CN109495010A - 一种电磁调制非接触式直线压电电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电磁调制非接触式直线压电电机，包括：固定板、直线导轨、柔性铰链、压电堆、电磁块、凸台以及调整垫片；直线导轨布设在所述固定板的上方，所述固定板的下方布设有所述凸台，柔性铰链的非工作部布设在所述凸台上，使得所述柔性铰链的工作部悬空于所述固定板的板面上，所述压电堆设置在所述柔性铰链的工作部的动力输入部，位于所述柔性铰链的动力输入部一侧的所述固定板上开设有凹槽，所述压电堆位于所述凹槽内，所述电磁块布设在所述柔性铰链的工作部的动力输出部，且与所述直线导轨之间呈非接触状态；所述电磁块与所述柔性铰链的动力输出部之间布设有调整垫片。本发明中的非接触式压电电机结构简单，运行平稳且寿命长。

Description

一种电磁调制非接触式直线压电电机
技术领域
本发明涉及电机领域，特别是涉及一种电磁调制非接触式直线压电电机。
背景技术
随着微机电系统的快速发展，作为其动力元件以及关键执行部件的微电机也就越来越受到人们的广泛关注。在众多的驱动方式中，压电驱动具有较高的位移分辨率和控制精度，而且具有响应速度快、无噪声、易于微型化、驱动功率低和工作频率宽等优点已被广泛应用于我们的生产、生活当中。
目前，直线压电电机主要分为仿生式和惯性式两类，其中仿生式主要是采用尺蠖运动原理进行驱动，这种直线压电电机需要多个压电钳位叠堆，结构较为复杂并且制造成本较高；惯性式直线压电电机对驱动信号的要求较为严苛，因此控制系统较为复杂，而且这两类电机都需要依靠摩擦来完成运动，使得接触面磨损严重，电机寿命较短。为解决传统直线压电电机中磨损较重的问题，非接触式直线压电电机应运而生。
但是，目前，非接触式直线压电电机基本上是采用超声悬浮技术，而超声悬浮所需设备较为复杂，悬浮力大小难以控制，悬浮物体的状态不稳定。这些因素都影响着非接触式直线压电电机在实际生产、生活中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，运行平稳且寿命长的非接触式直线压电电机。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种非接触式直线压电电机，所述电机包括：固定板、直线导轨、柔性铰链、压电堆、电磁块、凸台以及调整垫片；
所述直线导轨、所述压电堆以及所述凸台布设在所述固定板上；
所述直线导轨布设在所述固定板的上方，所述固定板的下方布设有所述凸台，所述柔性铰链的非工作部布设在所述凸台上，使得所述柔性铰链的工作部悬空于所述固定板的板面上，所述压电堆设置在所述柔性铰链的工作部的动力输入部，位于所述柔性铰链的动力输入部一侧的所述固定板上开设有凹槽，所述压电堆位于所述凹槽内，所述电磁块布设在所述柔性铰链的工作部的动力输出部，且与所述直线导轨之间呈非接触状态；所述电磁块与所述柔性铰链的动力输出部之间布设有调整垫片，通过改变调整垫片的数量来调整所述直线导轨与所述电磁块之间的间隙。
可选的，所述固定部通过第一螺钉固定在所述凸台上，所述动力输出部与所述固定部的上部连接，所述动力输入部位于所述动力输出部相邻的一侧，且与所述动力输出部和所述动力输入部连接。
可选的，所述直线导轨具体包括：滑道和滑块，所述滑块设置在所述滑道上，并在所述滑道上滑动。
可选的，所述凸台的长度与所述柔性铰链的非工作部的长度相同。
可选的，所述凹槽的尺寸大于所述压电堆的尺寸。
可选的，所述凹槽的远离所述压电堆的一侧设置有第二螺钉，通过旋转所述第二螺钉调节所述压电堆与所述柔性铰链的预紧力。
可选的，所述直线导轨通过第三螺钉固定在所述固定板上方。
可选的，所述电磁块通过第四螺钉固定在所述柔性铰链的动力输出部。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中由于电磁块与直线导轨之间处于非接触状态，故减少了接触面的磨损，提高了电机的使用寿命；驱动机构采用柔性铰链将压电堆产生的微位移进行放大，使电机在一个周期信号内能够输出较大位移，并且采用柔性铰链能够在不加入外力的情况下自身产生回复力，使驱动机构更简化；由于压电堆较为昂贵，本直线压电电机中只采用一个压电堆，降低了制作成本，提高了直线压电电机在实际应用中的性价比；本直线压电电机不需要多个钳位机构，结构简单，加工精度要求较低，易于加工。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例非接触式直线压电电机处于初始状态时主视图；
图2为本发明实施例非接触式直线压电电机处于初始状态时侧视图；
图3为本发明实施例非接触式直线压电电机通电时在上半个周期的主视图；
图4为本发明实施例非接触式直线压电电机通电时在下半个周期的主视图。
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。
本发明的目的是提供一种结构简单，运行平稳且寿命长的非接触式直线压电电机。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例非接触式直线压电电机处于初始状态时主视图，如图1所示，所述非接触式直线压电电机包括：固定板1、直线导轨、柔性铰链3、压电堆4、电磁块5、凸台(图中未示出)以及调整垫片(图中未示出)；
所述直线导轨、所述压电堆4以及所述凸台布设在所述固定板上；
其中，所述直线导轨布设在所述固定板1的上方，所述固定板1的下方布设有所述凸台，所述柔性铰链3的非工作部布设在所述凸台上，使得所述柔性铰链3的工作部与所述固定板1呈非接触状态，所述凸台的长度与所述柔性铰链的非工作部的长度相同，所述压电堆4设置在所述柔性铰链3的工作部的动力输入部，位于所述柔性铰链3的动力输入部一侧的所述固定板上开设有凹槽，所述压电堆4位于所述凹槽内，所述电磁块5布设在所述柔性铰链的工作部的动力输出部，且与所述直线导轨之间呈非接触状态；所述电磁块5与所述柔性铰链3的动力输出部之间布设有调整垫片(图中未示出)，通过改变调整垫片的数量来调整所述直线导轨与所述电磁块之间的间隙。
具体的，所述柔性铰链3具体可概括为包括两部分，即，工作部和非工作部，其中非工作部即为固定部303，工作部包括：动力输入部301和动力输出部302，所述固定部303通过第一螺钉6固定在所述凸台上，所述动力输出部302与所述固定部303的上部连接，所述动力输入部301位于所述动力输出部302相邻的一侧，且与所述动力输出部302和所述动力输入部301连接。
具体的，所述直线导轨具体包括：滑道201和滑块202，所述滑块202设置在所述滑道上201，并在所述滑道201上滑动。所述滑道202通过第三螺钉7固定在所述固定板1的上方。
具体的，所述凹槽的尺寸大于所述压电堆的尺寸，所述凹槽的远离所述压电堆的一侧设置有第二螺钉8，通过旋转所述第二螺钉8调节所述压电堆与所述柔性铰链的预紧力。
具体的，所述电磁块5通过第四螺钉9固定在所述柔性铰链3的动力输出部302。
图2为本发明实施例非接触式直线压电电机处于初始状态时侧视图，如图2所示，所述非接触式直线压电电机包括：固定板1、滑块202、滑道201、柔性铰链3、第一螺钉6、电磁块5、凸台(图中未示出)以及调整垫片10。
图3为本发明实施例非接触式直线压电电机处于初始状态时侧视图，如图3所示，压电堆4通电状态时，即，给压电堆4通入带正偏置幅值为U1的正弦信号，电磁块5通入幅值为U2的方波信号。在上半个周期0-T/2时间段内，压电堆4随着时间的增加其长度沿轴线方向伸长，压电堆4的形变量驱动柔性铰链3发生形变，使得柔性铰链3的动力输出部302连同电磁块5一起向右侧平移，与此同时，电磁块5在方波信号的作用下产生电磁力，牢牢吸附住滑块202，使得滑块202与电磁块5一起向右侧平移。当时间t＝T/2时，滑块202相对于滑道201的水平位移达到一个周期内的最大值d。
图4为本发明实施例非接触式直线压电电机通电时在下半个周期的主视图，在下半个周期T/2-T时间段内，压电堆4随着时间的增加其长度逐渐减小至原始长度，柔性铰链3的形变量也随之减小，带动电磁块5回到初始位置，回程时的电磁块5的激励信号始终为0，使得电磁块5与滑块202之间的电磁力消失，滑块202静止在原处不随电磁铁移动。当时间t＝T时，压电堆4恢复至原始长度，柔性铰链3不存在形变量，而滑块202相对于滑道201的水平位移仍为长度d。
在上述一个时间周期T内，滑块202的输出位移为d，重复上述过程，连续给压电堆2通入带正偏置的正弦信号、电磁铁7通入方波信号，可以使得滑块6连续的向右侧平移。
如果需要向左侧平移，则只需要给压电堆4通入带负偏置幅值为U1的正弦信号，不同于向右侧平移的是，压电堆4的长度随着时间的增加是先缩短再恢复到原长，其工作过程与向右侧平移时相同，滑块202相对于滑道201会发生向左的水平位移d。
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。
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 (8)

1.一种电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述电机包括：固定板、直线导轨、柔性铰链、压电堆、电磁块、凸台以及调整垫片；
所述直线导轨、所述压电堆以及所述凸台均布设在所述固定板上；
所述直线导轨布设在所述固定板的上方，所述固定板的下方布设有所述凸台，所述柔性铰链的非工作部布设在所述凸台上，使得所述柔性铰链的工作部悬空于所述固定板的板面上，所述压电堆设置在所述柔性铰链的工作部的动力输入部，位于所述柔性铰链的动力输入部一侧的所述固定板上开设有凹槽，所述压电堆位于所述凹槽内，所述电磁块布设在所述柔性铰链的工作部的动力输出部，且与所述直线导轨之间呈非接触状态；所述电磁块与所述柔性铰链的动力输出部之间布设有所述调整垫片，通过改变所述调整垫片的数量来调整所述直线导轨与所述电磁块之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述柔性铰链的固定部通过第一螺钉固定在所述凸台上，所述动力输出部与所述固定部的上部连接，所述动力输入部位于所述动力输出部相邻的一侧，且与所述动力输出部和所述动力输入部连接。
3.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述直线导轨具体包括：滑道和滑块，所述滑块设置在所述滑道上，并在所述滑道上滑动。
4.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述凸台的长度与所述柔性铰链的非工作部的长度相同。
5.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述凹槽的尺寸大于所述压电堆的尺寸。
6.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述凹槽的远离所述压电堆的一侧设置有第二螺钉，通过旋转所述第二螺钉调节所述压电堆与所述柔性铰链的预紧力。
7.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述直线导轨通过第三螺钉固定在所述固定板上方。
8.根据权利要求1所述的电磁调制非接触式直线压电电机，其特征在于，所述电磁块通过第四螺钉固定在所述柔性铰链的动力输出部。
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