CN205051600U - 一种对称式双足驱动的非共振压电直线电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种对称式双足驱动的非共振压电直线电机，包括定子及其外壳、动子导轨、导向调节机构、预压力装置和底座；定子固定连接在其外壳内，形成一整体，外壳的前端设有动子导轨，后端连接压力装置，左右两端分别与导向调节机构相连；压力装置内设有预压弹簧，外壳在预压弹簧形变产生的回复力作用下，前端与动子导轨保持接触；动子导轨、预压力装置及导向调节机构均安装于底座上；定子结构由定子支撑板及处于对称分布的两个驱动足、叠层压电陶瓷、垫块、长铰链、预紧螺钉组成。对称式电机结构简单，便于安装，有效的保证了压电电机双向作动性能的一致性。分别给四组叠层压电陶瓷施加一定的电信号，可以实现压电电机的双向直线运动。

Description

一种对称式双足驱动的非共振压电直线电机

技术领域

本实用新型涉及一种非共振压电直线电机，属于压电精密致动技术领域。

背景技术

压电陶瓷的逆压电效应被应用在作动器上时具有高精度、快响应等特点，今年来得到广大研究者的青睐。为了使压电材料产生足够的变形输出，往往需要在压电片上施加较高的电压，同时结构的共振也被利用来放大压电材料的微变形，这增加了驱动电路的复杂程度，同时结构的共振随输入电信号的频率变化存在很强的非线性，这为作动器的控制带来了许多技术难题。

叠层压电陶瓷是从大电容技术中衍生出来的新型压电集成元件，可以在较低的驱动电压下获得较大的应变及较大的推力。采用叠层压电陶瓷构成的非共振压电电机具有响应快、精度高、行程大的特点，在半导体加工、光纤对接领域有着广阔的应用前景。

目前的非共振式压电电机主要问题在于叠层压电陶瓷的迟滞效应影响，导致压电直线电机的双向性能有一定的差异；双足定子的两个驱动足较难与动子导轨同时接触并保持相似的接触状态，导致了电机性能不够稳定；定子驱动足与动子采用点接触形式，使电机的推力受到了一定的限制。

实用新型内容

针对上述背景技术的不足，本实用新型的目的是提出一种对称式非共振压电直线电机，其具有结构简单、部件微小、运行稳定、定位精确、运动分辨率高、成本较低等优点。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种对称式双足驱动非共振压电直线电机，包括定子及其外壳、动子导轨、导向调节机构、预压力装置和底座；所述定子固定连接在其外壳内，形成一整体，外壳的前端设有动子导轨，后端连接预压力装置，左右两端分别与导向调节机构相连；所述预压力装置内设有预压弹簧，外壳在预压弹簧形变产生的回复力作用下，前端与动子导轨保持接触；所述定子及其外壳、动子导轨、预压力装置及导向调节机构均安装于底座上。

所述定子包括定子支撑板、驱动足以及叠层压电陶瓷，所述驱动足至少有两个，且对称设置；其中，每个驱动足的两端固定连接在成90°排布的叠层压电陶瓷上，并且通过叠层压电陶瓷连接在定子支撑板上；所述定子还包括铰链，所述铰链一端连接在驱动足上，另一端通过预紧螺钉固定在支撑板上。

在所述叠层压电陶瓷和定子支撑板支架还设有垫块，该垫块为半球形。

所述定子外壳为中空结构便于将定子安装于其中，定子与外壳间通过螺纹连接固接为一体；所述外壳上分布有两条对称的“π”型割缝，每条“π”型割缝的端点部设置有小孔，所述割缝与小孔构成柔性铰链用以承受结构沿与动子运动方向垂直方向的轻微变形。

所述导向调节机构至少有两个，且对称设置在外壳左右两端；其中一侧的导向调节机构包括预调梁、两个调节块以及支撑板，通过拴紧螺钉依次将支撑板、调节块以及预调梁由外向内固定在外壳上。

所述预压力装置包括预压力内杆、预压力弹簧、预压力支撑板、预压力外杆和压紧螺钉；所述预压力内杆与定子外壳后端接触，预压力弹簧设置于内杆上；所述预压力外杆穿过预压力支撑板上的圆孔压紧预压力弹簧，所述压紧螺钉将预压力外杆固定在某一位置用以提供稳定的预压力。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

该对称式双足驱动非共振压电直线电机中的压电元件采用压电叠堆，输出位移及输出力都较大，定位精度较高，结构工作在非共振模式下，不易受环境因素干扰，较采用压电陶瓷的共振电机更为稳定；

定子整体结构采用轴对称结构，确保了电机双向作动时性能的一致性；对称分布的两个导向调节机构的可以确保定子的两个驱动足与动子导轨保持良好的接触状态；

该压电直线电机电机可以在两种三相电信号输入下工作，工作模式容易实现；且各部件结构简单，加工难度小，连接方便。

附图说明

图1为本实用新型对称式双足驱动非共振压电直线电机整体结构图；

图2为压电电机定子及其外壳与预压力装置和导向机构结构分解图；

图3为压电电机定子结构图；

图4为压电电机在工作模式下的激励电压信号图；

图5为压电电机在一个周期内的运动机理图；

其中：1-定子及其外壳；2-动子导轨；3-导向调节机构1；4-导向调节机构2；5-预压力装置；6-底座；a-定子；b1、b2-预调梁；c1、c2-调节块；d1、d2-支撑板；e1、e2-拴紧螺钉；f-支持外壳；g-预压力内杆；h-预压力弹簧；i-预压力支撑板；j-预压力外杆；k-压紧螺钉；

a1、a2-驱动足；a3、a4-叠层压电陶瓷；a5、a6-叠层压电陶瓷；a7、a8、a9、a10-垫块；a11、a12-长铰链；a13、a14-预紧螺钉；a15-定子支撑板。

具体实施方式

本实用新型提供一种对称式双足驱动非共振压电直线电机，为使本实用新型的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明：

如图1、图2所示，本实用新型所述的压电直线电机，由定子及其外壳1、动子导轨2、两个导向调节机构3、4、预压力装置5和底座6组成。定子a及其外壳f固接为一体，在其后端设置的预压力装置5中的预压弹簧h形变产生的回复力作用下，其前端与动子导轨2保持接触，使该压电电机具有了断电自锁功能；定子a及其外壳f两端分别于两个导向调节机构3、4相连接；动子导轨2、预压力装置5及导向调节机构3、4均安装于底座6上。

如图3所示为定子结构图，定子结构包括定子支撑板a15及处于轴对称分布的两个驱动足a1、a2、四组叠层压电陶瓷a3、a4、a5、a6、四个垫块a7、a8、a9、a10、两个长铰链a11、a12、两个预紧螺钉a13、a14；定子a采用轴对称结构，同一侧的两组叠层压电陶瓷a3、a4和两个垫块a7、a9成90°排布并通过长铰链a11及预紧螺钉a13预紧设置于驱动足a1和定子支撑板a15之间；同一侧的两组叠层压电陶瓷a3、a4的作动轴线相互垂直，一组与动子导轨运动方向平行，一组与动子导轨运动方向垂直；垫块a7、a8、a9、a10为半圆柱形式，起到防止叠层压电陶瓷受剪的功能。

如图2所示为压电电机定子及其外壳与预压力装置和导向机构结构分解图，定子外壳f为中空结构便于将定子a安装于其中，定子a与外壳f间通过螺纹连接固接为一体；外壳f上分布有两条对称的“π”型割缝，每条“π”型割缝的边缘部设置了小孔，所述割缝与小孔构成柔性铰链用以承受结构沿与动子导轨2运动方向垂直方向的轻微变形。

两个导向调节机构3、4采用对称形式，其中一侧的导向调节机构3包括预调梁b1、两个调节块c1、c2、支撑板d1和拴紧螺钉e1；所述两个调节块c1、c2分别固接在定子外壳f一侧，预调梁b1设置在两个调节块c1、c2之间，所述支撑板d1固接在底座6上，采用拴紧螺钉e1穿过支撑板d1将预调梁b1和调节块c1、c2拴紧在支撑板d1上以达到调节定子及其外壳1的位置，使定子a顶端驱动足a1与动子导轨2保持稳定接触，另一侧形式相同。装配时，首先将两侧的导向调节机构3、4预装在定子外壳f的两侧，先不拴紧拴紧螺钉e1和e2；然后调节内含定子a的定子外壳f，使得定子两个驱动足a1、a2与动子导轨2同时接触，此时，拴紧拴紧螺钉e1、e2对该接触状态进行定位。

预压力装置5包括预压力内杆g、预压力弹簧h、预压力支撑板i、预压力外杆j和压紧螺钉k；所述预压力内杆g与定子外壳f后端接触，预压力弹簧h设置于内杆g上，预压力外杆j穿过预压力支撑板i上的圆孔压紧预压力弹簧h，压紧螺钉k将预压力外杆j固定在某一位置用以提供稳定的预压力。

如图4所示为压电电机在工作模式下施加在四组叠层压电陶瓷a3、a4、a5、a6上的电压信号，如图5所示为压电电机在一个周期内的工作机理图。结合图4和图5，其中i,iii分别代表t=0和t=T/2的后一瞬间，ii,iiii分别代表t=T/2和t=T的前一瞬间。

i时刻，定子左驱动足的压电叠堆a4上的电压快速增大到UC，其在y方向伸长，此时左驱动足a1顶端顶开动子导轨2；

ii时刻，压电叠堆a3、a5分别升压至UD，分别在x方向和x负方向伸长一定得位移量δ，从i状态到ii状态，左驱动足a1推动动子导轨2在x方向运动了δ位移；

iii时刻，压电叠堆a4中的电压快速下降为0，恢复到原长状态，同时，右驱动足a2中的压电叠堆a6上的电压快速增大到UC，其在y方向伸长，此时右驱动足a2顶开导轨2；

iiii时刻，压电叠堆a4,a6分别降压至0，分别在x负方向和x方向运动了一定的位移量δ，从iii时刻到iiii时刻，右驱动足a2推动动子导轨2在x方向运动了δ位移。

由此得出，在一个周期内，定子a推动导轨2向右运动2δ位移。如此循环往复，电机就可以实现大行程的直线运动。交换叠层压电陶瓷a4和a6上的激励电压信号，可以实现压电电机的反向运动。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：包括定子及其外壳、动子导轨、导向调节机构、预压力装置和底座；所述定子固定连接在其外壳内，形成一整体，外壳的前端设有动子导轨，后端连接预压力装置，左右两端分别与导向调节机构相连；所述预压力装置内设有预压弹簧，外壳在预压弹簧形变产生的回复力作用下，前端与动子导轨保持接触；所述定子及其外壳、动子导轨、预压力装置及导向调节机构均安装于底座上。

2.如权利要求1所述的对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：所述定子包括定子支撑板、驱动足以及叠层压电陶瓷，所述驱动足至少有两个，且对称设置；其中，每个驱动足的两端固定连接在成90°排布的叠层压电陶瓷上，并且通过叠层压电陶瓷连接在定子支撑板上；所述定子还包括铰链，所述铰链一端连接在驱动足上，另一端通过预紧螺钉固定在支撑板上。

3.如权利要求2所述的对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：在所述叠层压电陶瓷和定子支撑板支架还设有垫块，该垫块为半球形。

4.如权利要求1所述的对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：所述定子外壳为中空结构便于将定子安装于其中，定子与外壳间通过螺纹连接固接为一体；所述外壳上分布有两条对称的“π”型割缝，每条“π”型割缝的端点部设置有小孔，所述割缝与小孔构成柔性铰链用以承受结构沿与动子运动方向垂直方向的轻微变形。

5.如权利要求1所述的对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：所述导向调节机构至少有两个，且对称设置在外壳左右两端；其中一侧的导向调节机构包括预调梁、两个调节块以及支撑板，通过拴紧螺钉依次将支撑板、调节块以及预调梁由外向内固定在外壳上。

6.如权利要求1所述的对称式双足驱动的非共振压电直线电机，其特征在于：所述预压力装置包括预压力内杆、预压力弹簧、预压力支撑板、预压力外杆和压紧螺钉；所述预压力内杆与定子外壳后端接触，预压力弹簧设置于内杆上；所述预压力外杆穿过预压力支撑板上的圆孔压紧预压力弹簧，所述压紧螺钉将预压力外杆固定在某一位置用以提供稳定的预压力。