一种压电马达的制作方法

文档序号:13617201研发日期:2017年阅读:1484来源:国知局
技术简介:
本发明针对传统惯性冲击压电马达效率低(仅3%)、依赖压电叠堆导致成本高且抗拉差、锯齿波驱动无法谐振等问题,提出采用压电双晶片与单谐波驱动方案。通过柔性铰链实现夹紧-松开动作,结合动量守恒原理使滑块单向移动,提升效率至谐振状态,降低摩擦损耗,简化电路设计,实现低频(60-80Hz)、低成本、无限行程的直线驱动。
关键词:压电马达,谐波驱动,柔性铰链

本发明属于精密驱动与定位技术领域,具体的说,它涉及一种压电马达。



背景技术:

随着微特电机的发展,惯性冲击压电马达在精密驱动与定位技术领域形成了一个独特的体系,其具有结构简单、易小型化、易控制、定位精度高的特点。传统惯性冲击压电马达一般采用压电叠堆驱动以获得更大的位移,但压电叠堆的抗拉能力差,不能够连接较大的质量块,且价格昂贵。绝大多数惯性冲击压电马达都采用锯齿波驱动,以获得动子或定子往返过程中加速度的不对称。但锯齿波驱动的压电马达无法工作在谐振状态下,这导致惯性冲击压电马达的效率很低,只有3%左右。



技术实现要素:

本发明为了解决上述惯性冲击压电马达的问题,提供了一种新型的压电马达。

一种压电马达包括压电双晶片,压电双晶片包括基片1和一对压电片4,一对压电片4极性相反地设于基片1两侧的中部;

还包括质量块3、直线滑轨9和滑块10,所述滑块10滑动配合设于直线滑轨9上;

所述质量块3设于基片1的上端,基片1的一侧下部依次连接着连接板2和底板8的一侧边板;

所述连接板2呈立板状,连接板2的底部尖角24与直线滑轨9接触;所述底板8为l形柔怀铰链板,底板8的另一侧边板固定连接着滑块10的顶面;

工作时,一对压电片4接收正弦信号激发一阶谐振振形,所述压电双晶片带动质量块3左右摆动,在质量块3向左摆动并回到原点的过程中,由于连接板2的底部尖角24压紧在直线滑轨9的导轨面上,滑块10的位移为零;在质量块3向右摆动并再次回到原点的过程中,在底板8的柔性铰链作用下,连接板2的底部尖角24向上抬起,此时系统动量守恒,质量块3所具有的动量会使滑块10向右移动一段距离从而完成一个步距;宏观上,滑块10向右做单向运动;

所述压电马达的工作频率为60~80hz,驱动电压为90~380v,质量块3的质量为35~70g。

进一步限定技术方案如下:

所述连接板2上设有腰形孔22,实现直立方面的位置调整;所述连接板2的上端呈弯钩状,弯钩处23扣在底板8一侧边板的上端上,且弯钩处设有通孔21;所述底板8的一侧边板的上端设有与通孔21对应的螺纹孔;还包括套有弹簧6的预紧螺栓5,预紧螺栓5穿过所述通孔21与底板8上的螺纹孔配合连接,通过旋转预紧螺栓5,实现调节连接板2的下端与直线滑轨9接触。

连接板2上开设有两个腰形孔22,底板8的一侧边板上对应开设有两个螺纹孔;与连接板2上的两个腰形孔22对应的基片1上开设有两个基片腰形孔11,通过连接螺栓7贯通基片腰形孔11、腰形孔22与螺纹孔的配合连接,使基片1、连接板2和底板8固定连接,通过基片腰形孔11实现基片1在直立方向的位置调整。

所述底板8的一侧边板和另一侧边板之间的连接处为柔性铰链,底板8的另一侧边板均布开设有四个底板腰形孔81。

所述一对压电片4的材料为压电陶瓷pzt-4。

所述基片1、连接板2和底板8的材料均为65mn钢。

所述质量块3的材料为铜。

本发明的有益技术效果体现在以下方面:

1、本发明所提到的新型压电马达采用压电双晶片驱动,相比于传统惯性冲击压电马达所用的压电叠堆具有更高的抗拉强度,能够连接更大的质量块,且价格比压电叠堆便宜数十倍。

2、本发明所提到的新型压电马达采用单谐波驱动,可工作在谐振状态下,且由于连接板底部尖端存在“夹紧——松开”的动作,大大降低了工作时的有害摩擦,提高了惯性冲击马达的效率。

3、本发明所提到的新型压电马达相比于其他类型压电马达结构简单,匹配电路要求低。其工作频率在60~80hz,驱动电压为90~380v,可以采用普通家庭电路驱动。

4、本发明所提到的新型压电马达由于其工作频率很低,且采用谐波驱动,所产生的噪音极小。

5、本发明所提到的新型压电马达在导轨足够长的条件下,理论上行程可以无限延伸,可当作直线导轨电动滑台使用,大大简化了传统气缸驱动或电磁步进电机驱动的直线导轨滑台,实现精密定位,无限行程。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为基片结构示意图。

图3为连接板结构示意图。

图4为底板结构示意图。

图5为压电双晶片驱动原理图。

图6~图11为本发明的作动原理图。

上图中序号:基片1、基片腰形孔11、连接板2、通孔21、腰形孔22、限位槽23、质量块3、一对压电片4、预紧螺栓5、弹簧6、连接螺栓7、底板8、底板腰形孔81、柔性铰链82、直线滑轨9、滑块10。

具体实施方式

下面结合附图,通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例

参见图1,一种压电马达包括压电双晶片,压电双晶片包括基片1和一对压电片4,一对压电片4极性相反地固定安装于基片1中部的两侧。一对压电片4的材料为压电陶瓷pzt-4。

还包括质量块3、直线滑轨9和滑块10,滑块10滑动配合安装于直线滑轨9上;质量块3固定安装在基片1的上端,基片1的一侧下部依次连接着连接板2和底板8的一侧边板。参见图3,连接板2上开设有两个腰形孔22,参见图4,底板8的一侧边板上对应开设有两个螺纹孔;参见图2,与连接板2上的两个腰形孔22对应的基片1上开设有两个基片腰形孔11,通过两个连接螺栓7贯通基片腰形孔11、腰形孔22与螺纹孔的配合连接,使基片1、连接板2和底板8固定连接;通过基片腰形孔11实现基片1在直立方向的位置调整。基片1、连接板2和底板8的材料均为65mn钢。

连接板2呈立板状,连接板2的底部尖角24与直线滑轨9接触。底板8为l形柔怀铰链板,底板8的另一侧边板固定连接着滑块10的顶面。实现直立方面的位置调整;参见图3,连接板2的上端呈弯钩状,弯钩处23扣在底板8一侧边板的上端上,且弯钩处开设有通孔21,见图3;底板8的一侧边板的上端开设有与通孔21对应的螺纹孔。套有弹簧6的预紧螺栓5穿过通孔21与底板8上的螺纹孔配合连接,通过旋转预紧螺栓5,实现调节连接板2的下端与直线滑轨9接触。

底板8的一侧边板和另一侧边板之间的连接处为柔性铰链82。

压电马达的工作频率为70hz,驱动电压为220v;质量块3的材料为铜,质量为50g。

参见图5,压电双晶片的工作原理说明如下:工作时,向一对压电片4裸露在外的面施加谐波信号,一对压电片4由于逆压电效应发生形变。当施加谐波信号为正时,如图5a所示,左侧压电片延展,右侧压电片收缩,从而迫使基片1带动质量块向右侧偏移。当施加谐波信号为负时,如图5b所示,左侧压电片收缩,右侧压电片延展,从而迫使基片1带动质量块向左侧偏移。

参见图6-10,压电马达的工作原理说明如下:

参见图6,为压电马达的初始状态,连接板2的底部尖端24与直线导轨9接触于a点。质量块3位于初始位置。

参见图7,压电双晶片带动质量块3向左作动,由于a点的摩擦力作用,滑块10位移为0。

参见图8,压电双晶片带动质量块3向右运动到初始位置,此时质量块3具有一个向右的动量mv,m为质量块的质量,v为质量块的速度。

参见图9,质量块3继续向右运动,到达最大位移点之后再向左运动,在这个过程中,连接板2的底部尖角24脱离直线导轨9,质量块3和滑块10组成的系统动量守恒,滑块10获得向右的速度。

参见图10,质量块3再次回到初始位置,连接板2的底部尖端24即将与直线导轨9上的b点接触。此时质量块动量为mv2向左,v2为此时质量块的速度,滑块10获得动量m1v1,m1为滑块10的质量,v1为滑块10的速度。

参见图11,连接板2的底部尖端24与导轨接触后,质量块3继续向左运动,滑块10由于摩擦力的作用向右做减速运动,连接板底部尖端24停在c点。从a到c为该直线电机的一个步距δx。

之后重复以上动作,直线电机就可以实现宏观上的单向直线运动。

以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。相同原理下,也可做成旋转电机。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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