CN109067237B - 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器 - Google Patents

一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器 Download PDF

Info

Publication number
CN109067237B
CN109067237B CN201811213789.3A CN201811213789A CN109067237B CN 109067237 B CN109067237 B CN 109067237B CN 201811213789 A CN201811213789 A CN 201811213789A CN 109067237 B CN109067237 B CN 109067237B
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric stack
moving body
clamping block
friction
cantilever
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.)
Active
Application number
CN201811213789.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109067237A (zh
Inventor
温建明
王仁明
聂子强
虞付进
李建平
马继杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang Normal University CJNU
Original Assignee
Zhejiang Normal University CJNU
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang Normal University CJNU filed Critical Zhejiang Normal University CJNU
Priority to CN201811213789.3A priority Critical patent/CN109067237B/zh
Publication of CN109067237A publication Critical patent/CN109067237A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109067237B publication Critical patent/CN109067237B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
    • H02N2/025—Inertial sliding 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
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/04—Constructional details

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器，属于压电精密驱动技术领域。运动体中部固接长夹持块，长夹持块上固定有两块悬臂，由短夹持块与螺钉固定连接，悬臂外端固定粘接压电叠堆，压电叠堆另一端固定粘接质量块，长夹持块远离运动体的一端底部固定安装摩擦盘，摩擦盘浸于磁流变液中；运动体两侧为直线导轨，直线导轨固定安装在两侧板上，侧板固定安装在底座上，底座上放置带有导磁外壳的电磁线圈，中部带有密封片与密封条密封形成放置磁流变液的容腔。优点是：利用磁流变液与电磁线圈耦合实现驱动器的摩擦力调整，减少了传统意义上的摩擦磨损，提高了驱动器的精度与寿命。

Description

一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器
技术领域
本发明属于微小、精密驱动领域。
背景技术
近年来，随着微纳米驱动技术的飞速发展，在生物医学、精密机械、仿生机器人、自动控制、精密测量，精密操作、精密器件、超精密加工等技术领域对微小型机械的驱动要求逐年增加。微纳米级别的驱动技术作为探索微观领域的核心技术，已经成为国内外科研机构、学者的研究热点。传统的精密机械驱动方式一般采用机械结构式，比如精密车床中的丝杆副以及滚动、滑动导轨、精密螺旋楔块机构等，即便是超高精度的机械结构，还是无法避免存在装配间隙、摩擦磨损、爬行等现象，因此传统机械结构式驱动器难以提升精度水平，在这种形式下，发展出了很多新型的驱动方式，如静电吸引式、电磁吸引式、磁致伸缩式、形状记忆合金式和压电式等。压电陶瓷是一种广泛应用在精密驱动领域的智能材料，其具有低能耗、无电磁干扰、响应速度快等优点，以压电材料为驱动元件的驱动器成为近年来精密驱动领域的一个重要分支。
近年来压电精密驱动装置得到广泛研究与应用。惯性压电驱动器是将惯性质量块与压电元件共同作用产生的惯性冲击力作为驱动力的驱动装置，其机械结构简单，运动速度较快，形成的驱动运动方式易于控制，而且可以获得大行程的连续运动，可以稳定工作在高频状态，一直是国内外研究的热点。
目前所研制的惯性压电驱动器的工作机理多数是通过电控或者改变机械结构或得力差驱动运动，少数为利用摩擦力控制方式获得力差驱动运动，早期的研究工作主要是通过电信号产生不同的惯性冲击力使机构运动；随着研究工作与科学领域的扩展，为了将新型智能材料引入到精密驱动领域中，提出了利用磁流变效应控制摩擦力的方法，通过改变磁场控制摩擦力实现控制驱动器输出能力。
鉴于上述条件，本发明提出的惯性式压电驱动器利用对称方波电信号作为压电叠堆的激励信号，悬臂在长夹持块与短夹持块的夹持下形成的非对称夹持，压电叠堆与质量块会产生不同方向上大小不同的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体静止。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的通电大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：通过引入磁流变液与电磁线圈耦合来优化压电驱动器中摩擦力调节装置普遍存在的固体对固体摩擦，以解决常见的压电驱动器因固体对固体产生的摩擦磨损、摩擦力分布不均匀、摩擦力难以定量调节等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种磁流变与电磁耦合调摩擦的悬臂式压电叠堆驱动器，其包括：运动体(a)、滑块一(b1)、滑块二(b2)、导轨一(c1)、导轨二(c2)、侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)、密封条固定板(e)、上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、电磁线圈(h)、底座(i)、磁流变液(j)、密封片(k1)、密封条一(k2)、密封条二(k3)、摩擦盘(l)、线圈骨架(m)、右侧质量块(o1)、左侧质量块(o2)、右侧压电叠堆(o101)、左侧压电叠堆(o201)、右侧悬臂(n1)、左侧悬臂(n2)、短夹持块(p)、长夹持块(q)，其特征在于：运动体(a)中部固接长夹持块(q)，长夹持块(q)上固定有右侧悬臂(n1)和左侧悬臂(n2)，由短夹持块(p)与螺钉固定连接，悬臂外端分别固定粘接右侧压电叠堆(o101)和左侧压电叠堆(o201)，压电叠堆另一端分别固定粘接右侧质量块(o1)和左侧质量块(o2)，长夹持块(q)远离运动体的一端底部固定安装摩擦盘(l)，摩擦盘浸于磁流变液(j)中；运动体(a)两侧固定安装有直线导轨的滑块一(b1)和滑块二(b2)上，导轨一(c1)和导轨二(c2)分别固定安装在侧板一(d1)和侧板二(d2)上，侧板固定安装在底座(i)上，底座上放置带有导磁外壳的电磁线圈(h)，导磁外壳中部带有密封片(k1)与密封条密封形成放置磁流变液的容腔。
采用的压电叠堆以伸缩变形为主要变形，其伸缩方向与运动体运动方向平行；导磁外壳、摩擦盘材料为电工纯铁；底座与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架材质为塑料。
本发明的优点是：利用磁流变液与电磁线圈耦合实现驱动器的摩擦力调整，减少了传统意义上的摩擦磨损，提高了驱动器的精度与寿命。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的整体结构示意图中A-A剖面示意图；
图3是本发明的整体结构示意图中B-B剖面示意图；
图4是本发明的整体结构示意图中左侧电磁线圈产生的主要磁场磁路。
具体实施方式
参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种磁流变与电磁耦合调摩擦的悬臂式压电叠堆驱动器，其包括：运动体a、滑块一b1、滑块二b2、导轨一c1、导轨二c2、侧板一d1、侧板二d2、侧板三d3、侧板四d4、密封条固定板e、上导磁外壳g1、下导磁外壳g2、电磁线圈h、底座i、磁流变液j、密封片k1、密封条一k2、密封条二k3、摩擦盘l、线圈骨架m、右侧质量块o1、左侧质量块o2、右侧压电叠堆o101、左侧压电叠堆o201、右侧悬臂n1、左侧悬臂n2、短夹持块p、长夹持块q，其特征在于：运动体a中部固接长夹持块q，长夹持块q上固定有右侧悬臂n1和左侧悬臂n2，由短夹持块p与螺钉固定连接，悬臂外端分别固定粘接右侧压电叠堆o101和左侧压电叠堆o201，压电叠堆另一端分别固定粘接右侧质量块o1和左侧质量块o2，长夹持块q远离运动体的一端底部固定安装摩擦盘l，摩擦盘浸于磁流变液j中；运动体a两侧固定安装有直线导轨的滑块一b1和滑块二b2上，导轨一c1和导轨二c2分别固定安装在侧板一d1和侧板二d2上，侧板固定安装在底座i上，底座上放置带有导磁外壳的电磁线圈h，导磁外壳中部带有密封片k1与密封条密封形成放置磁流变液的容腔。
采用的压电叠堆以伸缩变形为主要变形，其伸缩方向与运动体运动方向平行；导磁外壳、摩擦盘材料为电工纯铁；底座与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架材质为塑料。
本发明中，导磁外壳与电磁线圈结构产生的电磁场将磁场引导至摩擦盘剪切磁流变液结构中，将电磁线圈中产生的大部分磁场利用到磁流变效应中。
本发明中，利用对称方波电信号作为压电叠堆的激励信号，悬臂在长夹持块与短夹持块的夹持下形成的非对称夹持，压电叠堆与质量块会产生不同方向上大小不同的惯性冲击力，当产生的冲击力大于摩擦力时，运动体稳定单向运动，当产生的冲击力小于摩擦力时，运动体停止运动。驱动器的摩擦力调节装置能根据电磁线圈的通电大小，调节摩擦力大小，间接控制驱动器的输出性能，具有良好的可控性。

Claims (1)

1.一种磁流变与电磁耦合调摩擦的悬臂式压电叠堆驱动器，其包括：运动体(a)、滑块一(b1)、滑块二(b2)、导轨一(c1)、导轨二(c2)、侧板一(d1)、侧板二(d2)、侧板三(d3)、侧板四(d4)、密封条固定板(e)、上导磁外壳(g1)、下导磁外壳(g2)、电磁线圈(h)、底座(j)、磁流变液(j)、密封片(k1)、密封条一(k2)、密封条二(k3)、摩擦盘(l)、线圈骨架(m)、右侧质量块(o1)、左侧质量块(o2)、右侧压电叠堆(o101)、左侧压电叠堆(o201)、右侧悬臂(n1)、左侧悬臂(n2)、短夹持块(p)、长夹持块(q)，其特征在于：运动体(a)中部固接长夹持块(q)，长夹持块(q)上固定有右侧悬臂(n1)和左侧悬臂(n2)，由短夹持块(p)与螺钉固定连接，悬臂外端分别固定粘接右侧压电叠堆(o101)和左侧压电叠堆(o201)，压电叠堆另一端分别固定粘接右侧质量块(o1)和左侧质量块(o2)，长夹持块(q)远离运动体的一端底部固定安装摩擦盘(l)，摩擦盘浸于磁流变液(j)中；运动体(a)两侧固定安装有直线导轨的滑块一(b1)和滑块二(b2)上，导轨一(c1)和导轨二(c2)分别固定安装在侧板一(d1)和侧板二(d2)上，侧板固定安装在底座(i)上，底座上放置带有导磁外壳的电磁线圈(h)，导磁外壳中部带有密封片(k1)与密封条密封形成放置磁流变液的容腔；采用的压电叠堆以伸缩变形为主要变形，其伸缩方向与运动体运动方向平行；导磁外壳、摩擦盘材料为电工纯铁；底座与侧板材质为有机玻璃；线圈骨架材质为塑料。
CN201811213789.3A 2018-10-09 2018-10-09 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器 Active CN109067237B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811213789.3A CN109067237B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811213789.3A CN109067237B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109067237A CN109067237A (zh) 2018-12-21
CN109067237B true CN109067237B (zh) 2020-02-21

Family

ID=64764134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811213789.3A Active CN109067237B (zh) 2018-10-09 2018-10-09 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109067237B (zh)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201378807Y (zh) * 2009-04-02 2010-01-06 上海交通大学 重载精密位移直线电机
KR101138932B1 (ko) * 2010-08-26 2012-04-25 한국과학기술원 자기유변 유닛을 이용한 구동기 및 그 구동 방법
CN206329666U (zh) * 2016-10-26 2017-07-14 华东交通大学 压电式自供能磁流变阻尼器
CN207554681U (zh) * 2017-12-07 2018-06-29 陕西汽车集团有限责任公司 振动能量回收型磁流变减振器
CN108199609B (zh) * 2018-02-09 2019-10-15 浙江师范大学 一种基于非牛顿流体的压电惯性驱动器
CN108316989B (zh) * 2018-03-19 2020-05-22 浙江师范大学 一种摩托车用噪声压电发电自供能的磁流变消音器

Also Published As

Publication number Publication date
CN109067237A (zh) 2018-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101145742B (zh) 一种双相对置超磁致伸缩驱动器及实现方法
CN108199609B (zh) 一种基于非牛顿流体的压电惯性驱动器
CN103780142B (zh) 一种基于斜块箝位的大载荷高精度尺蠖型压电直线驱动器
CN203457075U (zh) 变摩擦式非对称夹持惯性压电旋转驱动器
CN109150003B (zh) 一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器
CN109067237B (zh) 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器
CN207039483U (zh) 基于粘滑惯性的压电精密直线驱动平台
CN109039146B (zh) 一种惯性粘滑驱动跨尺度精密运动平台
CN201113829Y (zh) 一种双相对置超磁致伸缩驱动器
CN201229906Y (zh) 一种提高线圈磁场对动铁芯动态反应能力的永磁机构
CN214480330U (zh) 一种蝶泳式二次冲击惯性压电驱动器
CN109245599B (zh) 一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电旋转驱动器
CN112865593B (zh) 一种具有高输出性能的仿生冲击压电驱动器及其控制方法
CN210490748U (zh) 一种基于l形柔性铰链的压电粘滑驱动器
CN101701643A (zh) 超磁致伸缩高速喷射阀
CN203747691U (zh) 精确可控微动力构件
CN209448668U (zh) 一种磁流变电磁耦合箝位的悬臂式压电二自由度驱动器
CN209267474U (zh) 一种磁流变与电磁耦合调摩擦的惯性压电叠堆驱动器
CN209299161U (zh) 一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电直线驱动器
CN209267475U (zh) 一种磁流变电磁耦合调摩擦的固支式压电直线驱动器
CN109633893A (zh) 一种电磁驱动振镜及其驱动磁路
CN209267473U (zh) 一种磁流变电磁耦合调摩擦的悬臂式压电旋转驱动器
CN209526667U (zh) 一种基于弹簧复位的粘滑式压电惯性直线驱动器
CN203608110U (zh) 磁致伸缩式惯性冲击驱动器
CN109245603A (zh) 一种永磁控制式磁流变液压电直线驱动器

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant