CN109194192A - 一种纳米直线电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米直线电机，包括：压电驱动马达，包括同轴设置的驱动轮及中轴，驱动轮及中轴之间设置有径向输出位移的压电输出模块，通过压电输出模块驱动驱动轮的旋转；换向输出组件，包括直线位移输出机构，直线位移输出机构与换向输出组件与压电驱动马达的驱动轮传动连接，用于将驱动轮的旋转运动转换为直线位移输出。通过压电驱动马达提供精准的位移输出与放大，通过直线位移输出机构的设计，令其与压电驱动马达的驱动马达传动连接，从而将旋转的位移输出转换为直线位移输出，以便适应直线输出电机的实际使用需要，有效地解决了采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限的技术问题。

Description

一种纳米直线电机

技术领域

本发明涉及压电位移输出技术领域，更具体地说，涉及一种纳米直线电机。

背景技术

随着科学技术的发展，人们对高精密自动化控制的需求越来越大。对电机的要求也在不断提高，传统的电磁电机的发展已经有100多年的历史，各方面技术成果已经十分完善，由于工作原理和结构的限制，难以满足在复杂恶劣环境条件中的需求，如力矩大，尺寸小，分辨率高，低速，低噪声，无电磁干扰等，为解决传统电机结构上的问题，提出了压电陶瓷输出位移的结构设计，压电陶瓷具有受恶劣环境影响小，运动精确，可微型化等优点。

不过目前压电陶瓷的位移装置设计技术还不够成熟，主要是存在以下缺点：对压电陶瓷的性能要求极高，压电陶瓷的运动轨迹及对应的控制规划复杂，压电陶瓷材料需要满足向多方向运动的要求。并且压电驱动步骤复杂，常用与压电陶瓷配合的尺蠖机构行程有限，往往只有几个微米，常常难以达到需要的位移输出量。

综上所述，如何有效地解决采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限等的技术问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纳米直线电机，该纳米直线电机的结构设计可以有效地解决采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限等的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种纳米直线电机，包括：压电驱动马达，包括同轴设置的驱动轮及中轴，所述驱动轮及中轴之间设置有径向输出位移的压电输出模块，通过所述压电输出模块驱动所述驱动轮的旋转；换向输出组件，包括直线位移输出机构，所述直线位移输出机构与所述换向输出组件与所述压电驱动马达的驱动轮传动连接，用于将所述驱动轮的旋转运动转换为直线位移输出。

优选的，上述纳米直线电机中，所述直线位移输出机构包括平直的输出条板，以及设置于所述输出条板底部的支撑滚轮组，所述输出条板与所述驱动轮外缘面贴合传动连接。

优选的，上述纳米直线电机中，所述支撑滚轮组包括两个或以上的支撑滚轮，各所述支撑滚轮沿所述输出条板的长度方向，呈直线状排布。

优选的，上述纳米直线电机中，所述换向输出组件还包括支撑箱体，所述输出条板端部伸出所述支撑箱体的侧面，所述支撑滚轮的轮轴与支撑箱体安装固定，所述压电驱动马达的中轴与支撑箱体安装固定。

优选的，上述纳米直线电机中，所述输出条板与驱动轮配合的顶面，以及与所述驱动轮的外圆周面均设置有静摩擦阻尼面，令二者之间的位移传动减少滑动摩擦。

优选的，上述纳米直线电机中，所述压电输出模块包括能够通电输出径向位移的压电陶瓷块，以及与所述压电陶瓷块限位配合将其输出径向位移转换至切向的非对称式的柔性铰链组件。

优选的，上述纳米直线电机中，所述柔性铰链组件包括位移输出块，所述位移输出块顶端用于与驱动轮的内缘摩擦传动连接，所述压电陶瓷块的两端分别顶紧位移输出块的底面及所述中轴的外周，所述位移输出块的两端连接有第一柔性铰链及第二柔性铰链，所述第一柔性铰链位移输出块底面所呈直角状，所述第二柔性铰链位移输出块底面所呈锐角状。

优选的，上述纳米直线电机中，所述柔性铰链组件还包括第一连杆及第二连杆，所述第一连杆及第二连杆分别设置于所述压电陶瓷块的两侧，两根连杆各自的首端均与所述中轴连接固定，第一连杆的尾端与所述第一柔性铰链连接，第二连杆的尾端与所述第二柔性铰链连接。

优选的，上述纳米直线电机中，所述驱动轮与中轴之间间隔预设角度均匀设置有六组所述压电输出模块，所述压电输出模块包括间隔设置的三组正向输出模块及三组逆向输出模块，所述正向输出模块相对逆向输出模块中各自的第一连杆及第二连杆方向反置。

本发明提供的纳米直线电机，包括：压电驱动马达，包括同轴设置的驱动轮及中轴，所述驱动轮及中轴之间设置有径向输出位移的压电输出模块，通过所述压电输出模块驱动所述驱动轮的旋转；换向输出组件，包括直线位移输出机构，所述直线位移输出机构与所述换向输出组件与所述压电驱动马达的驱动轮传动连接，用于将所述驱动轮的旋转运动转换为直线位移输出。本发明提供的这种纳米直线电机，包括压电驱动马达以及换向输出组件，通过压电驱动马达提供精准的位移输出与放大，其通过轮轴配合的设计实现将压电位移转换为旋转位移输出，相对现有常见的传动结构其能够有效节约机构布置空间，并提升输出的位移的步距及连续性；此外鉴于压电驱动马达本身的结构设计，其输出位移为旋转位移，为获得精准的直线位移放大输出效果，通过直线位移输出机构的设计，令其与压电驱动马达的驱动马达传动连接，从而将旋转的位移输出转换为直线位移输出，以便适应直线输出电机的实际使用需要。综上所述，本发明提供的纳米直线电机有效地解决了采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的纳米直线电机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的纳米直线电机的压电驱动马达的局部结构示意图。

附图中标记如下：

上层箱体1、压电输出模块2、驱动轮3、中轴4、输出条板5、下层箱体6、支撑滚轮7、压电陶瓷块8、柔性铰链组件9。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种纳米直线电机，以解决采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限的技术问题。

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。

请参阅图1，图2，图1为本发明实施例提供的纳米直线电机的结构示意图；图2为本发明实施例提供的纳米直线电机的压电驱动马达的局部结构示意图。

本发明的实施例提供的纳米直线电机，包括：压电驱动马达，包括同轴设置的驱动轮3及中轴4，驱动轮3及中轴4之间设置有径向输出位移的压电输出模块2，通过压电输出模块2驱动驱动轮3的旋转；换向输出组件，包括直线位移输出机构，直线位移输出机构与换向输出组件与压电驱动马达的驱动轮3传动连接，用于将驱动轮3的旋转运动转换为直线位移输出。

本实施例中的这种纳米直线电机，包括压电驱动马达以及换向输出组件，通过压电驱动马达提供精准的位移输出与放大，其通过轮轴配合的设计实现将压电位移转换为旋转位移输出，相对现有常见的传动结构其能够有效节约机构布置空间，并提升输出的位移的步距及连续性；此外鉴于压电驱动马达本身的结构设计，其输出位移为旋转位移，为获得精准的直线位移放大输出效果，通过直线位移输出机构的设计，令其与压电驱动马达的驱动马达传动连接，从而将旋转的位移输出转换为直线位移输出，以便适应直线输出电机的实际使用需要。综上，本发明提供的纳米直线电机有效地解决了采用压电原理的运动输出装置存在的材质要求高、控制结构复杂以及输出位移有限的技术问题。

为进一步优化上述技术方案，在上述实施例的基础上优选的，直线位移输出机构包括平直的输出条板5，以及设置于输出条板5底部的支撑滚轮7组，输出条板5与驱动轮3外缘面贴合传动连接。支撑滚轮7组优选的设计是包括两个或以上的支撑滚轮7，各支撑滚轮7沿输出条板5的长度方向，呈直线状排布。

本实施例提供的技术方案中，优化了直线输出机构的设计，其主体为直线状的输出条板5，通过该结构与驱动轮3外缘之间的面贴合接触，在驱动轮3旋转时，将驱动轮3的旋转运动转换为输出条板5的直线位移，在保证二者面贴合牢固仅仅发生滚动摩擦的前提下，能够实现与驱动轮3输出位移精度一致的精准位移输出。

通过在输出条板5的底部设置用于支撑的支撑滚轮7结构，保证输出条板5始终保持平直状态，避免其与驱动轮3之间的面贴合出现间隙，以此保证位移输出的精度。

为优化装置设置的整体性：换向输出组件还包括支撑箱体，输出条板5端部伸出支撑箱体的侧面，支撑滚轮7的轮轴与支撑箱体安装固定，压电驱动马达的中轴4与支撑箱体安装固定。

其中优选的设计为支撑箱体呈分体装拼接结构，包括上下对接的上层箱体1及下层箱体6，二者侧面对应输出条板5的位置均设置半开槽结构，通过半开槽结构位置的对接构成完成容纳输出条板5通过的侧开口。

通过支撑箱体的结构将换向输出组件中的直线位移输出机构，以及压电驱动马达的结构整体容纳在内，对内部的输出及传动结构形成保护，保证结构完整性，且能能够对各个部件需要支撑固定的部位形成牢固稳定的支撑，优化了装置的整体设计。

输出条板5与驱动轮3配合的顶面，以及与驱动轮3的外圆周面均设置有静摩擦阻尼面，令二者之间的位移传动减少滑动摩擦。该设计主要是令输出条板5与驱动轮3之间的位移传动减少滑动摩擦。增大二者接触时的静摩擦力，有效减少二者之间出现滑动摩擦的可能，从而确保切向位移由驱动轮3传递至输出条板5过程减少不必要的损耗，提升装置整体的位移放大输出精度。

压电输出模块2包括能够通电输出径向位移的压电陶瓷块8，以及与压电陶瓷块8限位配合将其输出径向位移转换至切向的非对称式的柔性铰链组件9；柔性铰链组件9包括位移输出块，位移输出块顶端用于与驱动轮3的内缘摩擦传动连接，压电陶瓷块8的两端分别顶紧位移输出块的底面及中轴4的外周，位移输出块的两端连接有第一柔性铰链及第二柔性铰链，第一柔性铰链位移输出块底面所呈直角状，第二柔性铰链位移输出块底面所呈锐角状。

柔性铰链组件9还包括第一连杆及第二连杆，第一连杆及第二连杆分别设置于压电陶瓷块8的两侧，两根连杆各自的首端均与中轴4连接固定，第一连杆的尾端与第一柔性铰链连接，第二连杆的尾端与第二柔性铰链连接。

本实施例提供的技术方案通过提供连杆的结构对压电陶瓷块8限位，以便将其纵向位移向横向换向，两根连杆分别设置于沿位移输出块的切向输出方向的两端，其中一端均与中轴4连接固定，另一端设置柔性铰链的结构与位移输出块连接，两根连杆端头位置的柔性铰链本身结构差异化设计，以便到达在给出的径向力相同时，转换至切向的位移能够单向输出。

进一步的，第一柔性铰链伸出方向平行于第一连杆轴向，并且与位移输出块的底面垂直，与之相对第二柔性铰链整体与第二连杆呈钝角，即从结构上来看，两根连杆基部之间的距离小于两个柔性铰链与位移输出块的端部连接位置之间的距离，这样在位移输出块底部被压电陶瓷块8竖直向上顶起时，由于两侧柔性铰链对位移输出块的限位，将原本径向的位移分离一部分沿切向输出，由于铰链角度设计，第二柔性铰链沿径向提供的向内(压电陶瓷块8方向)的限位力小于第一柔性铰链，因此位移输出块整体产生逆时针的旋转，从而在位移输出块的顶端输出朝向第一连杆方向的切向位移。

本实施例提供的技术方案主要是为了优化纳米直线电机本身的实用性，输出轮与中轴4之间间隔预设角度均匀设置有六组压电输出模块2，压电输出模块2包括间隔设置的三组正向输出模块及三组逆向输出模块，正向输出模块相对逆向输出模块中各自的第一连杆及第二连杆方向反置。

通过该设计，能够令压电驱动马达以及输出条板5输出两种方向相反的位移，而通过准确的供电控制控制，即具体的不同输出模块的供电切换，能够改变参与输出的输出模块数量及方向，以此提供不同的力矩、位移输出量以及方向的个性化输出，令直线电机能够适应不同的应用场景。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种纳米直线电机，其特征在于，包括：

压电驱动马达，包括同轴设置的驱动轮及中轴，所述驱动轮及中轴之间设置有径向输出位移的压电输出模块，通过所述压电输出模块驱动所述驱动轮的旋转；

换向输出组件，包括直线位移输出机构，所述直线位移输出机构与所述换向输出组件与所述压电驱动马达的驱动轮传动连接，用于将所述驱动轮的旋转运动转换为直线位移输出。

2.根据权利要求1所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述直线位移输出机构包括平直的输出条板，以及设置于所述输出条板底部的支撑滚轮组，所述输出条板与所述驱动轮外缘面贴合传动连接。

3.根据权利要求2所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述支撑滚轮组包括两个或以上的支撑滚轮，各所述支撑滚轮沿所述输出条板的长度方向，呈直线状排布。

4.根据权利要求3所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述换向输出组件还包括支撑箱体，所述输出条板端部伸出所述支撑箱体的侧面，所述支撑滚轮的轮轴与支撑箱体安装固定，所述压电驱动马达的中轴与支撑箱体安装固定。

5.根据权利要求3所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述输出条板与驱动轮配合的顶面，以及与所述驱动轮的外圆周面均设置有静摩擦阻尼面，令二者之间的位移传动减少滑动摩擦。

6.根据权利要求1至5任一项所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述压电输出模块包括能够通电输出径向位移的压电陶瓷块，以及与所述压电陶瓷块限位配合将其输出径向位移转换至切向的非对称式的柔性铰链组件。

7.根据权利要求6所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述柔性铰链组件包括位移输出块，所述位移输出块顶端用于与驱动轮的内缘摩擦传动连接，所述压电陶瓷块的两端分别顶紧位移输出块的底面及所述中轴的外周，所述位移输出块的两端连接有第一柔性铰链及第二柔性铰链，所述第一柔性铰链位移输出块底面所呈直角状，所述第二柔性铰链位移输出块底面所呈锐角状。

8.根据权利要求7所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述柔性铰链组件还包括第一连杆及第二连杆，所述第一连杆及第二连杆分别设置于所述压电陶瓷块的两侧，两根连杆各自的首端均与所述中轴连接固定，第一连杆的尾端与所述第一柔性铰链连接，第二连杆的尾端与所述第二柔性铰链连接。

9.根据权利要求8所述的对纳米直线电机，其特征在于，所述驱动轮与中轴之间间隔预设角度均匀设置有六组所述压电输出模块，所述压电输出模块包括间隔设置的三组正向输出模块及三组逆向输出模块，所述正向输出模块相对逆向输出模块中各自的第一连杆及第二连杆方向反置。