CN2697945Y - 大推力柱形振子直线压电微电机 - Google Patents

大推力柱形振子直线压电微电机 Download PDF

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刘落实
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大推力柱形振子直线压电微电机涉及大推力直线驱动装置。尤其是机床进给、机器人和汽车车窗升起装置。它是在机架内，安装有动子、定子、接线端子和预紧调节装置，信号引线从接线端子引出，外接大于20KHz高频电压信号源。定子通过螺栓将压电陶瓷片和接线端子串接紧固而成，安装固定于机架上，定子两端设有拨齿，通过预紧调节装置和动子压紧接触。本实用新型加工、装配工艺简单、成本低，结构简单紧凑，易于工业化生产。

Description

大推力柱形振子直线压电微电机
                         技术领域
本实用新型涉及大推力直线驱动装置。尤其是机床进给、机器人和汽车车窗升起装置。
                         背景技术
目前，传统的直线电磁电机广泛应用于各个领域，但它存在以下问题：气隙较大，有边缘效应，传动刚度小，不适于大的冲击或动负荷的场合，使用稀土永磁体成本较高；电机本身在停止状态时没有保持位置的功能；体积大，不适于小型化；产生磁场，对周围环境有电磁干扰，且有电磁噪声等。在机床进给、机器人及自动化工艺装备中，传统电磁电机的缺点尤为突出，如功率/重量比小，传动精度不高，响应慢等。迫切需要一种反应快速灵敏、大推力、能够避免上述缺点的新型直线电机。压电微电机由于具有功率密度大、无电磁干扰、低速大扭矩、运行无噪声、断电自锁等卓越特性，在非连续运动、机床进给运动、伺服驱动控制领域具有广阔的应用前景。
压电微电机是利用压电元件的逆压电效应使弹性体(定子)在超声频段产生微观机械振动，振动频率在20KHZ以上，通过定子和转子(或动子)之间的摩擦作用，将定子的微观振动转换成转子(或动子)的宏观运动的(或直线运动)的一种新型电机。它与传统的电磁电机相比有着完全不同的原理和结构，具有电磁电机所没有的优点，因此，已引起人们的广泛关注。虽然有些直线压电微电机得到了应用，如X-Y记录仪、卡片驱动装置，但总的看，直线型压电微电机目前仍处在研究阶段，特别是大推力直线压电微电机的研究和开发更少。
                          发明内容
本实用新型发明是针对传统的直线电磁电机在机床进给、机器人和汽车车窗的升降系统中存在的缺点和不足，围绕高精度、数字化、智能化工艺装备及汽车、家电产业的需要，发明者研制了该“大推力柱形振子直线压电微电机”。
现结合附图对本实用新型进行说明：
图1大推力柱形振子直线压电微电机总体图
图2大推力柱形振子直线压电微电机定子结构图
图3压电陶瓷片①②⑦⑧沿轴向极化图
图4压电陶瓷片③④⑤⑥沿轴向反向极化图
图5大推力柱形振子直线压电微电机工作原理图
图中
1、动子          2、机架上盖板      3、导向滚珠      4、定子
5、机架侧面板    6、定子安装导槽    7、预紧板弹簧    8、预紧螺钉
9、机架下盖板    10、信号引线       11、引线固定座   12、端盖
13、拨齿         14、紧定螺母       15、螺栓轴       16、接线端子
17、压电陶瓷片   18、紧固件
本实用新型“大推力柱形振子直线压电微电机”主要由动子1，机架上盖板2，导向滚珠3，定子4，机架侧面板5，导槽6，预紧板弹簧7，预紧螺钉8，机架下盖板9，信号引线10和引线固定座11组成。
动子1为一条单面开有导向槽的矩形滑轨，其顶面与机架上盖板2之间安装有一排导向滚珠3，导向滚珠3装在机架上盖板2加工出来的半圆球碗内，动子1在定子4驱动力作用下做直线运动时，通过其上面开出的导向槽及其和机架上盖板2之间的导向滚珠3导向。动子1下面与定子4两端拨齿13，通过预紧弹板簧7和预紧螺钉8给以一定预紧力压紧接触。
定子4，为压电陶瓷片和用做超声激励信号接线端子的薄紫铜片通过螺栓轴和紧定螺母联接紧固形成的纵、弯复合型驱动振子结构。定子4主要由端盖12，拨齿13，紧定螺母14，螺栓轴15，接线端子16，压电陶瓷片17和紧固件18组成。压电陶瓷片17共8片，根据晶片极化方式不同分两组，其中①②⑦⑧为一组，压电陶瓷片分为两个区，沿轴向极化的，前半部分为后半部分为，以产生弯曲振动模态。③④⑤⑥为一组，压电陶瓷片分上、下两个区，沿轴向反向极化，上半部分为下半部分为，以产生纵向振动模态。压电陶瓷片17之间夹入紫铜薄片作为超声激励信号接线端子16，其中①和②以及⑦和⑧之间为接Vsinωt激励信号端子，③和④以及⑤和⑥之间为接Vcosωt激励信号端子，其余为接地端子。压电陶瓷片17和接线端子16从两端分别套入螺栓轴15，并用紧定螺母14压紧。在紧定螺母14端部，分别安装上两个拨齿13，考虑拨齿为易损件且装拆方便，拨齿13单独设计成可装拆更换的结构，从紧定螺母14一端套入后，底端用螺栓紧固，再盖上端盖12用螺钉压紧以防轴向窜动。
定子4通过螺栓轴15的矩形轴肩，安装在机架左、右侧两面板5的定子安装导槽6内，螺栓轴15的矩形轴肩为整个振子两种振型的中性平面处，相当于驻波的波节位置。该矩形轴肩与机架左、右两侧面板5上的定子安装导槽6小间隙配合，一方面起定位作用，另一方面可以克服电机工作时，定子4和动子1之间摩擦作用产生的反力。安装时，首先将定子4上的信号引线10连接好。然后将定子4矩形轴肩对准机架左、右两侧面板5上的定子安装导槽6装入，再在定子4的矩形轴肩的下边装上预紧板弹簧7，盖上机架下盖板9，加一定预紧力拧上预紧螺栓8，最后将各信号引线10用引线固定座11固定，即可外接超声激励信号源，电机准备开始工作。
本实用新型“大推力柱形振子直线压电微电机”的工作原理如下：
该压电微电机为纵、弯复合模态驱动的压电直线压电微电机，它利用四对具有逆压电效应的压电陶瓷圆片。其中两对压电陶瓷圆片被分为二个对称区，并采取沿轴向极化的形式，以产生弯曲模态；另外两对压电陶瓷圆片分别沿轴向反向极化，以产生纵向振动模态，通过螺栓紧固的兰杰文振子作为电机的定子，构成具有纵、弯复合模态的驱动振子，分别产生纵向和弯曲振动。经过对定子的各个部分结构尺寸设计和有限元仿真计算，使得纵、弯两种模态的共振频率趋近一致，以便能使用同一频率激出这两种模态。可通过有限元仿真分析模型以及有限元计算得到驱动振子的固有频率和振型。
该实用新型“大推力柱形振子直线压电微电机”是这样工作的：在两相相位差为90°的高频(大于20K的共振频率)正弦电压输入信号作用下，柱形振子将产生纵向、弯曲复合振动，一个周期的振动过程为(1)→(2)→(3)→(4)→(1)：
(1)定子纵向伸长和弯曲达到振幅位置，回复力最大，同时右端拨齿齿顶通过预紧力与动子贴紧，在摩擦力驱动下，带动动子向左方向运动；
(2)定子纵向和弯曲均恢复到平衡位置，速度达到最大，右端拨齿在产生驱动作用后开始同动子脱开，动子靠其惯性，继续向左运动；
(3)定子纵向压缩和弯曲达到振幅位置，回复力最大，同时左端拨齿齿顶通过预紧力与动子贴紧，在摩擦力驱动下，再次带动动子向左方向运动；
(4)定子纵向和弯曲均恢复到平衡位置，速度达到最大，左端拨齿在产生驱动作用后开始同动子脱开，动子靠其惯性，继续向左运动。
如此周而复始，振子从状态(4)又回到状态(1)，进入下一个周期的运动。该压电微电机就是这样利用柱形振子的纵向、弯曲复合振动，分别在两个拨齿齿顶产生椭圆运动，在预紧力作用下拨齿齿顶和动子之间产生摩擦力，以此推动动子移动。
当将两相输入信号相位顺序改变后，则可改变动子的移动方向。
该型电机使用方法如下：
该实用新型直线压电微电机使用和维护均十分方便，电机安装调试好之后，通过接线端子输入两相相位差为90°的高频(大于20K的共振频率)正弦电压信号，通过调节输入电源的频率、相位或电压幅值，皆可实现电机移动速度和定位控制的要求。
本实用新型的有益效果是：
(1)压电陶瓷圆盘与定子不需粘接，只用螺栓把压电陶瓷圆盘与定子串接紧固即可，加工、装配工艺简单、成本低，结构简单紧凑，易于工业化生产；
(2)本项目所研制的大推力柱形振子直线压电微电机，采用纵、弯复合振动模态，可以有效地增大推力；
(3)通过改变螺栓轴的尺寸调整该柱形振子的纵、弯两种模态的振动频率，为该型压电微电机的设计提供理论方法；
(4)该压电微电机的定子两端设有拨齿，两个拨齿交替驱动动子，相对于单足型驱动振子型直线压电微电机，动子运动的平稳性提高，同时，定子两端的拨齿将纵、弯复合振动在定子两端的椭圆运动轨迹放大，使动子的移动速度和驱动力提高；
(5)此外，该大推力柱形振子直线压电微电机具有压电微电机的所有性能优点。

Claims (3)

1、大推力柱形振子直线压电微电机由动子1，机架上盖板2，导向滚珠3，定子4，机架侧面板5，导槽6，预紧板弹簧7，预紧螺钉8，机架下盖板9，信号引线10和引线固定座11组成，其特征是：动子1与机架上盖板2之间安装有一排导向滚珠3，导向滚珠3装在机架上盖板2加工出来的半圆球碗内，动子1在定子4驱动力作用下，通过导向滚珠3导向做直线运动，动子1和定子4两端拨齿13，通过预紧弹板簧7和预紧螺钉8以一定预紧力压紧，定子4通过螺栓轴15的矩形轴肩，安装在机架左、右侧两面板5的定子安装导槽6内，定子4矩形轴肩下边安装预紧板弹簧7，在机架下盖板9上拧上预紧螺栓8，并以一定预紧力压紧预紧板弹簧7，定子4上的信号引线10用引线固定座11固定后和激励信号源线连接。
2、根据权利要求1所述的直线压电微电机，其特征是：定子4由端盖12，拨齿13，紧定螺母14，螺栓轴15，接线端子16，压电陶瓷片17和紧固件18组成，压电陶瓷片17之间夹入紫铜薄片作为超声激励信号接线端子16，压电陶瓷片17和接线端子16从两端分别套入螺栓轴15，并用紧定螺母14压紧，拨齿13和端盖12安装于紧定螺母14端部。
3、根据权利要求1所述的直线压电微电机，其特征是：压电陶瓷片17共8片，根据晶片极化方式不同分两组，其中①②⑦⑧为一组分为两个区沿轴向极化的压电陶瓷，③④⑤⑥为一组沿轴向极化的压电陶瓷。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101001054B (zh) * 2006-12-26 2011-06-22 华南农业大学 双柱体振子直线超声电机
CN101272107B (zh) * 2008-05-05 2011-08-17 华南农业大学 面内纵弯复合模态薄型直线超声电机
CN101272108B (zh) * 2008-05-05 2011-08-17 华南农业大学 正方形振子面内复合模态直线超声电机
CN107742934A (zh) * 2017-12-05 2018-02-27 常州富兴机电有限公司 一种带预紧螺母的外转子电机结构
CN112072951A (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 哈尔滨工程大学 A型弹性拓扑压电致动机构

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101001054B (zh) * 2006-12-26 2011-06-22 华南农业大学 双柱体振子直线超声电机
CN101272107B (zh) * 2008-05-05 2011-08-17 华南农业大学 面内纵弯复合模态薄型直线超声电机
CN101272108B (zh) * 2008-05-05 2011-08-17 华南农业大学 正方形振子面内复合模态直线超声电机
CN107742934A (zh) * 2017-12-05 2018-02-27 常州富兴机电有限公司 一种带预紧螺母的外转子电机结构
CN107742934B (zh) * 2017-12-05 2024-05-03 常州富兴机电有限公司 一种带预紧螺母的外转子电机结构
CN112072951A (zh) * 2020-09-14 2020-12-11 哈尔滨工程大学 A型弹性拓扑压电致动机构

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