本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種壓電電機(jī)，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，所述壓電體通過彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸，所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。因此，本發(fā)明專利技術(shù)具有推力大、制作成本低、壽命長、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備斷電自鎖功能。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種壓電電機(jī)，屬于壓電精密致動(dòng)
技術(shù)介紹
隨著微/納米技術(shù)的發(fā)展，眾多工程
的研究都迫切需要亞微米級(jí)、微/納米級(jí)的精密作動(dòng)器，但是基于電磁感應(yīng)原理的電磁電機(jī)在微型化、高功重比的發(fā)展方向上很難突破。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型功能材料為這些應(yīng)用提出了新的解決方案，其中，逆壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及具有優(yōu)越性能的壓電陶瓷(PZT)材料的出現(xiàn)使得壓電精密作動(dòng)器的研究得到了廣泛關(guān)注，并在精密作動(dòng)領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。 壓電陶瓷作為作動(dòng)器的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)是自身剛度較大，具有較高的負(fù)載能力和較寬的頻率響應(yīng)，但是壓電陶瓷的輸出應(yīng)變較小，不能滿足現(xiàn)有應(yīng)用的需求。針對(duì)這一矛盾，目前有兩種解決方法一是利用結(jié)構(gòu)共振，就是利用壓電陶瓷作為激勵(lì)元件激發(fā)結(jié)構(gòu)的共振，以達(dá)到放大壓電陶瓷微應(yīng)變的目的，這類技術(shù)方案主要是超聲電機(jī)；二是采用疊層壓電堆，就是將多層片狀壓電陶瓷疊放，在機(jī)械上串聯(lián)，電學(xué)上并聯(lián)，這樣的好處是以較低的電壓實(shí)現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，目前主要的技術(shù)方案是尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)。尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)采用的是一種仿生型的工作原理，其動(dòng)子由兩個(gè)箝位單元和一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組成，每個(gè)單元都是一個(gè)疊層壓電堆，箝位單元和驅(qū)動(dòng)單元垂直相連，三者組成“工”字形，其中“工”字的兩橫代表箝位單元，箝位單元可以沿橫線方向伸長，一豎代表驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元可以沿豎線方向伸長，整個(gè)“工”字形動(dòng)子由兩個(gè)平行的固定導(dǎo)軌夾在中間，導(dǎo)軌的方向與“工”字形動(dòng)子驅(qū)動(dòng)單元伸長的方向平行。尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)工作時(shí)序如下 第一步，“工”字形動(dòng)子下面的箝位單元伸長并鎖緊平行導(dǎo)軌； 第二步，驅(qū)動(dòng)單元伸長，這樣“工”字形動(dòng)子上面的箝位單元向上步進(jìn)一段距離； 第三步，工字動(dòng)子上面的箝位單元伸長鎖緊平行導(dǎo)軌； 第四步，工字動(dòng)子下面的箝位單元縮短松開平行導(dǎo)軌； 第五步，驅(qū)動(dòng)單元縮短，這樣“工”字形動(dòng)子下面的箝位單元向上步進(jìn)一段距離；至此“工”字形動(dòng)子整體向上步進(jìn)了一段距離，重復(fù)以上步驟，動(dòng)子將實(shí)現(xiàn)連續(xù)步進(jìn)。由以上原理分析可以看出，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)有以下四個(gè)技術(shù)難題 第一，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)的關(guān)鍵是要兩個(gè)箝位單位能夠交替鎖緊平行導(dǎo)軌，而兩個(gè)箝位單元在運(yùn)動(dòng)方向上相隔一段距離，這要求平行導(dǎo)軌的平行度要足夠高，現(xiàn)有技術(shù)條件下，要實(shí)現(xiàn)較長距離的兩個(gè)導(dǎo)軌具有較高的平行度很困難，需要較高的制作成本； 第二，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)的平行導(dǎo)軌是固定的，箝位單元兩端的磨損將最終導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)箝位，導(dǎo)致失效； 第三，疊層壓電堆只能承受較小的拉力，但能承受較大的推力，因此，在驅(qū)動(dòng)單元縮短時(shí)，疊層壓電堆的做功能力就很小，這就降低動(dòng)子的效率；第四，在所有疊層壓電堆都斷電的情況下，箝位單元與平行導(dǎo)軌之間的鎖緊力遠(yuǎn)小于箝位單元鎖緊平行導(dǎo)軌的鎖緊力，因此尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)幾乎沒有斷電自鎖的能力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓電電機(jī)，其具有推力大、制作成本低、壽命長、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備斷電自鎖功能。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本專利技術(shù)將采取以下的技術(shù)方案 一種壓電電機(jī)，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，所述壓電體通過彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸，所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和 驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。所述導(dǎo)向盒的盒面開設(shè)工字形貫穿割縫，該工字形貫穿割縫包括兩條橫向割縫以及連接在兩條橫向割縫之間的豎向割縫，每一條橫向割縫的兩端均設(shè)置柔性鉸鏈，且豎向割縫相對(duì)于兩條橫向割縫的中心連線偏置；所述兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區(qū)域?yàn)樽鲃?dòng)單元安裝面。所述橫向割縫的兩端通過以下方式設(shè)置柔性鉸鏈先將每一條橫向割縫的兩端均向外垂直地延伸以形成橫向割縫豎向延伸段，使得橫向割縫豎向延伸段端部相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距小于橫向割縫相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距；然后將橫向割縫豎向延伸段的端部設(shè)置成圓孔即可。所述壓電作動(dòng)單元為兩組，該兩組壓電作動(dòng)單元并排布置，且兩組壓電作動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)足通過螺紋緊固件連接；所述導(dǎo)向盒的盒面對(duì)應(yīng)于兩組壓電作動(dòng)單元分別設(shè)置相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面，每組壓電作動(dòng)單元的基體分別與相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面固定。所述的兩組壓電作動(dòng)單元中，各組疊層壓電堆的激勵(lì)電源為相位上兩兩相差π /2的正弦電壓信號(hào)。所述壓電作動(dòng)單元呈等腰直角三角形設(shè)置；驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的頂角部位，而基體則設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的底面，且基體分別在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩底角部位向外延伸以分別對(duì)應(yīng)地形成兩安裝部，兩安裝部之間設(shè)置懸臂橫梁，且該懸臂橫梁的懸臂端位于基體上設(shè)置的限位凸臺(tái)上方；兩組疊層壓電堆對(duì)稱地設(shè)置在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩側(cè)腰，且兩組疊層壓電堆通過貫穿懸臂橫梁的預(yù)緊螺桿組件壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間。所述彈性連接件為板簧，所述板簧的兩端之間設(shè)置有柔性連接段，所述板簧的一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與預(yù)緊螺桿組件相觸。所述預(yù)緊螺桿組件包括預(yù)緊螺桿以及與預(yù)緊螺桿螺紋配合的預(yù)緊螺母，該預(yù)緊螺桿的一端穿過懸臂橫梁后與預(yù)緊螺母螺紋配合連接，另一端則穿過基體后與驅(qū)動(dòng)足螺紋連接。所述預(yù)緊螺桿上設(shè)置有限位凸緣，該限位凸緣靠近驅(qū)動(dòng)足設(shè)置。所述運(yùn)動(dòng)件為轉(zhuǎn)子或者動(dòng)子。根據(jù)以上的技術(shù)方案，相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn) .1、本專利技術(shù)所述驅(qū)動(dòng)足始終由預(yù)緊設(shè)置的彈性連接件壓緊在運(yùn)動(dòng)件上，因此，這種構(gòu)造致使本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)具有斷電自鎖功能； .2、本專利技術(shù)將壓電作動(dòng)單元并排設(shè)置為兩組，同時(shí)采用緊固件將兩者的驅(qū)動(dòng)足固定在一起，由此可知，本專利技術(shù)所述的一對(duì)驅(qū)動(dòng)足在動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向上處于同一位置而且彼此靠近，通過對(duì)彼此疊層壓電堆施加相應(yīng)的激勵(lì)電源，可以使得兩驅(qū)動(dòng)足在工作時(shí)交替差動(dòng)，充分利用疊層壓電堆抗壓剛度大的優(yōu)勢(shì)，再加上驅(qū)動(dòng)足依靠彈性連接件提供壓電電機(jī)產(chǎn)生摩擦力所需的接觸力，導(dǎo)致本專利技術(shù)不僅提高了壓電電機(jī)的推力，還保證了該壓電電機(jī)所提供推力的穩(wěn)定性； .3、本專利技術(shù)將壓電作動(dòng)單元設(shè)置為兩組，因此，通過對(duì)各疊層壓電堆施加相應(yīng)的激勵(lì)電源，可以致使本專利技術(shù)分別工作在直動(dòng)模式或者步進(jìn)模式，這兩種工作模式可以保證本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)同時(shí)具備大行程和高精度的優(yōu)點(diǎn)； .4、本專利技術(shù)所述壓電體(定子)工作時(shí)的箝位力由預(yù)緊設(shè)置的彈性連接件提供，因此，即便驅(qū)動(dòng)足因長期使用而致使磨損后，壓電電機(jī)也能正常工作，故而本專利技術(shù)能夠極大地提高壓電電機(jī)的使用壽命； .5、本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，可在較寬的頻帶運(yùn)行，這利于作動(dòng)系統(tǒng)的速度速度控制； .6、本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)中的導(dǎo)向盒及作動(dòng)單元都可以采用線切割的方法一次加工出來，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)(不帶運(yùn)動(dòng)件)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)所述壓電電機(jī)(不帶運(yùn)動(dòng)件)各構(gòu)成組件的結(jié)構(gòu)分解圖。圖3 (b)是圖I的右視圖；圖3 (a)是本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種壓電電機(jī)，其特征在于，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，壓電體通過彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸；所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：黃衛(wèi)清，王寅，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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