CN114257123B - 一种惯性直线超声压电电机 - Google Patents
一种惯性直线超声压电电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114257123B CN114257123B CN202111656085.5A CN202111656085A CN114257123B CN 114257123 B CN114257123 B CN 114257123B CN 202111656085 A CN202111656085 A CN 202111656085A CN 114257123 B CN114257123 B CN 114257123B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- suspension carrier
- friction pair
- linear ultrasonic
- arm
- 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
Links
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000026058 directional locomotion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 5
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 3
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 230000005476 size effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction 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
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了一种惯性直线超声压电电机，包括压电臂、铰链、悬置载体、摩擦副，所述压电臂通过所述铰链与所述悬置载体连接，使得所述压电臂上的驱动力能够传递至所述悬置载体；所述悬置载体的中部设置有所述摩擦副，使得所述压电臂的微观机械振动传递至所述悬置载体上时，能够在摩擦力的作用下转换为所述摩擦副的定向运动。本发明结构简单、预压力可调、输出力大；可以实现精密驱动与定位功能。
Description
技术领域
本发明涉及超声电机技术领域，特别是涉及一种惯性直线超声压电电机。
背景技术
随着技术的不断发展，传统电磁电机由于工作原理和结构的限制，难以满足当前航空航天和精密仪器等领域对电机提出的小型化要求。在新型微特电机中, 超声压电电机是技术发展最为成熟的一种。根据尺寸效应, 超声压电电机在微纳米尺度会比电磁电机输出更大的功率。超声压电电机利用压电陶瓷的逆压电效应将电能转化为电机定子的振动，然后通过电机定动子之间的摩擦耦合驱动电机动子作旋转或直线运动，相比于电磁电机,超声压电电机具有结构紧凑、低速大转矩、动态响应快、无电磁干扰、低噪声等优点。典型的超声压电电机主要是环行行波型、多模态复合等，存在电机结构复杂，需要输出转换机构不利于微型化，定动子间预压力难以调节等问题。故而，研究微型化、预压力可调的超声压电电机是当前的研究热点。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种惯性直线超声压电电机，结构简单、预压力可调、输出力大；可以实现精密驱动与定位功能。
本发明解决问题的技术方案为，提供一种惯性直线超声压电电机，包括压电臂、铰链、悬置载体、摩擦副，所述压电臂通过所述铰链与所述悬置载体连接，使得所述压电臂上的驱动力能够传递至所述悬置载体；所述悬置载体的中部设置有所述摩擦副，使得所述压电臂的微观机械振动传递至所述悬置载体上时，能够在摩擦力的作用下转换为所述摩擦副的定向运动。
进一步的，所述压电臂为压电双晶片，所述压电双晶片包括压电片a、金属基体层、压电片b，所述金属基体层位于两个压电片的中间并粘接在一起。
进一步的，所述压电片a、所述压电片b均沿厚度方向极化且极化方向相反。
进一步的，所述压电双晶片上施加的电信号为摆线平台式锯齿波信号。
进一步的，所述金属基体层为铍青铜材料、压电片为PZT-H5。
进一步的，所述铰链为直梁混合型柔性铰链，包括柔性部、以及对称分设于所述柔性部两端的固接部，使得所述柔性部的一端的固接部能够与所述压电臂的端部固接、所述柔性部的另一端的固接部能够与所述悬置载体固接。
进一步的，所述悬置载体的周边设置有多个所述压电臂，使得多个所述压电臂能够支撑所述悬置载体始终处于平稳悬置状态。
进一步的，所述悬置载体的中间开设有摩擦孔，用以插入所述摩擦副；所述摩擦副插入至所述摩擦孔之后预留有狭缝。
进一步的，所述摩擦副的上端凸出所述悬置载体的上表面。
进一步的，所述摩擦副表面镀上AlTiN材料，所述悬置载体与所述摩擦副的接触面镀上TiCN材料。
本发明的有益效果为：
本发明为一种惯性直线超声压电电机，控制施加在压电双晶片上的电压即可控制摩擦副的移动速度以及方向。
采用直梁混合型柔性铰链将压电双晶片与中空悬置机构连接，具有位移放大作用扩大了摩擦副的移动范围。
采用预压力可调摩擦副，可以通过调节预压力大小来调节电机的输出力。
采用摆线平台式锯齿波信号激励，在增大惯性直线超声压电电机的输出力的同时增加了电机输出的平稳性。
附图说明
并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种惯性直线超声压电电机的结构图；
图2为本发明实施例的一种惯性直线超声压电电机的压电双晶片的示意图；
图3为本发明实施例的一种惯性直线超声压电电机的铰链结构图；
图4为本发明实施例的一种惯性直线超声压电电机的悬置机构与摩擦副的配合图；
图5为本发明实施例提供的一种驱动信号示意图。
图中：1、压电双晶片；2、铰链；3、悬置载体；4、摩擦副；11、压电片a；12、金属基体层；13、压电片b。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
为解决上述问题，本发明提出了一种惯性直线超声压电电机，请参阅图1、图2、图3、图4、图5，主要包括压电臂、铰链2、悬置载体3、摩擦副4，压电臂通过铰链2与悬置载体3连接，使得压电臂上的驱动力能够传递至悬置载体3；悬置载体3的中部设置有摩擦副4，使得压电臂的微观机械振动传递至悬置载体3上时，能够在摩擦力的作用下转换为摩擦副4的定向运动。
本发明的实施例中以一组压电臂为例进行图示说明，压电臂可为压电双晶片1。压电双晶片1由两片沿厚度方向极化并且极化方向相反的压电片和金属基体层102构成，金属基体层102和压电片之间可通过环氧树脂胶粘接在一起。压电片可为压电陶瓷片，优选材料为PZT-5H。金属基体层102的优选为铍青铜材料。
具体的，两片压电片分别为压电片a101、压电片b103，金属基体层102位于压电片a101、压电片b103中间并粘接成型。压电片a101、压电片b103均沿厚度方向极化且极化方向相反。请参阅图2，位于金属基体层102之上的压电片a101为正向极化，位于金属基体层102之下的压电片b103为负向极化。
两个压电双晶片1分别位于悬置载体3的相对的两个侧面，并通过铰链2连接，使得压电双晶片1的驱动力传递到悬置载体3上的同时可以同步实现位移放大。
铰链2可以为直梁混合型柔性铰链，如图3中所示，包括柔性部、以及对称分设于柔性部两端的固接部，两个固接部分别用于与悬置载体3、压电双晶片1进行固接。固接方式可以为胶粘。
具体的，柔性部一端的固接部与压电双晶片1的端部固接，另一端的固接部与悬置载体3固接。两个压电双晶片1的非固接端的朝向可相反设置，如图1中所示。
进一步，的悬置载体3的周边可设置有多个压电臂，使得多个压电臂能够对悬置载体3实现共同支撑，并保持平稳，能够确保悬置载体3始终处于平稳悬置状态。
本发明的实施例中，悬置载体3的中间开设有摩擦孔，可为环形孔，用以插入摩擦副4；摩擦副4为预压力可调摩擦副。摩擦副4插入至摩擦孔之后仍留有狭缝，以便于摩擦副的插入。
应当明确的是，摩擦副4的上端凸出至悬置载体3的上表面之外。可在摩擦副4表面镀上AlTiN材料，悬置载体3与摩擦副4的接触面镀上TiCN材料。
可以理解的是，两个镀层可独立分区设置，亦可覆盖式设置。
本发明的实施例中，悬置载体3为方形中间开孔结构，中间开孔是为了与预压力可调摩擦副相配合。压电双晶片1作为惯性直线超声压电电机的压电振子，在锯齿波电信号的激励下，压电双晶片1的微观机械振动会通过铰链2放大，并传递至悬置载体3上，在摩擦力的作用下转换为摩擦副4的定向运动。
悬置载体3与预压力可调摩擦副之间的摩擦将压电双晶片1的微观机械振动转换成摩擦副4的宏观定向运动。
本发明的实施例中，压电双晶片1上施加的电信号为摆线平台式锯齿波信号，如图5中所示。
进一步的，本发明的惯性直线超声压电电机的单次驱动：
压电双晶片1分别水平布置在悬置载体3的左右两侧，并且对分布在左侧压电双晶片1的金属基体层102上表面压电陶瓷与分布在右侧的压电双晶片1的金属基体层102上表面压电陶瓷做相同方向的极化处理。
通过给超声压电电机上的压电陶瓷施加摆线平台式锯齿波电信号，利用压电陶瓷的逆压电效应使得压电陶瓷产生沿着压电陶瓷水平方向的形变并且通过直梁混合型柔性铰链将形变产生的位移放大。
由于在压电陶瓷上施加的是摆线平台式锯齿波信号，在工作时当压电陶瓷上的电压缓慢增加，上表面压电陶瓷缓慢收缩，下表面压电陶瓷缓慢伸长，推动悬置载体3向下移动，预压力可调摩擦副在摩擦力作用下向下移动一段距离，之后施加在压电双晶片上的电压降低至零，压电陶瓷回到初始状态，但是由于惯性力的作用摩擦副仍在移动后的位置，完成上述阶段算是一个工作周期，按如此工作周期循环往复实现摩擦副的连续单向直线移动，并且对压电双晶片施加反向的电压就可以实现摩擦副的向上直线运动。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施例只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，包括压电臂、铰链（2）、悬置载体（3）、摩擦副（4），所述压电臂通过所述铰链（2）与所述悬置载体（3）连接，使得所述压电臂上的驱动力能够传递至所述悬置载体（3）；所述悬置载体（3）的中部设置有所述摩擦副（4），使得所述压电臂的微观机械振动传递至所述悬置载体（3）上时，能够在摩擦力的作用下转换为所述摩擦副（4）的定向运动；
所述铰链（2）为直梁混合型柔性铰链，包括柔性部、以及对称分设于所述柔性部两端的固接部，使得所述柔性部的一端的固接部能够与所述压电臂的端部固接、所述柔性部的另一端的固接部能够与所述悬置载体（3）固接；
所述悬置载体（3）的中间开设有摩擦孔，用以插入所述摩擦副（4）；所述摩擦副（4）插入至所述摩擦孔之后预留有狭缝；所述摩擦副（4）的上端凸出所述悬置载体（3）的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述压电臂为压电双晶片（1），所述压电双晶片（1）包括压电片a（101）、金属基体层（102）、压电片b（103），所述金属基体层（102）位于两个压电片的中间并粘接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述压电片a（101）、所述压电片b（103）均沿厚度方向极化且极化方向相反。
4.根据权利要求3所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述压电双晶片（1）上施加的电信号为摆线平台式锯齿波信号。
5.根据权利要求2所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述金属基体层（102）为铍青铜材料、压电片为PZT-5H。
6.根据权利要求1所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述悬置载体（3）的周边设置有多个所述压电臂，使得多个所述压电臂能够支撑所述悬置载体（3）始终处于平稳悬置状态。
7.根据权利要求1所述的一种惯性直线超声压电电机，其特征在于，所述摩擦副（4）表面镀上AlTiN材料，所述悬置载体（3）与所述摩擦副（4）的接触面镀上TiCN材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111656085.5A CN114257123B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种惯性直线超声压电电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111656085.5A CN114257123B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种惯性直线超声压电电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114257123A CN114257123A (zh) | 2022-03-29 |
| CN114257123B true CN114257123B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=80798929
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111656085.5A Active CN114257123B (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种惯性直线超声压电电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114257123B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040092005A (ko) * | 2003-04-23 | 2004-11-03 | 한국과학기술연구원 | 복합 압전선형 초음파모터 |
| CN113300632A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-24 | 杭州电子科技大学 | 用于光学镜头调焦的悬臂梁式超声波电机及其驱动方法 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111656085.5A patent/CN114257123B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040092005A (ko) * | 2003-04-23 | 2004-11-03 | 한국과학기술연구원 | 복합 압전선형 초음파모터 |
| CN113300632A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-24 | 杭州电子科技大学 | 用于光学镜头调焦的悬臂梁式超声波电机及其驱动方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114257123A (zh) | 2022-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4999536A (en) | Vibrator-type actuator | |
| CN115566931B (zh) | 一种基于压电晶片驱动的两转动自由度执行器 | |
| CN112803829B (zh) | 摩擦非对称型惯性压电直线驱动装置与方法 | |
| CN210431263U (zh) | 一种新型压电旋转精密驱动平台 | |
| CN110798094B (zh) | 一种基于寄生惯性原理的压电直线精密驱动装置 | |
| CN111854663A (zh) | 一种压电螺纹驱动式一维定位平台 | |
| CN108712103B (zh) | 一种冲击式压电旋转马达 | |
| CN114257123B (zh) | 一种惯性直线超声压电电机 | |
| JP2004506526A (ja) | ウォーキングアクチュエータ | |
| CN205666773U (zh) | 一种变阻尼压电驱动器 | |
| CN115208124B (zh) | 一种集成主动阻尼的精密运动平台及其控制架构 | |
| CN109951101B (zh) | 压电驱动的超精密四自由度定位调姿机构及其激励方法 | |
| CN101582653A (zh) | 基于矩形板弯振驱动的两直线自由度超声电机 | |
| CN110995058A (zh) | 一种基于寄生惯性原理的新型压电旋转精密驱动平台 | |
| CN101018024A (zh) | 压电惯性步进驱动装置 | |
| CN201022181Y (zh) | 压电惯性步进驱动装置 | |
| CN110601597B (zh) | 一种双模态复合型尺蠖超声波电机 | |
| CN109495011A (zh) | 一种弧形振子直线型压电电机及其驱动方法 | |
| CN105846715A (zh) | 一种变阻尼压电驱动电机 | |
| CN106059381A (zh) | 斜梯型振幅放大机构压电粘滑直线电机及其激励方法 | |
| CN101291122B (zh) | 采用双足驱动的直线压电驱动器 | |
| CN110798093B (zh) | 一种直线型压电精密驱动平台 | |
| CN220291853U (zh) | 超薄高效线性马达 | |
| CN110768570B (zh) | 一种微纳米级步进式压电驱动装置 | |
| CN114244181B (zh) | 一种高功率密度压电驱动器及压电马达 |
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 |