CN106160565A - 基于压电驱动的高精度微型直线电机 - Google Patents

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张卫平
寻之宇
邹阳
周岁
魏志方
李帆
李一帆
陈畅
唐健
欧彬
刘朝阳
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  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，包括：电机外壳、压电驱动器、压电驱动器固定件、传动平台、位移放大机构以及输出轴，其中：压电驱动器的底部与电机外壳固定，压电驱动器的顶部与压电驱动器固定件固定，压电驱动器固定件同传动平台固定，传动平台的另一端同位移放大机构固定，位移放大机构的末端同电机外壳固定，输出轴与位移放大机构固定；通过电流的输入使得压电驱动器产生上下往复运动的微位移，并通过传动平台以及位移放大机构的运动传递关系将压电驱动器的上下往复运动的微位移放大并传递到输出轴上，从而实现直线电机的功能。本发明体积微小，结构紧凑，精度较高，响应速度快，能够承受较强的外界负载。

Description

基于压电驱动的高精度微型直线电机
技术领域
本发明涉及一种微型电机技术领域的装置，具体地，涉及一种基于压电驱动的高精度微型直线电机。
背景技术
全球微型电机市场主要分布在视听、办公自动化、电动车(含汽车)、家电和空调等领域。伴随人们生活水平的提高，微型电机市场在迅速发展。通常每个家庭拥有微型电机的数量可以衡量一个国家现代化水平的程度，其市场需求发展迅速、蕴藏着巨大的市场。
我国微型电机行业创建于20世纪50年代末期，从为满足国防武器装备需要开始，经历了仿制、自行设计和研究开发的阶段，至今已有40余年的发展历史，已形成产品开发、规模化生产和关键零部件、关键材料、专用制造设备、测试仪器配套的完整的工业体系。
据统计，我国微型电机生产及配套厂家在1000家以上，从业人员超过10万人，工业总产值超过100亿元。微型电机行业已成为国民经济和国防现代化建设中不可缺少的一个基础产品工业。简而言之，微型电机行业是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业。
目前，中国微型电机行业已经进入机遇与挑战并存的全球经济大环境中，只有通过技术创新进一步降低生产成本才能在激烈的竞争中夺取更大的(国际)市场份额。
但是，目前的微型电机精度较低，体积较大，难以满足一些特殊场合的需求。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，所述微型直线电机体积微小，结构紧凑，精度较高，响应速度快，能够承受较强的外界负载。
为实现以上目的，本发明提供一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，包括：电机外壳，压电驱动器，压电驱动器固定件，传动平台，位移放大机构，以及输出轴；其中：
所述压电驱动器的底部与所述电机外壳连接；所述压电驱动器的顶部与所述压电驱动器固定件的一端连接；所述压电驱动器固定件的另一端与所述传动平台的一端连接；所述传动平台的另一端与所述位移放大机构的输入端连接；所述输出轴与所述位移放大机构的输出端连接，用于提供输出位移；所述输出轴同时与所述电机外壳连接；
所述压电驱动器采用产生双向力的电压驱动压电双晶片作为驱动器，在电信号的作用下，压电驱动器的上下往复运动通过压电驱动器固定件、传动平台以及位移放大机构将压电驱动器上下往复运动的微位移放大，并通过与所述位移放大机构固定的输出轴提供输出位移。
优选地，所述压电驱动器包括：压电驱动器的底部和压电驱动器的顶部，其中：
所述压电驱动器的底部的左、右两侧由两个矩形块构成，在两个矩形块上分别打有矩形通孔并通过矩形通孔与电机外壳连接固定；
所述压电驱动器的顶部由连续变截面矩形截面梁构成，矩形截面梁的顶端为等腰梯形；压电驱动器的顶部通过等腰梯形的顶端与压电驱动器固定件连接固定。
优选地，所述压电驱动器固定件的顶端为矩形，压电驱动器固定件的矩形顶端与传动平台连接固定。
优选地，所述压电驱动器固定件的内部具有孔槽，所述孔槽与压电驱动器的顶部的等腰梯形顶端相契合，压电驱动器固定件通过孔槽与压电驱动器的顶部配合连接固定。
优选地，所述位移放大机构包含两个传动杆件，两个传动杆件与传动平台以及所述电机外壳形成四杆机构，从而对压电驱动器所产生的上下往复运动的微位移进行放大。
更优选地，所述位移放大机构进一步包含被动铰链结构，所述被动铰链结构位于所述四杆机构的任意两杆件的连接处，被动铰链结构由内侧矩形块、外侧矩形块以及内侧矩形块与外侧矩形块之间的间隙构成，所述间隙作为柔性铰链提供所述位移放大机构杆件被动扭转的自由度。
更优选地，所述位移放大机构，其中各部件均采用多层材料复合而成，所述多层材料包括上层刚性材料，中间柔性材料与下层刚性材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明与现有微型直线电机相比，采用多层叠合的复合材料，重量轻、刚度大的传动机构，压电驱动的高精度驱动方式，从而具有体积小、结构紧凑、精度高、响应速度快的优势，可以在复杂环境中获得更加广泛的应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的整体结构正等轴测图；
图2为本发明一实施例中压电驱动器结构示意图；
图3为本发明一实施例中压电驱动器固定件示意图；
图4为本发明一实施例中位移放大机构的被动铰链结构示意图；
图5为本发明一实施例中位移放大机构正等轴测图；
图中：1为电机外壳，2为压电驱动器，3为压电驱动器固定件，4为传动平台，5为位移放大机构，6为输出轴，7为压电驱动器的底部，8为压电驱动器的顶部，9、10为矩形块，11为孔槽，12为上层刚性材料，13为柔性材料，14为下层刚性材料，15为被动铰链结构，16为内侧矩形块，17为外侧矩形块，18为被动铰链结构间隙，19、20为传动杆件。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，包括：一个电机外壳1，一个压电驱动器2，一个压电驱动器固定件3，一个传动平台4，一个位移放大机构5以及一个输出轴6；其中：
所述压电驱动器2与所述电机外壳1连接固定；所述压电驱动器2的另一端与所述压电驱动器固定件3连接固定；所述压电驱动器固定件3同所述传动平台4的一端连接固定；所述传动平台4的另一端与所述位移放大机构5的输入端连接；所述输出轴6与所述位移放大机构5的输出端连接，用于提供输出位移；所述输出轴6同时与所述电机外壳1连接；
所述压电驱动器2采用能产生双向力的电压驱动压电双晶片作为驱动器，在电信号的作用下，压电驱动器2的上下往复运动通过压电驱动器固定件3、传动平台4、位移放大机构5将压电驱动器2上下往复运动的微位移放大。
如图2所示，为所述压电驱动器结构示意图；所述压电驱动器2包括：压电驱动器的底部7和压电驱动器的顶部8，其中：
所述压电驱动器的底部7的左、右两侧由两个矩形块9、10构成，在矩形块9、10上分别打有矩形通孔，电机外壳1分别通过所述矩形通孔与矩形块9、10连接固定；
所述压电驱动器的顶部8由连续变截面矩形截面梁构成，矩形截面梁的顶端为等腰梯形，所述压电驱动器的顶部8通过等腰梯形的顶端与压电驱动器固定件3连接固定。
如图3所示，为所述压电驱动器固定件示意图；所述压电驱动器固定件3的顶端为矩形，压电驱动器固定件3的矩形顶端与传动平台4连接固定；压电驱动器固定件3内部具有孔槽11，孔槽11与压电驱动器的顶部8等腰梯形的顶端相契合，压电驱动器固定件3通过孔槽11与压电驱动器的顶部8配合连接固定。压电驱动器的另一端同传动平台4连接固定。
如图5所示，为所述位移放大机构正等轴测图；所述位移放大机构5包含传动杆件19、20，传动杆件19、20与传动平台4以及电机外壳1形成四杆机构，传动平台4与传动杆件19将位移传动到传动杆件20的一端，通过传动杆件20与电机外壳的连接关系将位移放大，从而对压电驱动器2所产生的上下往复运动的微位移进行放大，并通过与位移放大机构5固定连接的输出轴6提供输出位移。
如图4所示，作为优选，所述位移放大机构5包含被动铰链结构15，所述被动铰链结构位于所述四杆机构的任意两杆件的连接处，所述被动铰链结构15由内侧矩形块16、外侧矩形块17以及位于内侧矩形块16与外侧矩形块17之间的间隙，即被动铰链结构间隙18构成，被动铰链结构间隙间隙18作为柔性铰链提供翅膀被动扭转的自由度。
如图4所示，为所述位移放大机构的被动铰链结构示意图，作为优选，所述位移放大机构5整个结构均由多层材料复合而成，包括一层上层刚性材料12，中间一层柔性材料13以及一层下层刚性材料14。两层刚性材料12、14作为结构的支撑件，柔性材料13则提供了扭转所需的自由度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，包括：电机外壳，压电驱动器，压电驱动器固定件，传动平台，位移放大机构以及输出轴；其中：
所述压电驱动器的底部与所述电机外壳连接；所述压电驱动器的顶部与所述压电驱动器固定件的一端连接；所述压电驱动器固定件的另一端与所述传动平台的一端连接；所述传动平台的另一端与所述位移放大机构的输入端连接；所述输出轴与所述位移放大机构的输出端连接，用于提供输出位移；所述输出轴同时与所述电机外壳连接；
所述压电驱动器采用产生双向力的电压驱动压电双晶片作为驱动器，在电信号的作用下，压电驱动器的上下往复运动通过压电驱动器固定件、传动平台以及位移放大机构将压电驱动器上下往复运动的微位移放大，并通过与所述位移放大机构固定的输出轴提供输出位移。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述压电驱动器的底部的左、右两侧由两个矩形块构成，在两个矩形块上分别设有通孔并通过通孔与电机外壳连接固定。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述压电驱动器的顶部由连续变截面矩形截面梁构成，矩形截面梁的顶端为等腰梯形；压电驱动器的顶部通过等腰梯形的顶端与压电驱动器固定件连接固定。
4.根据权利要求3所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述压电驱动器固定件的顶端为矩形，压电驱动器固定件的矩形顶端与传动平台连接固定。
5.根据权利要求3所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述压电驱动器固定件的内部具有孔槽，所述孔槽与压电驱动器的顶部的等腰梯形顶端相契合，压电驱动器固定件通过孔槽与压电驱动器的顶部配合连接固定。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述位移放大机构包含两个传动杆件，两个传动杆件与传动平台以及所述电机外壳形成四杆机构，从而对压电驱动器所产生的上下往复运动的微位移进行放大。
7.根据权利要求6所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述位移放大机构进一步包含被动铰链结构，所述被动铰链结构位于所述四杆机构的任意两杆件的连接处，被动铰链结构由内侧矩形块、外侧矩形块以及内侧矩形块与外侧矩形块之间的间隙构成，所述间隙作为柔性铰链提供所述位移放大机构杆件被动扭转的自由度。
8.根据权利要求7所述的一种基于压电驱动的高精度微型直线电机，其特征在于，所述位移放大机构，其中各部件均采用多层材料复合而成，所述多层材料包括上层刚性材料，中间柔性材料与下层刚性材料。
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