RU2181522C2 - Piezoelectric linear stepping motor - Google Patents

Piezoelectric linear stepping motor Download PDF

Info

Publication number
RU2181522C2
RU2181522C2 RU96111526/28A RU96111526A RU2181522C2 RU 2181522 C2 RU2181522 C2 RU 2181522C2 RU 96111526/28 A RU96111526/28 A RU 96111526/28A RU 96111526 A RU96111526 A RU 96111526A RU 2181522 C2 RU2181522 C2 RU 2181522C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piezoelectric
fixing
movable part
piezoelectric element
housing
Prior art date
Application number
RU96111526/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96111526A (en
Inventor
Ю.В. Окатов (RU)
Ю.В. Окатов
С.В. Буров (RU)
С.В. Буров
Original Assignee
Окатов Юрий Владимирович
Буров Сергей Вячеславович
Самсунг Электроникс Ко., Лтд.
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 Окатов Юрий Владимирович, Буров Сергей Вячеславович, Самсунг Электроникс Ко., Лтд. filed Critical Окатов Юрий Владимирович
Priority to RU96111526/28A priority Critical patent/RU2181522C2/en
Publication of RU96111526A publication Critical patent/RU96111526A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2181522C2 publication Critical patent/RU2181522C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: servo mechanisms. SUBSTANCE: motor has frame accommodating locking assemblies and moving part. Locking assemblies are, essentially, assemblies of at least two piezoelectric units arranged in tandem in longitudinal plane. Each piezoelectric unit has shifting piezoid and locking piezoid which are isolated from each other as well as from frame and friction member by means of insulators. Moving part has at least one guide that enters respective guide on friction members provided with slits. Clearances between piezoelectric units are filled with flexible insulating material. EFFECT: enhanced precision and force. 2 cl, 16 dwg

Description

Изобретение относится к области электрических двигателей, а более точно касается пьезоэлектрических линейных шаговых двигателей, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма в электротехнике, телемеханике, радиотехнике и автоматике. The invention relates to the field of electric motors, and more specifically relates to piezoelectric linear stepper motors, and can be used as an actuator in electrical engineering, telemechanics, radio engineering and automation.

Известен линейный двигатель, содержащий направляющую, корпус и движитель в виде пластин, укрепленных под углом в корпусе и фрикционно взаимодействующих с направляющей (Авторское свидетельство СССР 801149, MKИ H 01 L 41/02). A linear motor is known that contains a guide, a housing and a mover in the form of plates mounted at an angle in the housing and frictionally interacting with the guide (USSR Author's Certificate 801149, MKI H 01 L 41/02).

Однако данный линейный двигатель имеет большие габаритные размеры и массу, осуществляет перемещение с помощью упругих пластин, при этом невозможно получение больших усилий и обеспечение точности позиционирования. However, this linear motor has large overall dimensions and weight, carries out movement with the help of elastic plates, while it is impossible to obtain great efforts and ensure positioning accuracy.

Известен пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель, содержащий корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами и подвижную часть с рабочим элементом (Авторское свидетельство СССР 720576, МКИ H 01 L 41/04). A known piezoelectric linear stepper motor comprising a housing with fixing nodes fixed therein and a movable part with a working element (USSR Author's Certificate 720576, MKI H 01 L 41/04).

Однако этот двигатель имеет ряд недостатков: большее количество деталей, сложность конструкции, сложность изготовления фиксирующих узлов и возможность поворота подвижной части в процессе линейного перемещения. However, this engine has a number of disadvantages: a greater number of parts, design complexity, the complexity of manufacturing the locking assemblies and the ability to rotate the movable part in the process of linear movement.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель, содержащий корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами, выполненными из не менее двух пьезоблоков, расположенных в продольной плоскости друг за другом, и подвижную часть, при этом каждый пьезоблок состоит из сдвигающего пьезоэлемента, фиксирующего пьезоэлемента и фрикционного элемента (Авторское свидетельство СССР 502426, H 02 N 2/04, 19.04.1976). The closest analogue to the claimed invention is a piezoelectric linear stepper motor, comprising a housing with fixing nodes fixed therein, made of at least two piezoblocks arranged in a longitudinal plane one after another, and a movable part, each piezoelectric block consisting of a shifting piezoelectric element fixing piezoelectric element and friction element (USSR Author's Certificate 502426, H 02 N 2/04, 04/19/1976).

Однако этот двигатель имеет низкую точность шага и усилия на рабочем элементе двигателя и низкую точность позицирования подвижной части. However, this engine has low accuracy of pitch and effort on the working element of the engine and low accuracy of positioning of the moving part.

В основу предлагаемого изобретения была положена задача создания пьезоэлектрического линейного шагового двигателя, конструктивное выполнение которого позволило бы улучшить синхронизацию работы пьезоэлементов при их сдвигах и повысить точность шага и усилие на рабочем элементе двигателя, а также повысить точность позиционирования подвижной части. The basis of the present invention was the task of creating a piezoelectric linear stepper motor, the constructive implementation of which would improve the synchronization of the work of the piezoelectric elements when they are shifted and increase the accuracy of the step and force on the working element of the engine, as well as improve the accuracy of positioning of the moving part.

Это достигается тем, что в пьезоэлектрическом линейном шаговом двигателе, содержащем корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами, выполненными из не менее двух пьезоблоков, расположенных в продольной плоскости друг за другом, и подвижную часть, при этом каждый пьезоблок состоит из сдвигающего пьезоэлемента, фиксирующего пьезоэлемента и фрикционного элемента, согласно изобретению сдвигающий элемент и фиксирующий элемент разделены относительно друг друга, корпуса и фрикционного элемента изоляторами, при этом подвижная часть имеет не менее одной направляющей, которая входит в соответствующую направляющую на фрикционных элементах, а промежутки между пьезоблоками заполнены эластичным изоляционным материалом. This is achieved by the fact that in a piezoelectric linear stepper motor comprising a housing with fixing assemblies fixed therein, made of at least two piezoblocks arranged in a longitudinal plane one after another, and a movable part, each piezoelectric block consisting of a shear piezoelectric element fixing the piezoelectric element and the friction element, according to the invention, the biasing element and the locking element are separated relative to each other, the housing and the friction element by insulators, while the movable part has at least one guide, which is included in the corresponding guide on the friction elements, and the gaps between the piezo blocks are filled with elastic insulating material.

Пьезоэлементы могут быть выполнены в виде пакета из пьезоэлектрических пластин, колец или их секторов, электроды которых соединены параллельно через один, при этом направление поляризации каждой последующей пьезоэлектрической пластины, кольца или сектора направлено в противоположную сторону от предыдущей. Piezoelectric elements can be made in the form of a package of piezoelectric plates, rings or their sectors, the electrodes of which are connected in parallel through one, while the polarization direction of each subsequent piezoelectric plate, ring or sector is directed in the opposite direction from the previous one.

Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель (первый вариант), вид спереди;
фиг.2 - то же, продольный разрез;
фиг.3 - второй вариант исполнения двигателя, вид спереди;
фиг.4 - то же, продольный разрез;
фиг.5 - третий вариант исполнения двигателя, вид спереди;
фиг.6 - то же, продольный разрез;
фиг.7 - четвертый вариант исполнения двигателя, вид спереди;
фиг.8 - то же, продольный разрез;
фиг. 9-16 - такты работы пьезоэлектрического линейного шагового двигателя.
The invention is further illustrated by the description of specific examples of its implementation with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 shows a piezoelectric linear stepper motor (first embodiment), front view;
figure 2 is the same, a longitudinal section;
figure 3 - the second embodiment of the engine, front view;
figure 4 is the same, a longitudinal section;
5 is a third embodiment of the engine, front view;
6 is the same, longitudinal section;
7 is a fourth embodiment of the engine, front view;
Fig.8 is the same, longitudinal section;
FIG. 9-16 - cycles of the piezoelectric linear stepper motor.

Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1 и 2), в котором расположены два пьезоблока 2 и 3, и подвижную часть в виде цилиндрического стержня. Пьезоблоки 2 и 3 жестко прикреплены к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1. Каждый пьезоблок 2 и 3 соответственно состоит из соединенных между собой сдвигающего пьезоэлемента 5, фиксирующего пьезоэлемента 6, изоляторов 7 и фрикционного элемента 8. Каждый сдвигающий пьезоэлемент 5 имеет вектор начальной поляризации, направленный под углом к продольной оси двигателя. Фиксирующие пьезоэлементы 6 имеют вектор начальной поляризации, направленный перпендикулярно продольной оси двигателя. Изоляторы 7 обеспечивают изоляцию сдвигающего и фиксирующего пьезоэлемента относительно друг друга, а также относительно корпуса 1 и фрикционного элемента 8. Фрикционный элемент 8 выполнен разрезным для обеспечения более плотного обжатия подвижной части 4 пьезоблоками 2 и 3. The piezoelectric linear stepper motor comprises a cylindrical housing 1 (Figs. 1 and 2), in which two piezoblocks 2 and 3 are located, and a movable part in the form of a cylindrical rod. Piezo blocks 2 and 3 are rigidly attached to the inner surface of the cylindrical body 1. Each piezo block 2 and 3, respectively, consists of a connected piezoelectric element 5, a fixing piezoelectric element 6, insulators 7 and a friction element 8. Each shear piezoelectric element 5 has an initial polarization vector directed under angle to the longitudinal axis of the engine. The fixing piezoelectric elements 6 have an initial polarization vector directed perpendicular to the longitudinal axis of the engine. The insulators 7 provide isolation of the shear and the fixing piezoelectric element relative to each other, as well as relative to the housing 1 and the friction element 8. The friction element 8 is made split to provide a more tight compression of the movable part 4 of the piezo blocks 2 and 3.

Каждый пьезоэлемент имеет электроды, к которым подключены провода (эти элементы на чертеже не показаны). Each piezoelectric element has electrodes to which wires are connected (these elements are not shown in the drawing).

Промежутки между пьезоблоками 2 и 3 заполнены эластичным изоляционным материалом 9. The gaps between the piezo blocks 2 and 3 are filled with elastic insulating material 9.

На поверхности подвижной части 4 выполнена направляющая 10, которая входит в соответствующую направляющую на фрикционном элементе 8. Направляющая 10 исключает возможность радиального смещения цилиндрического стержня. A guide 10 is made on the surface of the movable part 4, which enters the corresponding guide on the friction element 8. The guide 10 eliminates the possibility of radial displacement of the cylindrical rod.

Возможны другие варианты исполнения пьезоэлектрического линейного шагового двигателя. Other versions of the piezoelectric linear stepper motor are possible.

Во втором варианте (фиг.3 и 4) в отличие от первого пьезоблоки 2 и 3 расположены в одной поперечной плоскости и выполнены в виде секторов. Это снижает массу и габаритные размеры двигателя. In the second embodiment (FIGS. 3 and 4), in contrast to the first piezo blocks 2 and 3 are located in the same transverse plane and are made in the form of sectors. This reduces the weight and overall dimensions of the engine.

Третий вариант (фиг. 5 и 6) отличается от первого формой корпуса, подвижной части и более простой в изготовлении конструкцией пьезоэлементов и пьезоблоков. Корпус 11 имеет форму параллелепипеда, а подвижная часть выполнена в виде стержня 12 прямоугольного поперечного сечения. The third option (Figs. 5 and 6) differs from the first in the shape of the housing, the movable part, and the simpler construction of piezoelectric elements and piezoelectric blocks in manufacturing. The housing 11 has the shape of a parallelepiped, and the movable part is made in the form of a rod 12 of rectangular cross-section.

В четвертом варианте (фиг.7 и 8) корпус 14 имеет вырез 15, через который подвижная часть 16 выходит за пределы корпуса. Конструктивное исполнение пьезоблоков аналогично третьему варианту. In the fourth embodiment (FIGS. 7 and 8), the housing 14 has a cutout 15 through which the movable part 16 extends beyond the housing. The design of the piezo blocks is similar to the third option.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

Пьезоблоки 2 (фиг.9) и 3 выполнены из одинаковых сдвигающих пьезоэлементов 5 и фиксирующих пьезоэлементов 6. Работа пьезоблоков 2 и 3 осуществляется при подаче на электроды пьезоэлементов напряжения соответствующей полярности. При подаче на электроды сдвигающих пьезоэлементов 5 положительного напряжения за счет обратного пьезоэффекта происходит сдвиг внутренней части влево относительно внешней части, закрепленной в корпусе 1. При подаче положительного напряжения на фиксирующие пьезоэлементы 6 они зажимают подвижную часть 4, т.к. вектор их поляризации направлен перпендикулярно продольной оси двигателя. При подаче отрицательного напряжения происходит обратное действие: сдвигающие пьезоэлементы 5 сдвигаются вправо, а фиксирующие пьезоэлементы 6 отжимаются от подвижной части 4. Piezo blocks 2 (Fig. 9) and 3 are made of the same shifting piezoelectric elements 5 and fixing piezoelectric elements 6. The operation of piezoelectric blocks 2 and 3 is carried out by applying voltage of the corresponding polarity to the piezoelectric electrodes. When applying bias piezoelectric elements 5 to the electrodes of positive voltage due to the inverse piezoelectric effect, the inner part shifts to the left relative to the external part fixed in the housing 1. When applying positive voltage to the fixing piezoelectric elements 6, they clamp the movable part 4, because their polarization vector is directed perpendicular to the longitudinal axis of the engine. When a negative voltage is applied, the opposite effect occurs: the shifting piezoelectric elements 5 are shifted to the right, and the fixing piezoelectric elements 6 are squeezed from the movable part 4.

Рабочий цикл состоит из шести тактов. The duty cycle consists of six cycles.

Положение, соответствующее первому такту, изображено на фиг. 9. На сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 2 и фиксирующие пьезоэлементы 6 пьезоблоков 2 и 3 подано положительное напряжение, а на сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 3 подано отрицательное напряжение. При этом сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 3 смещен вправо, а сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 2 смещен влево, фиксирующие пьезоэлементы 6 обоих пьезоблоков зажимают через фрикционные элементы 8 подвижную часть 4. The position corresponding to the first measure is shown in FIG. 9. A positive voltage is applied to the shifting piezoelectric element 5 of the piezoblock 2 and the fixing piezoelectric elements 6 of the piezoblocks 2 and 3, and a negative voltage is applied to the shifting piezoelectric element 5 of the piezoelectric block 3. In this case, the shifting piezoelectric element 5 of the piezoblock 3 is shifted to the right, and the shifting piezoelectric element 5 of the piezoblock 2 is shifted to the left, the fixing piezoelectric elements 6 of both piezoelectric blocks clamp the movable part 4 through the friction elements 8.

Во втором такте (фиг.10) на фиксирующий пьезоэлемент 6 пьезоблока 3 подается отрицательное напряжение, при этом он отжимается от подвижной части 4. In the second cycle (Fig. 10), a negative voltage is applied to the fixing piezoelectric element 6 of the piezoblock 3, while it is wrung out from the movable part 4.

В третьем такте (фиг.11) на сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 2 подается отрицательное напряжение и он, смещаясь вправо, перемещает фиксирующий пьезоэлемент 6 и подвижную часть 4 на один шаг. Одновременно на сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 3 подается положительное напряжение и он смещается совместно с фиксирующим пьезоэлементом 6 влево. In the third step (Fig. 11), a negative voltage is applied to the shifting piezoelectric element 5 of the piezoelectric block 2 and it moves to the right and moves the fixing piezoelectric element 6 and the movable part 4 by one step. At the same time, a positive voltage is applied to the shifting piezoelectric element 5 of the piezoelectric block 3 and it is shifted to the left together with the fixing piezoelectric element 6.

В четвертом такте (фиг.12) положительное напряжение подается на фиксирующий пьезоэлемент 6 пьезоблока 3, который обжимает подвижную часть 4. In the fourth step (Fig. 12), a positive voltage is applied to the fixing piezoelectric element 6 of the piezoelectric unit 3, which compresses the movable part 4.

В пятом такте (фиг.13) на фиксирующий пьезоэлемент 6 пьезоблока 2 подается отрицательное напряжение и он отжимается от подвижной части 4. In the fifth step (Fig. 13), a negative voltage is applied to the fixing piezoelectric element 6 of the piezoblock 2 and it is wrung out from the movable part 4.

В шестом такте (фиг.14) пьезоблоки 2 и 3 расходятся, т.е. на электроды сдвигающего пьезоэлемента 5 пьезоблока 2 подается положительное напряжение и он смещается влево, а на сдвигающий пьезоэлемент 5 пьезоблока 3 подается отрицательное напряжение и он совместно с фиксирующим пьезоэлементом 6 и подвижной частью 4 смещается вправо. Происходит перемещение подвижной части 4 еще на один шаг. На этом рабочий цикл завершается, подвижная часть переместилась на два шага. In the sixth cycle (Fig. 14), the piezo blocks 2 and 3 diverge, i.e. A positive voltage is applied to the electrodes of the shifting piezoelectric element 5 of the piezoelectric block 2 and it is shifted to the left, and a negative voltage is applied to the shifting piezoelectric element 5 of the piezoelectric block 3 and it, together with the fixing piezoelectric element 6 and the movable part 4, is shifted to the right. The moving part 4 is moving one more step. This completes the work cycle, the moving part has moved two steps.

Далее процесс линейного перемещения продолжается в той же последовательности. Further, the linear displacement process continues in the same sequence.

Для осуществления реверса необходимо изменить порядок подачи напряжения на фиксирующие пьезоэлементы. Применение нескольких последовательно установленных пьезоблоков позволит значительно увеличить усилие на подвижной части. To reverse, it is necessary to change the order of the voltage supply to the fixing piezoelectric elements. The use of several sequentially installed piezo blocks will significantly increase the force on the moving part.

Предлагаемый пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель имеет простую конструкцию и технологию изготовления, небольшие габаритные размеры и массу, большое усилие на подвижной части, а также позволяет повысить точность позиционирования и равномерность линейного перемещения. The proposed piezoelectric linear stepper motor has a simple design and manufacturing technology, small overall dimensions and weight, a large force on the moving part, and also improves positioning accuracy and uniformity of linear movement.

Claims (2)

1. Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель, содержащий корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами, выполненным из не менее двух пьезоблоков, расположенных в продольной плоскости друг за другом, и подвижную часть, при этом каждый пьезоблок состоит из сдвигающего пьезоэлемента, фиксирующего пьезоэлемента и фрикционного элемента, отличающийся тем, что сдвигающий пьезоэлемент и фиксирующий пьезоэлемент разделены друг относительно друга, корпуса и фрикционного элемента изоляторами, при этом подвижная часть имеет не менее одной направляющей, которая входит в соответствующую направляющую на фрикционных элементах, а промежутки между пьезоблоками заполнены эластичным изоляционным материалом. 1. A piezoelectric linear stepper motor, comprising a housing with fixing assemblies fixed therein, made of at least two piezoblocks arranged in a longitudinal plane one after another, and a movable part, each piezoblock consisting of a shear piezoelectric element, a fixing piezoelectric element and a friction element, characterized in that the shear piezoelectric element and the fixing piezoelectric element are separated from each other, the housing and the friction element by insulators, while the movable part has at least one guide, which is included in the corresponding guide on the friction elements, and the gaps between the piezo blocks are filled with elastic insulating material. 2. Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель по п. 1, отличающийся тем, что пьезоэлементы выполнены в виде пакета из пьезоэлектрических пластин, колец или их секторов, электроды которых соединены параллельно через один, при этом направление поляризации каждой последующей пьезоэлектрической пластины, кольца или сектора направлено в противоположную сторону от предыдущей. 2. The piezoelectric linear stepper motor according to claim 1, characterized in that the piezoelectric elements are made in the form of a package of piezoelectric plates, rings or their sectors, the electrodes of which are connected in parallel through one, while the direction of polarization of each subsequent piezoelectric plate, ring or sector is directed to the opposite side from the previous one.
RU96111526/28A 1996-06-05 1996-06-05 Piezoelectric linear stepping motor RU2181522C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96111526/28A RU2181522C2 (en) 1996-06-05 1996-06-05 Piezoelectric linear stepping motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96111526/28A RU2181522C2 (en) 1996-06-05 1996-06-05 Piezoelectric linear stepping motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96111526A RU96111526A (en) 1998-09-27
RU2181522C2 true RU2181522C2 (en) 2002-04-20

Family

ID=20181675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96111526/28A RU2181522C2 (en) 1996-06-05 1996-06-05 Piezoelectric linear stepping motor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2181522C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472276C1 (en) * 2011-07-22 2013-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Linear step motor (versions)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2472276C1 (en) * 2011-07-22 2013-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Linear step motor (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3902085A (en) Electromechanical translation apparatus
KR100353459B1 (en) Piezoelectric linear step motor
JPH0440951B2 (en)
US6373170B1 (en) Piezo-electric motor
RU2156535C2 (en) Piezoelectric linear step motor
RU2161364C2 (en) Piezoelectric stepping motor
RU2181522C2 (en) Piezoelectric linear stepping motor
RU2167487C2 (en) Piezoelectric stepping motor
RU2167489C2 (en) Piezoelectric stepping motor
RU96111310A (en) PIEZO ELECTRIC LINEAR STEP-BY-STEP ENGINE (OPTIONS)
RU2167486C2 (en) Piezoelectric stepping motor
RU96111313A (en) PIEZO-ELECTRIC STEP-BY-STEP ENGINE (OPTIONS)
SU502426A1 (en) Ultrasonic linear stepping motor
CN101291122B (en) Linear piezoelectric actuator with double-driving feet
JP4335660B2 (en) Electrostatic actuator
RU2153219C2 (en) Piezoelectric stepping motor
SU1362875A1 (en) Elastic device
JPH06106029B2 (en) Ultrasonic motor
SU1078146A1 (en) Electrohydraulic amplifier
JP2533802Y2 (en) Ultrasonic linear motor
JPH03178574A (en) Ultrasonic linear motor
JPS63167687A (en) Linear motion mechanism
JPS60170471A (en) Vibration wave motor
RU2143170C1 (en) Method for converting mechanical load power into cyclic movement power and device which implements said method
JPH02151282A (en) Ultrasonic motor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040606