CN108288923A - 一种多层式旋转型压电精密驱动器 - Google Patents
一种多层式旋转型压电精密驱动器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108288923A CN108288923A CN201810148213.7A CN201810148213A CN108288923A CN 108288923 A CN108288923 A CN 108288923A CN 201810148213 A CN201810148213 A CN 201810148213A CN 108288923 A CN108288923 A CN 108288923A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- matrix
- thin walled
- walled beam
- multiple field
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 78
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 34
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007514 turning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/12—Constructional details
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明提出了一种多层式旋转型压电精密驱动器，包括n层基体、薄壁梁和压电陶瓷片，其中n为大于1的整数，最内层基体的形状为环形或圆形，其余n‑1层基体的形状为环形，相邻两层基体之间设置有m个薄壁梁，其中m为大于1的整数，n层基体通过薄壁梁连接，压电陶瓷片设置于薄壁梁的两侧面上，所述侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，压电陶瓷片沿其厚度方向极化。本发明借鉴多层式压电堆叠驱动器的技术思想，采用多层环形基体的设计结构，通过多层结构设置将各层基体由薄壁梁和压电陶瓷片激发产生的微小角度旋转变形叠加实现大角度旋转位移输出。
Description
技术领域
本发明属于微纳驱动技术领域，特别是涉及一种多层式旋转型压电精密驱动器。
背景技术
压电驱动器是一种利用压电陶瓷材料的逆压电效应将输入电能转换为输出机械能的新型微驱动器，由于该类驱动器具有结构简单、易于实现微型化、无电磁干扰且不受电磁干扰、毫秒级快速响应等技术优势近年来受到国内外研究学者的广泛关注，已被成功应用于精密加工、机器人关节、航空航天、数码电子产品以及生物医疗器械等领域。
随着材料科学以及加工制造技术的飞速发展，各类性能优异的压电驱动器层出不穷，其中以多层式压电堆叠驱动器的研究与应用最为普遍。多层式压电堆叠驱动器主要是由多层d33工作模式的压电陶瓷片和电极片叠加形成，电极片被交替的连接到驱动器两端的外电极上，这样多层压电陶瓷片组成了多个微位移输出单元，当施加电信号激励时，该多层式压电堆叠驱动器的输出位移为各层压电陶瓷片的输出微位移之和，具有位移变形大、输出力大等特点，广泛应用于超精密加工、微位移平台以及机器人技术等领域。当前多层式压电堆叠驱动器一般仅能实现直线式位移输出，即当施加电信号激励时，该多层式压电堆叠驱动器整体将会产生沿压电陶瓷片厚度方向的伸缩变形。而对于能够产生旋转位移输出的多层旋转式压电陶瓷驱动器，目前还没有研究机构和公司对其进行设计与研发，而旋转运动又是极为常见的一种运动输出形式，存在广泛的实际应用需求。因此，设计一种能够实现大角度旋转位移输出的多层式压电精密驱动器，已成为当前微纳驱动技术领域亟待解决的关键问题之一，将会对拓展压电驱动器的应用范围和促进压电驱动技术的发展产生深远的影响。
发明内容
为了丰富当前压电驱动器的种类，拓展压电驱动技术的应用范围，本发明借鉴已有实现直线位移输出的多层式压电堆叠驱动器的设计思想，提出了一种多层式旋转型压电精密驱动器。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种多层式旋转型压电精密驱动器，包括n层基体1、薄壁梁2和压电陶瓷片3，其中n为大于1的整数；最内层基体1的形状为环形或圆形，其余n-1层基体1的形状为环形，相邻两层基体1之间设置有m个薄壁梁2，其中m为大于1的整数，所述n层基体1通过薄壁梁2连接；所述压电陶瓷片3设置于薄壁梁2的两侧面上，所述侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，所述压电陶瓷片3沿其厚度方向极化。
进一步地，所述n层基体1同圆心布置。
进一步地，所述最内层基体1或最外层基体1上设置有固定孔1-1。
进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿圆周均匀分布。
进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2的设置方向指向基体1圆心。
进一步地，所述薄壁梁2两侧面上的压电陶瓷片3的极化方向相同。
进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2受压电陶瓷片3激发产生相同方向的弯曲变形。
进一步地，所述n层基体1和相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2由一体件加工。
进一步地，n为3，m为4。
本发明的有益效果：通过借鉴目前应用最为广泛的多层式压电堆叠驱动器叠加多层压电陶瓷片厚度方向微小位移实现大变形输出的技术思想，本发明采用多层环形基体设计结构，将各层基体由薄壁梁和压电陶瓷片激发产生的微小角度旋转变形叠加通过最内层或最外层基体实现大角度旋转位移输出，提出一种多层式旋转型压电精密驱动器。本发明通过改变基体的设置层数，可实现不同角度的旋转位移输出需求；通过改变相邻两层基体之间薄壁梁的设置个数，可满足不同负载大小的输出需求；本发明可根据实际应用环境的空间尺寸要求，选择最内层或最外层基体实现旋转位移输出；此外，本发明采用厚度方向尺寸远小于直径方向尺寸的盘形设计结构，易于实现微型化设计。本发明具有易于微型化、旋转角度与输出力矩可调等特点，在微动平台、机器人关节等领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1为本发明提出的一种最外层基体上设置有固定孔的多层式旋转型压电精密驱动器的结构示意图；
图2为本发明提出的一种最内层基体上设置有固定孔的多层式旋转型压电精密驱动器的结构示意图；
图3为图1和图2中压电陶瓷片的极化示意图，图中箭头方向表示压电陶瓷片的极化方向；
图4为图1的旋转变形示意图，其中图(a)为顺时针旋转变形示意图，图(b)为逆时针旋转变形示意图，图中箭头表示运动方向；
图5为图2的旋转变形示意图，其中图(a)为顺时针旋转变形示意图，图(b)为逆时针旋转变形示意图，图中箭头表示运动方向。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：下面结合说明书附图1、图3和图4对本实施方式作进一步详细的说明。本实施方式提供了一种最外层基体1上设置有固定孔1-1的多层式旋转型压电精密驱动器的具体实施方案，包括n层基体1、薄壁梁2和压电陶瓷片3，其中n为大于1的整数(本实施方式中n具体为3)。本实施方式中最内层基体1的形状为圆形，其余n-1层基体1的形状为环形，所述n层基体1同圆心设置；本实施方式中最外层基体1上设置有固定孔1-1(如说明书附图1所示)，用于实现本发明的固定安装，最内层基体1用于实现本发明旋转位移输出。相邻两层基体1之间设置有m个薄壁梁2，其中m为大于1的整数(本实施方式中m具体为4)，所述n层基体1通过相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2连接形成一个整体；所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿圆周均匀布置，本实施方式中相邻两层基体1之间的4个薄壁梁2沿圆周相互间隔90度布置。相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2的设置方向均指向基体1的圆心，即相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿基体1的半径方向布置；所述n层基体1和相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2由一体件加工而成。所述压电陶瓷片3设置于薄壁梁2的两侧面上，该侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，压电陶瓷片3沿其厚度方向极化(如说明书附图3所示，其中箭头方向表示压电陶瓷片3的极化方向)，本实施方式中位于薄壁梁2两侧面上的压电陶瓷片3的极化方向相同，当施加电信号激励时，薄壁梁2侧面上的两片压电陶瓷片3分别产生伸长变形和收缩变形，致使薄壁梁2与其侧面上的压电陶瓷片3整体产生弯曲变形，进而带动与其相连接的内层基体1产生旋转位移；所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2受压电陶瓷片3激发产生的弯曲变形方向相同，即相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2发生弯曲变形后带动与其连接的内层基体1沿同一方向旋转(如说明书附图4所示，图中箭头表示运动方向，且图中顺时针和逆时针运动方向可通过调整施加于压电陶瓷片上的激励电信号进行改变)；本实施方式中最外层基体1用于实现本发明的固定安装，其余n-1层基体1由薄壁梁2弯曲变形带动产生的旋转位移方向相同，因此各层基体1产生的微小旋转位移经过多层基体1叠加通过最内层基体1实现大角度旋转位移输出。
具体实施方式二：下面结合说明书附图2、图3和图5对本实施方式作进一步详细的说明。本实施方式提供了一种最内层基体1上设置有固定孔1-1的多层式旋转型压电精密驱动器的具体实施方案，本实施方式中的结构组成及具体连接方式均与具体实施方式一相同，不同之处在于本实施方式中最内层基体1上设置有固定孔1-1，用于实现本发明的安装固定，当对压电陶瓷片3施加电信号激励时，薄壁梁2侧面上的两片压电陶瓷片3分别产生伸长变形和收缩变形，致使薄壁梁2与压电陶瓷片3整体产生弯曲变形，进而带动与其相连接的外层基体1产生旋转位移；所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2受压电陶瓷片3激发产生的弯曲变形方向相同，即相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2发生弯曲变形后带动与其连接的外层基体1沿同一方向旋转(如说明书附图5所示，图中箭头表示运动方向，且图中的顺时针和逆时针的运动方向可通过调整施加于压电陶瓷片上的激励电信号进行改变)；本实施方式中最内层基体1用于实现本发明的固定安装，其余n-1层基体1由薄壁梁2弯曲变形带动产生的旋转位移方向相同，因此各层基体1产生的微小旋转位移经过多层基体1叠加通过最外层基体1实现大角度旋转位移输出。
以上对本发明所提供的一种多层式旋转型压电精密驱动器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：包括n层基体(1)、薄壁梁(2)和压电陶瓷片(3)，其中n为大于1的整数；最内层基体(1)的形状为环形或圆形，其余n-1层基体(1)的形状为环形，相邻两层基体(1)之间设置有m个薄壁梁(2)，其中m为大于1的整数，所述n层基体(1)通过薄壁梁(2)连接；所述压电陶瓷片(3)设置于薄壁梁(2)的两侧面上，所述侧面与基体(1)的环形或圆形横截面垂直，所述压电陶瓷片(3)沿其厚度方向极化。
2.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述n层基体(1)同圆心布置。
3.根据权利要求1或2所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述最内层基体(1)或最外层基体(1)上设置有固定孔(1-1)。
4.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述相邻两层基体(1)之间的m个薄壁梁(2)沿圆周均匀分布。
5.根据权利要求4所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述相邻两层基体(1)之间的m个薄壁梁(2)的设置方向指向基体(1)圆心。
6.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述薄壁梁(2)两侧面上的压电陶瓷片(3)的极化方向相同。
7.根据权利要求6所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述相邻两层基体(1)之间的m个薄壁梁(2)受压电陶瓷片(3)激发产生相同方向的弯曲变形。
8.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述n层基体(1)和相邻两层基体(1)之间的m个薄壁梁(2)由一体件加工。
9.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：n为3，m为4。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810148213.7A CN108288923A (zh) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 一种多层式旋转型压电精密驱动器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810148213.7A CN108288923A (zh) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 一种多层式旋转型压电精密驱动器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108288923A true CN108288923A (zh) | 2018-07-17 |
Family
ID=62832753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810148213.7A Pending CN108288923A (zh) | 2018-02-13 | 2018-02-13 | 一种多层式旋转型压电精密驱动器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108288923A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112865598A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-05-28 | 吉林大学 | 一种差动惯性式压电旋转驱动器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3805631A1 (de) * | 1988-02-24 | 1989-09-07 | Teldix Gmbh | Drehschwingungsantrieb |
| JPH0213281A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 圧電素子を用いた振動モータ |
| US5521778A (en) * | 1994-08-30 | 1996-05-28 | International Business Machines Corporation | Disk drive with primary and secondary actuator drives |
| CN202940749U (zh) * | 2012-11-27 | 2013-05-15 | 南京航空航天大学 | 一种三自由度旋转工作台 |
| CN203233339U (zh) * | 2013-05-08 | 2013-10-09 | 吉林大学 | 仿生微纳米级压电旋转驱动装置 |
| CN205281014U (zh) * | 2015-11-19 | 2016-06-01 | 苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司 | 一种压电驱动二维扫描微镜 |
| CN107324275A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 山东大学 | 一种串联环扇形压电三维微伺服平台的结构 |
-
2018
- 2018-02-13 CN CN201810148213.7A patent/CN108288923A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3805631A1 (de) * | 1988-02-24 | 1989-09-07 | Teldix Gmbh | Drehschwingungsantrieb |
| JPH0213281A (ja) * | 1988-06-30 | 1990-01-17 | Nec Corp | 圧電素子を用いた振動モータ |
| US5521778A (en) * | 1994-08-30 | 1996-05-28 | International Business Machines Corporation | Disk drive with primary and secondary actuator drives |
| CN202940749U (zh) * | 2012-11-27 | 2013-05-15 | 南京航空航天大学 | 一种三自由度旋转工作台 |
| CN203233339U (zh) * | 2013-05-08 | 2013-10-09 | 吉林大学 | 仿生微纳米级压电旋转驱动装置 |
| CN205281014U (zh) * | 2015-11-19 | 2016-06-01 | 苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司 | 一种压电驱动二维扫描微镜 |
| CN107324275A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 山东大学 | 一种串联环扇形压电三维微伺服平台的结构 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112865598A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-05-28 | 吉林大学 | 一种差动惯性式压电旋转驱动器 |
| CN112865598B (zh) * | 2021-03-30 | 2024-04-05 | 吉林大学 | 一种差动惯性式压电旋转驱动器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chen et al. | A new traveling wave ultrasonic motor using thick ring stator with nested PZT excitation | |
| JP2005168281A (ja) | 積層圧電素子及び振動波駆動装置 | |
| CN112202359B (zh) | 单模态协同工作的中空压电作动器及其工作方法 | |
| CN101227157B (zh) | 采用兰杰文振子结构的压电螺纹驱动器 | |
| CN102185096A (zh) | 压电驱动器及直线压电马达 | |
| CN108288923A (zh) | 一种多层式旋转型压电精密驱动器 | |
| CN107306097B (zh) | 采用多层环形压电陶瓷的微电机 | |
| CN104124891A (zh) | 压电振子及包括该压电振子的精密位移平台 | |
| US7825566B2 (en) | Ultrasonic actuator and method for manufacturing piezoelectric deformation portion used in the same | |
| CN110661445B (zh) | 一种并联式三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法 | |
| CN109216536B (zh) | 一种正交异性压电陶瓷驱动器 | |
| CN108494286B (zh) | 采用剪切工作模式的扭转型精密压电驱动器及其制作方法 | |
| CN110635713A (zh) | 压电陶瓷旋转电机 | |
| CN106953540A (zh) | 压电振子、包括该压电振子的驱动器及微动台 | |
| CN108258932B (zh) | 一种多层式旋转型压电微位移驱动器 | |
| CN112886860B (zh) | 一种基于三相压电叠堆驱动方式的旋转超声电机 | |
| JP2010259193A (ja) | 駆動装置及びロボット装置 | |
| CN105305872B (zh) | 大行程高精度微纳驱动装置及其定位方法 | |
| CN107612417B (zh) | 三自由度球形转子超声电机定子基体及其激励方法 | |
| Jeong et al. | Optimal design of V-type ultrasonic motor | |
| CN110601597B (zh) | 一种双模态复合型尺蠖超声波电机 | |
| TW200412008A (en) | Ultrasonic motor of multi-layer thin-disc piezoelectric actuating type | |
| EP2870690B1 (en) | A wobble motor with a solid state actuator | |
| CN201323208Y (zh) | 层叠状剪切压电陶瓷促动器 | |
| CN101388620B (zh) | 夹心式圆筒定子及使用该定子的超声电机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180717 |