LT6981B - Piezoelectric sliding-rotary motion drive - Google Patents

Piezoelectric sliding-rotary motion drive Download PDF

Info

Publication number
LT6981B
LT6981B LT2022015A LT2022015A LT6981B LT 6981 B LT6981 B LT 6981B LT 2022015 A LT2022015 A LT 2022015A LT 2022015 A LT2022015 A LT 2022015A LT 6981 B LT6981 B LT 6981B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
piezoelectric
elliptical
actuator
transducers
stator
Prior art date
Application number
LT2022015A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2022015A (en
Inventor
Dalius MAŽEIKA
MAŽEIKA Dalius
Andrius ČEPONIS
ČEPONIS Andrius
Original Assignee
Vilniaus Gedimino technikos universitetas
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vilniaus Gedimino technikos universitetas filed Critical Vilniaus Gedimino technikos universitetas
Priority to LT2022015A priority Critical patent/LT6981B/en
Publication of LT2022015A publication Critical patent/LT2022015A/en
Publication of LT6981B publication Critical patent/LT6981B/en

Links

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

The invention discloses a high-precision piezoelectric actuator that provides independent rotational and sliding motion of the rotor or sliding motion of the flat slider in a plane. The piezoelectric drive comprises a piezoelectric actuator (1) consisting of an elastic double elliptical-shaped stator (6), four multilayer piezoelectric transducers (7) arranged two in each elliptical-shaped vibration transducer (11, 12) in the direction of the major ellipse axis and a rigid frictional contact element (9) attached to the elastic bridge (10) that connects the two elliptical-shaped vibration transducers. The contact element is in the sliding contact with the preloaded rotor that can be implemented as a cylindrical rod (3) or a plate-shaped slider (13). Rotary - sliding motion of a cylindrical rod or sliding motion of the slider in a plane is obtained when multilayer piezoelectric transducers are excited by two electrical signals having a frequency equal to one of the resonant frequencies of the stator bending oscillations and a phase difference of π/2. The rotational motion of the cylindrical rod (3) is generated when two piezoelectric transducers located on the same side of the mounting plate (8) are excited by an electrical signal of the same phase, while the sliding motion is obtained when two piezoelectric transducers (7) located in the same elliptical-shaped vibration transducer (11, 12) are excited by an electrical signal of the same phase. The displacement resolution of the drive is increased when piezoelectric actuator (1) is excited by two asymmetric electrical signals with a frequency close to one of the resonant frequency of bending oscillations of the stator (6).

Description

IŠRADIMO SRITISFIELD OF THE INVENTION

Išradimas priskiriamas elektro-mechaninių, mechatroninių sistemų ir robototechnikos sritims. Tai pavara, skirta sukurti didelio tikslumo daugiafunkcines sukamojo ir slenkamojo judesio sistemas, įskaitant ir reversines, ir gali būti taikoma tiksliose kampinio ir linijinio pozicionavimo sistemose, tokiose kaip optinių filtrų ir lazerio spindulio pozicionavimo sistemose taip pat precizinėse bandinių ir kitų objektų pozicionavimo sistemose.The invention belongs to the fields of electro-mechanical, mechatronic systems and robotics. It is an actuator designed to create high-precision multi-function rotary and sliding motion systems, including reverse, and can be applied in precise angular and linear positioning systems, such as optical filter and laser beam positioning systems, as well as precision positioning systems for specimens and other objects.

TECHNIKOS LYGISSTATE OF THE ART

Sparčiai vystantis precizinėms pozicionavimo, optikos ir mikroskopijos sistemoms, siekiama didinti jų skiriamąją gebą ir tikslumą. Kuriant daugiafunkcines precizines kelių laisvės laipsnių pozicionavimo sistemas, susiduriama su problema kaip mažinti pavarų skaičių ir jų užimamą tūrį. Klasikinių elektromagnetinių pavarų taikymas daugiafunkcinėse pozicionavimo sistemoje yra ribotas dėl konstrukcinių ypatumų, susijusių su tuo, kad pavaros elektromagnetinis vykdiklis sukuria vieno laisvės laipsnio judesį, todėl tampa komplikuotos vykdiklių integravimo galimybės daugiafunkcinėse kelių laisvės laipsnių pozicionavimo sistemose. Viena iš mokslinių tyrimų krypčių yra siejama su kelių laisvės laipsnių daugiafunkcinių pjezoelektrinių pavarų ir vykdiklių kūrimu, kuriuose varomosios grandies sukamasis ir slenkamasis judesys yra sukuriamas ne elektromagnetiniu principu, o transformuojant elektrinę energiją į aukšto dažnio mechaninius virpesius ir varomosios grandies linijinį arba sukamąjį poslinkį. Valdant vykdiklio mechaninių virpesių amplitudes, galima pasiekti kelių laisvės laipsnių nanometrinio tikslumo varomosios grandies judesį. Tai leidžia supaprastinti pavaros konstrukciją, sumažinti mechatroninių sistemų gabaritus, padidinti įrenginių funkcionalumą ir kurti integruotas mechatronines pozicionavimo sistemas.With the rapid development of precision positioning, optics and microscopy systems, the aim is to increase their resolution and accuracy. When developing multi-functional precision multi-degree-of-freedom positioning systems, the problem is how to reduce the number of gears and the volume they occupy. The application of classical electromagnetic actuators in a multi-functional positioning system is limited due to the design features related to the fact that the electromagnetic actuator of the actuator creates a movement of one degree of freedom, which complicates the integration of actuators in multi-functional positioning systems with several degrees of freedom. One of the research directions is associated with the development of multi-functional piezoelectric actuators and actuators with several degrees of freedom, in which the rotary and sliding movement of the drive chain is not created by the electromagnetic principle, but by transforming electrical energy into high-frequency mechanical vibrations and linear or rotational displacement of the drive chain. By controlling the amplitudes of the mechanical oscillations of the actuator, it is possible to achieve the movement of the drive chain with nanometric precision of several degrees of freedom. This makes it possible to simplify the design of the drive, reduce the dimensions of mechatronic systems, increase the functionality of devices and create integrated mechatronic positioning systems.

Žinoma pjezoelektrinė pavara, aprašyta patente CN104967358A kuri suteikia galimybę sukurti sukamąjį ir slenkamąjį strypo judesį taikant inercinį veikimo principą. Pavara sudaryta iš pjezoelektrinio vamzdelio formos vykdiklio, kurio išorinis ir vidinis paviršius turi elektrodus. Išorinis elektrodas padalintas skersai vamzdelio į dvi lygias dalis, o vidinis vamzdelio elektrodas yra vientisas. Vienas iš išorinių pjezoelektrinio vamzdelio elektrodų papildomai sudalytas spirališkai siekiant sužadinti sukamąsias vamzdelio deformacijas išilgai vamzdelio ašies. Kiti vykdiklio elektrodai naudojami išilginių vamzdelio deformacijų žadinimui. Tamprus strypas yra patalpintas išilgai pjezoelektrinio vamzdelio ašies ir įtvirtintas laisvuose galuose įtvirtinimo mechanizmuose. Norint sukurti slenkamąjį varomosios grandies judesį, du pjūklo formos elektriniai signalai, kurių fazės skiriasi dydžiu π, yra paduodami į vidinį ir išorinius pjezoelektrinio vamzdelio elektrodus ko pasėkoje dėl nesimetrinių pjezoelektrinio vykdiklio išilginių mechaninių virpesių sukuriamas slenkamasis pavaros varomosios grandies judesys. Siekiant sukurti sukamąjį varomosios grandies judesį naudojamas vienas pjūklo formos elektrinis signalas, kuris paduodamas į spirališkai padalintą elektrodą, todėl sužadinami sukamieji vykdiklio mechaniniai virpesiai, kurie per įtvirtinimo mechanizmus sukuria varomosios grandies sukamuosius judesius. Pavara turi sudėtingą konstrukciją, veikimo principas pagrįstas žemo efektyvumo virpesių modomis, pavaroje nenumatyta veikimo galimybė žingsniniame režime, taip pat sukamojo judesio dinamines charakteristikas apriboja sąveikos tarp vykdiklio ir varomosios grandies ypatumai.A well-known piezoelectric actuator is described in the patent CN104967358A which provides the possibility to create rotary and sliding movement of the rod using the inertial operating principle. The actuator consists of a piezoelectric tube-shaped actuator with electrodes on the outer and inner surfaces. The outer electrode is divided across the tube into two equal parts, while the inner electrode of the tube is solid. One of the outer electrodes of the piezoelectric tube is additionally divided spirally in order to induce rotational deformations of the tube along the axis of the tube. Other actuator electrodes are used to excite longitudinal deformations of the tube. The elastic rod is placed along the axis of the piezoelectric tube and anchored at the free ends in anchoring mechanisms. In order to create a sliding movement of the drive chain, two sawtooth electrical signals with a phase difference of π are applied to the inner and outer electrodes of the piezoelectric tube, resulting in a sliding movement of the actuator's drive chain due to the asymmetric longitudinal mechanical vibrations of the piezoelectric actuator. In order to create a rotary movement of the drive chain, a single saw-shaped electrical signal is used, which is fed to a spirally divided electrode, thus exciting rotary mechanical vibrations of the actuator, which create rotary movements of the drive chain through anchoring mechanisms. The drive has a complex design, the principle of operation is based on low-efficiency vibration modes, the drive does not provide for the possibility of operation in step mode, and the dynamic characteristics of the rotary movement are limited by the characteristics of the interaction between the actuator and the drive chain.

Patente CN102843063B aprašoma pjezoelektrinė sukamojo slenkamojo judesio pavara. Pavaros konstrukciją sudaro stačiakampio strypo statorius su sriegine ertme suformuota išilgai statoriaus. Išoriniai stačiakampio paviršiai padengti aštuoniomis pjezoelektrinėmis plokštelėmis, poliarizuotomis plokštelių storio kryptimi. Pavaros varomosios grandis - tai strypas su išoriniu sriegiu, įsuktas į srieginę ertmę statoriuje. Pavaros žadinimui naudojami du harmoniniai elektriniai signalai, kurių fazių skirtumas yra π/2. Siekiant gauti sukamuosius-slenkamuosius aktyviosios dalies poslinkius, žadinimo signalai pajungiami į atitinkamas pjezoelektrines plokštelės, o žadinimo signalų dažnis parenkamas taip kad sutaptų su antra statoriaus lenkimo deformacijų moda. Žadinant pavarą tokiu principu, statorius deformuojamas dvejomis skirtingomis kryptimis taip sukuriant bėgančios bangos virpesius, todėl sukuriamas sukamasis - slenkamasis pavaros varomosios grandies judesys. Šios pavaros slenkamojo - sukamojo judesio skiriamąją gebą įtakoja srieginio sujungimo tarp statoriaus ir varomosios grandies žingsnis ir tikslumas. Taip pat šios pavaros konstrukcija leidžia gauti tik sinchroninį sukamąjį - slenkamąjį varomosios grandies judesį. Be to pavaroje galimos nesisteminės judesio paklaidos, atsirandančios dėl srieginio sujungimo laisvatarpio.Patent CN102843063B describes a piezoelectric actuator for rotary sliding motion. The drive structure consists of a rectangular bar stator with a threaded cavity formed along the stator. The outer surfaces of the rectangle are covered with eight piezoelectric plates polarized along the thickness of the plates. The gear drive link is a rod with an external thread screwed into a threaded cavity in the stator. Two harmonic electrical signals with a phase difference of π/2 are used to excite the drive. In order to obtain rotational-sliding displacements of the active part, the excitation signals are connected to the corresponding piezoelectric plates, and the frequency of the excitation signals is selected to coincide with the second bending deformation mode of the stator. When exciting the drive with this principle, the stator is deformed in two different directions, thus creating oscillations of the running wave, thus creating a rotary - sliding motion of the drive chain of the drive. The translational-rotational resolution of this drive is influenced by the pitch and precision of the threaded connection between the stator and the drive chain. Also, the design of this gear allows to obtain only synchronous rotary - sliding movement of the drive chain. In addition, non-systematic movement errors are possible in the drive due to the backlash of the threaded connection.

Patente CN106100437A aprašoma pjezoelektrinė slenkamojo judesio pavara, sudaryta iš tampraus statoriaus, kurį sudaro du rombo formos vykdikliai sujungti nuosekliai didelio standumo jungiamąja dalimi. Vykdiklių trumposiose ašyse nejudamai sumontuoti daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai. Pavaros statoriaus laisvieji galai yra įtvirtinami nejudamai, o dviejų rombo formos vykdiklių sujungimo vietoje suformuojamas kontaktinis paviršius, kuris kontaktuoja su stačiakampio formos slankikliu. Trinties jėga tarp statoriaus kontaktinio paviršiaus ir slankiklio reguliuojama tampria elipses formos spyruokle, kurios standumas keičiamas naudojant srieginę pastūmą. Pavaros veikimas paremtas inerciniu principu, kai žadinant pjezoelektrinius keitiklius dviem pjūklo formos elektriniais signalais, kurių fazių skirtumas yra π, tarp statoriaus ir slankiklio sukuriama skirtingo dydžio trinties jėga ir taip sugeneruojamas žingsninis slenkamasis slankiklio judesys. Atbulinis slenkamasis judesys gaunamas keičiant elektrinių signalų fazes priešingomis. Pavara pasižymi tuo, kad pjezoelektrinių keitiklių poslinkių amplitudės ir slankiklio stūmimo jėga didinami naudojant rombo formos vykdiklius. Tačiau pavara nenumatyta galimybė sukurti sukamojo slankiklio judesio ir plokštelės formos slankiklio slenkamojo judesio plokštumoje.Patent CN106100437A describes a piezoelectric sliding motion actuator consisting of a flexible stator consisting of two diamond-shaped actuators connected in series by a high-stiffness coupling. In the short axes of the actuators, multi-layer piezoelectric transducers are fixedly installed. The free ends of the drive stator are secured immovably, and a contact surface is formed at the point of connection of the two diamond-shaped actuators, which contacts the rectangular slider. The friction force between the contact surface of the stator and the slider is regulated by an elastic ellipse-shaped spring, the stiffness of which is changed using a threaded drive. The operation of the drive is based on the inertial principle, when by exciting the piezoelectric transducers with two saw-shaped electric signals with a phase difference of π, a friction force of different magnitude is created between the stator and the slider, and thus the step sliding movement of the slider is generated. Reverse sliding motion is obtained by reversing the phases of electrical signals. The drive is characterized by the fact that the displacement amplitudes of the piezoelectric transducers and the pushing force of the slider are increased using diamond-shaped actuators. However, the drive does not provide for the possibility of creating a rotary slider motion and a plate-shaped slider sliding motion in the plane.

IŠRADIMO ĖSMĖESSENCE OF THE INVENTION

Išradimo tikslas - padidinti pjezoelektrinės pavaros našumą, poslinkio skiriamąją gebą, dinamines charakteristikas ir praplėsti funkcines galimybes.The purpose of the invention is to increase the performance, displacement resolution, dynamic characteristics and expand the functional possibilities of the piezoelectric actuator.

Išradimo tikslas pasiekiamas tuo, kad pjezoelektriniame vykdiklyje susidedančiame iš dvigubos elipsės formos tampraus statoriaus, kurio ilgojoje ašyje sumontuoti keturi daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai sujungti tarpusavyje tvirtinimo plokštele į vientisą konstrukciją, kurios išoriniame paviršiuje elipsių sujungimo tiltelyje tvirtinamas standus kontaktinis elementas, ir slystamai prispaustos varomosios grandies, turinčios cilindrinio strypo arba plokščio slankiklio formą, kontakto zonoje sugeneruojami pjezoelektrinio vykdiklio mechaniniai virpesiai, kurie frikcinio kontakto metu transformuojami į pavaros varomosios grandies sukimąsi arba slinkimą.The aim of the invention is achieved by the fact that in the piezoelectric actuator consisting of a double-ellipse-shaped elastic stator, on the long axis of which four multilayer piezoelectric transducers are installed, connected to each other by a mounting plate into a single structure, on the outer surface of which a rigid contact element is fixed in the connecting bridge of the ellipses, and slidingly pressed driving links having in the form of a cylindrical rod or a flat slider, mechanical vibrations of the piezoelectric actuator are generated in the contact zone, which are transformed into rotation or displacement of the actuator's drive chain during frictional contact.

Varomosios grandies sukimosi ir linijinis greitis bei pjezoelektrinės pavaros dinaminės charakteristikos ir našumas padidėja dėl to, kad elipsės formos vykdiklyje daugiasluoksnių pjezoelektrinių keitiklių, žadinamų dviem harmoniniais elektriniais signalais, kurių fazių skirtumas yra π/2, išilginiai virpesiai transformuojami į statoriaus lenkimo virpesius su didesnėmis amplitudėmis nei daugiasluoksnių pjezoelektrinių keitiklių ir sugeneruojami rezonansiniai bėgančios bangos virpesiai, o kontaktinio standaus elemento vieta parenkama ant tampraus tiltelio, jungiančio du elipsės formos virpesių keitiklius, ir pjezoelektrinio vykdiklio tvirtinimo plokštelės padėtis sutapatinama su elipsių trumpąja ašimi tam, kad sumažinti kontakto zonos virpesių slopinimą, atsirandantį dėl pavaros standaus tvirtinimo korpuse, todėl varomosios grandies kontakto zonoje didinamos virpesių amplitudės.The rotational and linear speed of the drive link and the dynamic characteristics and performance of the piezoelectric actuator are increased due to the fact that in the elliptic actuator, the longitudinal oscillations of multilayer piezoelectric transducers excited by two harmonic electrical signals with a phase difference of π/2 are transformed into stator bending oscillations with amplitudes greater than multilayer piezoelectric transducers and resonant traveling wave oscillations are generated, and the location of the contact rigid element is selected on the elastic bridge connecting two elliptical oscillators, and the position of the piezoelectric actuator mounting plate is aligned with the short axis of the ellipses to reduce the vibration damping of the contact area due to the actuator in the case of rigid mounting, therefore, the amplitudes of vibrations in the contact zone of the drive link are increased.

Pjezoelektrinės pavaros varomosios grandies sukamojo ir slenkamojo judesio poslinkio skiriamoji geba ir tikslumas didinami daugiasluoksnius pjezoelektrinius keitiklius žadinant dviem nesimetriniais elektriniais signalais, kurio dažnis artimas bėgančios bangos rezonansiniam dažniui, o fazių skirtumas yra π/2, todėl gaunamas žingsninis varomosios grandies judesys, kurio skyra tiesiogiai priklauso nuo elektrinio signalo stiprumo ir lygi mažiausio sugeneruoto žingsnio skyrai.The displacement resolution and accuracy of the rotary and sliding movement of the piezoelectric actuator drive chain is increased by exciting the multilayer piezoelectric transducers with two asymmetric electric signals with a frequency close to the resonant frequency of the traveling wave and a phase difference of π/2, resulting in a step motion of the drive chain whose resolution is directly dependent from the strength of the electrical signal and is equal to the resolution of the smallest generated step.

Pjezoelektrinės pavaros funkcinės galimybės praplečiamos kai dvigubos elipsės formos statoriaus paviršiuje, kuriame įtvirtintas kontaktinis elementas atskirai žadinami bėgančios bangos virpesiai išilgine ir skersine statoriaus kryptimis, ko pasėkoje sugeneruojamos elipsinės kontaktinio taško judėjimo trajektorijos, kurių pagrindinės ašys yra statmenos viena kitai. Todėl, priklausomai nuo daugiasluoksnių pjezoelektrinių keitiklių žadinimo schemos, gaunami sukamieji arba slenkamieji strypo formos varomosios grandies poslinkiai arba plokščio slankiklio poslinkiai plokštumoje dvejomis statmenomis kryptimis. Nepriklausomas slenkamojo ir sukamojo varomosios grandies judesys gaunamas, kai vykdiklio bėgančios bangos virpesiai išilgine ir skersine kryptimis žadinami nesutampančiais elektrinių signalų dažniais.The functional capabilities of the piezoelectric actuator are expanded when a double ellipse on the surface of the stator, in which the contact element is fixed, separately excites the vibrations of the traveling wave in the longitudinal and transverse directions of the stator, as a result of which elliptical trajectories of the contact point movement are generated, the main axes of which are perpendicular to each other. Therefore, depending on the excitation scheme of the multilayer piezoelectric transducers, rotational or sliding displacements of the rod-shaped drive chain or flat slider displacements in the plane in two perpendicular directions are obtained. The independent movement of the sliding and rotary drive chain is obtained when the traveling wave oscillations of the actuator are excited in the longitudinal and transverse directions by non-matching frequencies of electrical signals.

Siekiant sukurti nepriklausomą slenkamąjį ar sukamąjį varomosios grandies judesį rezonansiniame režime, žadinimo signalų fazių skirtumas turi būti π/2, o dažnis parenkamas taip, kad sutaptų, atitinkamai, su pirmąją skersine arba išilgine dvigubos elipsės formos statoriaus lenkimo virpesių moda, o pjezoelektrinių keitiklių žadinimo eiliškumas parenkamas taip, kad sutaptų su lenkimo deformacijų modų virpesių fazėmis ir kryptimis.In order to create an independent sliding or rotary motion of the driving circuit in the resonant mode, the phase difference of the excitation signals must be π/2, and the frequency is chosen to coincide, respectively, with the first transverse or longitudinal bending vibration mode of the double elliptical stator, and the excitation order of the piezoelectric transducers is chosen to coincide with the vibrational phases and directions of the bending strain modes.

BRĖŽINIŲ APRAŠYMASDESCRIPTION OF DRAWINGS

Brėžinių paveikslai yra pateikti kaip nuoroda į galimą išradimo įgyvendinimą ir neturi riboti išradimo apimties. Nei vienas iš pateiktų brėžinių ir grafikų neturėtų būti laikomi ribojančiais, o tik kaip galimi išradimo įgyvendinimo pavyzdžiai.The figures in the drawings are provided as an indication of the possible implementation of the invention and are not intended to limit the scope of the invention. None of the drawings and graphs presented should be considered as limiting, but only as examples of possible embodiments of the invention.

Pav. 1 a, b Pjezoelektrinės sukamojo - slenkamojo judesio pavaros principinė schema:Fig. 1 a, b Principle diagram of a piezoelectric rotary-sliding motion drive:

- izometrinis pjezoelektrinės sukamojo - slenkamojo judesio pavaros, vaizdas su strypu;- isometric piezoelectric rotary-sliding drive, view with rod;

- izometrinis pjezoelektrinės sukamojo - slenkamojo judesio pavaros, vaizdas su plokščiu slankikliu;- isometric view of a piezoelectric rotary-sliding actuator, with a flat slider;

(c) - išskleistinis pjezoelektrines sukamojo - slenkamojo judesio pavaros, vaizdas su strypu;(c) - exploded view of piezoelectric rotary-sliding actuators, rod view;

(d) - išskleistinis pjezoelektrines sukamojo - slenkamojo judesio pavaros, vaizdas su plokščiu slankikliu.(d) - exploded view of piezoelectric rotary-sliding actuators, view with flat slider.

Pav. 2 a, b Pjezoelektrinio elipses formos vykdiklio principinė schema:Fig. 2 a, b Schematic diagram of a piezoelectric ellipse-shaped actuator:

(a) - izometrinis pjezoelektrinio elipses formos vykdiklio, vaizdas;(a) - isometric view of the piezoelectric ellipse actuator;

(b) - išskleistinis pjezoelektrinio elipses formos vykdiklio vaizdas;(b) - expanded view of the piezoelectric ellipse actuator;

Pav. 3 Pjezoelektrines sukamojo - slenkamojo judesio pavaros žadinimo schema;Fig. 3 Piezoelectric rotary-sliding drive excitation scheme;

Pav. 4 Pjezoelektrinio elipses formos vykdiklio lenkimo virpesių modos, naudojamos varomosios grandies judesiams gauti;Fig. 4 Bending vibration modes of the piezoelectric ellipse actuator used to obtain the motions of the drive chain;

(a) - skersinė lenkimo moda, naudojama sukamajam strypo formos varomosios grandies judesiui gauti;(a) is the transverse bending mode used to obtain the rotary motion of the rod-shaped drive link;

(b) - išilginė lenkimo moda, naudojama slenkamajam varomosios grandies judesiui gauti;(b) is the longitudinal bending mode used to obtain the sliding motion of the drive link;

BRĖŽINIAI - pažymėtų objektų aprašymasDRAWINGS - description of marked objects

- pjezoelektrinis elipsės formos vykdiklis;- piezoelectric elliptical actuator;

- pjezoelektrinio vykdiklio tvirtinimo varžtai;- piezoelectric actuator fastening screws;

- cilindro formos strypas;- cylindrical rod;

- įvorė;- sleeve;

- pavaros tvirtinimo korpusas, kai varomoji grandis yra cilindro formos strypas;- drive mounting body, when the drive link is a cylindrical rod;

- dvigubos elipses formos statorius;- double elliptical stator;

- daugiasluoksnis pjezoelektrinis keitiklis;- multilayer piezoelectric transducer;

- pjezoelektrinio elipses formos vykdiklio tvirtinimo plokštelė;- mounting plate of the piezoelectric ellipse actuator;

- standus frikcinis kontaktinis elementas;- rigid frictional contact element;

- tamprus tiltelis;- elastic bridge;

,12 - tamprūs elipsės formos virpesių keitikliai;,12 - elastic elliptical vibration transducers;

- plokščias slankiklis;- flat slider;

- pavaros tvirtinimo korpusas, kai varomoji grandis yra plokščias slankikis;- drive mounting housing when the drive link is a flat slider;

- elektrinių žadinimo signalų komutatoriai;- switchers of electrical excitation signals;

- dviejų kanalų elektrinių signalų generatorius.- two-channel electric signal generator.

DETALUS IŠRADIMO APRAŠYMASDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Čia ir toliau sukamojo - slenkamojo judesio pjezoelektrinė pavara aprašoma su nuorodomis į brėžinius, tačiau techninis pjezoelektrinės pavaros įgyvendinimas nėra ribojamas pateiktu būdu. Galimos įvairios įgyvendinimo būdo modifikacijos ir tobulinimai.Hereinafter, the rotary-sliding piezoelectric actuator is described with reference to the drawings, but the technical implementation of the piezoelectric actuator is not limited to the presented method. Various modifications and improvements to the implementation method are possible.

Detalus pavaros aprašymas. Pjezoelektrinę sukamojo - slenkamojo judesio pavarą sudaro pjezoelektrinis elipsės formos vykdiklis (1) ir prie jo paspyruokliuotai prispausta pavaros varomoji grandis, kuri gali būti realizuota kaip cilindro formos strypas (3) arba plokščias slankiklis (13). Pjezoelektrinis elipsės formos vykdiklis (1) sudarytas iš statoriaus (6), kurį sudaro du vienodi tamprūs elipsės formos virpesių keitikliai (11, 12), sujungti tarpusavyje dviem tampriais tilteliais (10), ir keturių daugiasluoksnių pjezoelektrinių keitiklių (7), išdėstytų po du kiekviename virpesių keitiklyje (11, 12) elipsės ilgosios ašies kryptimi ir vienu galu standžiai įtvirtintų statoriuje (6), o kitu galu tampriai pritvirtinti prie tvirtinimo plokštelės (8), kuri taip pat naudojama pjezoelektrinio vykdiklio (1) tvirtinimui pavaros tvirtinimo korpuse (5, 14). Pjezoelektrinio vykdiklio (1) tampraus tiltelio (10) centre arba šalia jo tvirtinamas standus frikcinis kontaktinis elementas (9), prie kurio slystamai prispaudžiama pavaros varomoji grandis, kuri gali būti cilindro formos strypas (3) arba plokščias slankiklis (13). Dvigubos elipsės formos statoriaus (6) dalys (10, 11, 12) sudaro vientisą konstrukciją ir gaminamos iš vientisos tamprios medžiagos, pavyzdžiui, plieno arba bronzos.Detailed description of the drive. The piezoelectric rotary-sliding motion actuator consists of a piezoelectric elliptical actuator (1) and a spring-loaded actuator drive link, which can be realized as a cylindrical rod (3) or a flat slider (13). Elliptical piezoelectric actuator (1) consists of a stator (6), which consists of two identical elastic elliptical vibration transducers (11, 12), connected to each other by two elastic bridges (10), and four multilayer piezoelectric transducers (7), arranged in two in each vibration transducer (11, 12), ellipses in the direction of the long axis and one end rigidly fixed in the stator (6), and the other end elastically attached to the mounting plate (8), which is also used to mount the piezoelectric actuator (1) in the drive mounting body (5, 14). In the center or near the elastic bridge (10) of the piezoelectric actuator (1), a rigid frictional contact element (9) is fixed, to which the drive link of the actuator is slidably pressed, which can be a cylindrical rod (3) or a flat slider (13). The parts (10, 11, 12) of the double-elliptical stator (6) form a one-piece structure and are made of a solid elastic material such as steel or bronze.

Pjezoelektrinė pavara standžiai tvirtinama korpuse (5, 14) varžtais (2). Cilindro formos strypas (3) tvirtinamas tame pačiame korpuse (5) panaudojant įvores (4), kurios užtikrina cilindro formos strypo (3) slenkamąjį ir sukamąjį judesius. Plokščias slankiklis (13) padedamas ant keturių korpuse esančių atramų.The piezoelectric actuator is rigidly fixed in the housing (5, 14) with screws (2). The cylindrical rod (3) is fixed in the same body (5) using bushings (4), which ensure the sliding and rotating movements of the cylindrical rod (3). The flat slider (13) is placed on four supports in the housing.

Pjezoelektrinės pavaros veikimo aprašymas. Cilindro formos strypo (3) sukamasis judesys arba plokščio slankiklio (13) linijinis poslinkis statoriaus (6) ilgosios ašies kryptimi gaunamas kai į pjezoelektrinio vykdiklio (1) daugiasluoksnius pjezoelektrinius keitiklius (7) iš elektrinių signalų generatoriaus (16) paduodami du harmoniniai elektriniai signalai, kurių fazių skirtumas yra π/2, o dažnis f yra lygus statoriaus (6) vienos iš lyginių lenkimo modų rezonansiniam dažniui, taip kad daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai, esantys vienoje pjezoelektrinio vykdiklio tvirtinimo plokštelės (8) pusėje žadinami tos pačios fazės harmoniniu elektriniu signalu, ko pasėkoje abejuose elipsės formos virpesių keitikliuose (11, 12) išilgine kryptimi suformuojami bėgančios bangos virpesiai, o didelio standumo kontaktinis elementas (9) pradeda judėti elipsine trajektorija ir kontaktuoja su paspyruokliuotai prispaustu cilindro formos strypu (3) arba plokščiu slankikliu (13) ir dėl trinties jėgos tarp varomosios grandies paviršiaus ir kontaktinio elemento (9) gaunamas cilindro formos strypo (3) sukamasis arba plokščio slankiklio (13) slenkamasis judesys.Description of the operation of the piezoelectric actuator. The rotary movement of the cylindrical rod (3) or the linear displacement of the flat slider (13) in the direction of the long axis of the stator (6) is obtained when two harmonic electrical signals are supplied to the multilayer piezoelectric transducers (7) of the piezoelectric actuator (1) from the electrical signal generator (16), whose phase difference is π/2, and the frequency f is equal to the resonant frequency of one of the even bending modes of the stator (6), so that the multilayer piezoelectric transducers located on one side of the piezoelectric actuator mounting plate (8) are excited by a harmonic electrical signal of the same phase, which as a result, traveling wave vibrations are formed in both elliptical vibration transducers (11, 12) in the longitudinal direction, and the high-stiffness contact element (9) begins to move along an elliptical trajectory and contacts the spring-loaded cylindrical rod (3) or flat slider (13) and due to friction forces between the drive link surface and the contg the actuating element (9) receives the rotary movement of the cylindrical rod (3) or the sliding movement of the flat slider (13).

Cilindro formos strypo (3) slenkamasis judesys arba plokščio slankiklio linijinis poslinkis elipsės ilgosios ašies statmena kryptimi gaunamas kai daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai (7) žadinami taip, kad tos pačios fazės harmoninis signalas būtų paduodamas į du daugiasluoksnius pjezoelektrinius keitiklius, esančius tame pačiame virpesių keitiklyje (11, 12), ko pasėkoje suformuojami bėgančios bangos virpesiai tampriame tiltelyje (10) ir standus frikcinis kontaktinis elementas (9) pradeda judėti elipsine trajektorija, kurios ilgosios ašies kryptis sutampa cilindro formos strypo (3) išilgine ašimi. Reversinis cilindro formos strypo (3) arba plokščio slankiklio (13) judesys abejomis kryptimis gaunamas sukeitus elektrinių signalų fazes vietomis. Siekiant gauti cilindro formos strypo (3) arba plokščio slankiklio (13) žingsninį sukamąjį arba slenkamąjį judesius, daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai (7) žadinami dviem nesimetriniais impulsiniais elektriniais signalais, kurių dažnis artimas bėgančios bangos rezonansiniam dažniui, o fazių skirtumas yra π/2.The sliding motion of the cylindrical rod (3) or the linear displacement of the flat slider in the direction perpendicular to the long axis of the ellipse is obtained when the multilayer piezoelectric transducers (7) are excited so that a harmonic signal of the same phase is fed to two multilayer piezoelectric transducers located in the same oscillator (11 , 12), as a result of which oscillations of the traveling wave are formed in the elastic bridge (10) and the rigid frictional contact element (9) begins to move along an elliptical trajectory, the direction of the long axis of which coincides with the longitudinal axis of the cylindrical rod (3). The reverse movement of the cylindrical rod (3) or the flat slider (13) in both directions is obtained by exchanging the phases of the electrical signals. In order to obtain stepwise rotary or sliding motions of a cylindrical rod (3) or a flat slider (13), multilayer piezoelectric transducers (7) are excited by two asymmetric pulsed electrical signals with a frequency close to the resonant frequency of the traveling wave and a phase difference of π/2.

Claims (3)

Pjezoelektrinė sukamojo – slenkamojo judesio pavara, apimanti pjezoelektrinį elipsės formos vykdiklį (1), sudarytą iš dvigubos elipsės formos statoriaus (6) daugiasluoksnių pjezoelektrinių keitiklių (7) ir standaus frikcinio kontakto elemento (9) b e s i s k i r i a n t i tuo, kad statoriaus (6) du elipsės formos virpesių keitikliai (11, 12) tarpusavyje sujungiami dviem tampriais tilteliais (10), o ant vieno iš tamprių tiltelių (10) išorinio paviršiaus patalpinamas standus frikcinis kontaktinis elementas (9).Piezoelectric rotary-sliding motion actuator, which includes a piezoelectric elliptical actuator (1), consisting of a double elliptical stator (6), multilayer piezoelectric transducers (7) and a rigid frictional contact element (9), differing in that the stator (6) has two elliptical the vibration transducers (11, 12) are interconnected by two elastic bridges (10), and a rigid frictional contact element (9) is placed on the outer surface of one of the elastic bridges (10). Pavara pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad tamprių tiltelių (10) vieta parenkama taip, kad tiltelio simetrijos ašis, kirstų abiejų elipsės formos virpesių keitiklių (11, 12) trumpąsias ašis, o tiltelių lyginės lenkimo virpesių modos rezonansinis dažnis sutaptų su vienu iš elipsės formos virpesių keitiklių (11, 12) lenkimo virpesių rezonansiniu dažniu.The drive according to claim 1, but differs in that the location of the elastic bridges (10) is selected so that the axis of symmetry of the bridge intersects the short axes of both elliptical vibration transducers (11, 12), and the resonant frequency of the even bending vibration mode of the bridges coincides with one of the ellipses at the resonant frequency of the bending vibrations of the shape vibration transducers (11, 12). Pavara pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i tuo, kad ant pjezoelektrinio vykdiklio (1) tampraus tiltelio (10) išorinio paviršiaus patalpinamas standus frikcinis kontaktinis elementas (9), prie kurio slystamai prispaudžiama cilindro formos strypas (3) arba plokščias slankiklis (13), o elipsinės kontaktinio elemento judėjimo trajektorijos gaunamos žadinant daugiasluoksnius pjezoelektrinius keitiklius (7) dviem elektriniais signalais, kurių fazių skirtumas lygus π/2.The drive according to claim 1, but differs in that a rigid frictional contact element (9) is placed on the outer surface of the elastic bridge (10) of the piezoelectric actuator (1), to which a cylindrical rod (3) or a flat slider (13) is slidably pressed, and elliptical the movement trajectories of the contact element are obtained by exciting multilayer piezoelectric transducers (7) with two electrical signals whose phase difference is equal to π/2.
LT2022015A 2022-06-27 2022-06-27 Piezoelectric sliding-rotary motion drive LT6981B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2022015A LT6981B (en) 2022-06-27 2022-06-27 Piezoelectric sliding-rotary motion drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2022015A LT6981B (en) 2022-06-27 2022-06-27 Piezoelectric sliding-rotary motion drive

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2022015A LT2022015A (en) 2023-01-10
LT6981B true LT6981B (en) 2023-02-10

Family

ID=84777462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2022015A LT6981B (en) 2022-06-27 2022-06-27 Piezoelectric sliding-rotary motion drive

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT6981B (en)

Also Published As

Publication number Publication date
LT2022015A (en) 2023-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1806793B1 (en) Exciting method for elastic vibration member and vibratory driving device
US5136200A (en) Ultransonic motor
US20030052575A1 (en) Piezoelectric drive
US5852336A (en) Vibration actuator which effectively transmits micro-amplitude vibrations
CN101401291A (en) Oscillation actuator, lens barrel, camera system and oscillator
LT6981B (en) Piezoelectric sliding-rotary motion drive
US5854529A (en) Vibration actuator
JP4901597B2 (en) Vibration type actuator
JPH09215349A (en) Vibrating actuator and adjustment thereof
JP6639244B2 (en) Vibration type actuator and electronic equipment
JP4901598B2 (en) Vibration type actuator
JPH08182351A (en) Ultrasonic actuator
JP5811649B2 (en) Driving force generator and driving device
JP3453838B2 (en) Ultrasonic motor
JP4655324B2 (en) Vibration motor, positioning device, and vibration motor control method
JPH0965668A (en) Vibration actuator and its adjustment
JP2971971B2 (en) Ultrasonic actuator
LT6842B (en) Piezoelectric rotory-sliding motion drive
LT7007B (en) Five degrees of freedom piezoelectric drive
LT6867B (en) Piezoelectric rotary-sliding motion drive
LT7061B (en) High power piezoelectric motor with control system
JP4053762B2 (en) Ultrasonic motor and electronic device with ultrasonic motor
KR20240089136A (en) Mounting device for piezo motor elements
LT7053B (en) Liner sliding motion piezoelectric motor
JPH11308883A (en) Oscillating actuator

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20230110

FG9A Patent granted

Effective date: 20230210