压电振子向左的反作用力顺时针转动，此过程称为前半程；紧接着，如图3中的下侧图所示，压电振子从右极限位置运动到左极限位置，接触工作平面的材料由摩擦系数较小的低摩擦弹性材料变为摩擦系数较大的高摩擦弹性材料，复合悬臂受到压电振子向左的作用力向左运动，旋转圆盘受到压电振子向右的反作用力逆时针转动，此过程称为后半程。后半程相比于前半程，复合悬臂受到的摩擦力较大则运动距离小，由于极限位置时压电振子的振幅不变，故后半程旋转圆盘的逆时针转动角度大于前半程旋转圆盘的顺时针转动角度。前半程加后半程为电机的一个工作循环，以旋转圆盘为基准，电机逆时针转动。
附图说明
图1是本发明一种变阻尼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是本发明工作时的局部运动示意图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明一种变阻尼压电驱动电机，包括旋转台1、压电振子2、底座3和复合悬臂4，其中所述旋转台1包括旋转轴11和旋转圆盘12，所述旋转轴11和所述旋转圆盘12固定连接，所述旋转轴11的轴线垂直于所述旋转圆盘12的上表面；所述压电振子2由压电陶瓷21和弹性基板22粘接构成，四个所述压电振子2的一端分别与所述旋转圆盘12固定连接，每个所述压电振子2的另一端固定连接有一个所述复合悬臂4，所述压电振子2与旋转圆盘12的下表面垂直，所述压电陶瓷21和弹性基板22的粘接面沿所述旋转圆盘12直径布置；所述复合悬臂4为薄片型结构且由低摩擦弹性材料41和高摩擦弹性材料42层合构成，所述低摩擦弹性材料41和所述高摩擦弹性材料42都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料41的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料42的摩擦系数，所述低摩擦弹性材料41和高摩擦弹性材料42的层合面与所述压电陶瓷21和弹性基板22的粘接面平行，从上向下看，每个所述低摩擦弹性材料41的外法线绕旋转轴11呈逆时针；所述旋转轴11和所述底座3构成转动副。
工作时，压电振子2在交变电流的作用下产生弯曲变形，压电振子2的弯曲带动复合悬臂4弯曲，结合复合悬臂4不同摩擦系数的弹性材料的作用，电机定向转动。
Claims (2)
1.一种变阻尼压电驱动电机，包括旋转台(1)、压电振子(2)和底座(3)，其特征还在于包括复合悬臂(4)，其中：
所述旋转台(1)包括旋转轴(11)和旋转圆盘(12)，所述旋转轴(11)和所述旋转圆盘(12)固定连接,所述旋转轴(11)的轴线垂直于所述旋转圆盘(12)的上表面；所述压电振子(2)由压电陶瓷(21)和弹性基板(22)粘接构成，四个所述压电振子(2)的一端分别与所述旋转圆盘(12)固定连接，每个所述压电振子(2)的另一端固定连接有一个所述复合悬臂(4)，所述压电振子(2)与旋转圆盘(12)的下表面垂直，所述压电陶瓷(21)和弹性基板(22)的粘接面沿所述旋转圆盘(12)直径布置；所述复合悬臂(4)为薄片型结构且由低摩擦弹性材料(41)和高摩擦弹性材料(42)层合构成，所述低摩擦弹性材料(41)和所述高摩擦弹性材料(42)都为薄片型结构且尺寸相同，所述低摩擦弹性材料(41)的摩擦系数小于所述高摩擦弹性材料(42)的摩擦系数，所述低摩擦弹性材料(41)和高摩擦弹性材料(42)的层合面与所述压电陶瓷(21)和弹性基板(22)的粘接面平行，从上向下看，每个所述低摩擦弹性材料(41)的外法线绕旋转轴(11)呈逆时针；所述旋转轴(11)和所述底座(3)构成转动副。
2.根据权利要求1所述的一种变阻尼压电驱动电机，其特征在于：所述压电振子(2)和等量的所述复合悬臂(4)的数量为L个，L大于等于1。
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