一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達，包括：轉子、壓電振子、定子和半彎月形彈性體，其中：所述轉子為柱體結構，中間布置有一圓柱通孔即轉子定位孔；所述壓電振子由彈性基板和貼在其上表面的壓電薄片材料組成；所述壓電振子的一端與轉子的側面連接，另一端為自由端；所述半彎月形彈性體為上下底面為半彎月形的柱體結構，粘貼在所述壓電振子自由端的下表面；所述定子由定子圓盤和與之相垂直的中心軸組成；所述轉子上的轉子定位孔與所述定子上的中心軸構成轉動副。所述壓電振子往復彎曲變形提供垂直方向的振動，通過半彎月形彈性體的彈性變形產生圓周方向上的驅動能力，具有結構簡單、精度要求低、容差性強、功率密度大等優點。
【專利說明】
一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達
技術領域
[0001]本實用新型屬于壓電驅動領域，具體涉及一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著微納米技術的迅猛發展，在光學工程、微電子制造、航空航天技術、超精密機械制造、生物醫學等技術領域的研究都迫切需要結構簡單、容差性強、大功率密度的驅動器。傳統的步進電機功率-重量比低，而且電機高速運轉后需要減速裝置變速，致使傳動系統復雜。顯然，現有技術已不能滿足工業領域的發展需求。
[0003]隨著科技的發展，人們研制出利用功能材料構成的新型電機來實現超精密驅動，近年來此研究已取得了一系列的成果，如記憶合金電機、壓電效應電機、電致伸縮電機和磁致伸縮電機等。其中，由于壓電材料(PZT)具有線性好、控制方便、功率密度大、位移分辨率高、頻率響應好、不發熱、無電磁干擾等優點，因此壓電型精密驅動技術已成為國內外重點研究方向。然而，現有的壓電馬達結構較為復雜，加工精度要求較高，且零部件之間多為剛性配合，磨損后無法工作，因此設計一種結構簡單、容差性強、抗磨損的微小型壓電馬達已十分重要。

【發明內容】

[0004]為了解決傳統步進電機功率密度小、結構復雜，而現有壓電馬達結構復雜、容差性差等技術問題，提出了一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達，該驅動器由轉子、壓電振子、定子和半彎月形彈性體構成，所述壓電振子提供垂直方向的激勵，通過半彎月形彈性體的彈性變形產生圓周方向上的驅動能力，從而帶動轉子轉動。本實用新型與現有壓電馬達相比，由于存在彈性結構，磨損后也能正常工作，具有結構簡單，容差性強等優點；與傳統的步進電機相比，本實用新型具有結構簡單、功率密度高、發熱少、無電磁波干擾等優點。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0006]本實用新型一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達，包括:轉子、壓電振子、定子和半彎月形彈性體，其中:所述轉子為柱體結構，中間布置有一圓柱通孔即轉子定位孔;所述壓電振子由彈性基板和貼在其上表面的壓電薄片材料組成;所述壓電振子的一端通過焊接的方式與轉子的側面連接，另一端為自由端;所述半彎月形彈性體為上下底面為半彎月形的柱體結構，側面由兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線;所述半彎月形彈性體上的安裝平面通過膠粘的方式粘貼在所述壓電振子自由端的下表面，且所述半彎月形彈性體上與上下底面相垂直的高度方向與所述壓電振子的長度方向一致，以產生最大的旋轉力矩;所述各半彎月形彈性體彎曲方向同為順時針方向或同為逆時針方向；所述各半彎月形彈性體上的接觸直線在同一平面上;所述定子由定子圓盤和與之相垂直的中心軸組成;所述轉子上的轉子定位孔與所述定子上的中心軸構成轉動副，且所述半彎月形彈性體上的接觸直線與所述定子圓盤的上表面相接觸。
[0007]所述壓電振子采用由一片壓電薄片材料粘貼在彈性基板上形成的單晶片壓電振子，或采用由兩片壓電薄片材料粘貼在彈性基板兩側形成的雙晶片壓電振子。
[0008]工作時，將定子固定，所述半彎月形彈性體上的接觸直線與定子圓盤的上表面相接觸，在壓電振子上施加驅動電壓，轉子的上表面輸出轉矩。在所述壓電振子上施加高頻交流電壓使其發生往復彎曲變形，壓電振子的自由端產生垂直方向的激勵，當壓電振子帶動半彎月形彈性體從上極限位置向下運動時，所述半彎月形彈性體受到擠壓發生彈性變形，此時由于正壓力增大，摩擦力也較大，所述半彎月形彈性體上的接觸直線與工作面相接觸不會發生滑移，因此與所述半彎月形彈性體上端相連接的壓電振子的自由端向下振動的同時會產生一個水平方向的正向位移，即由上極限“位置I”運動到下極限“位置2”，由于有中心軸的限制，所述壓電振子會帶動轉子產生一個正向轉角；當壓電振子帶動半彎月形彈性體從下極限位置向上運動時，此時正壓力突然減小甚至暫時性的消失，所述半彎月形彈性體逐漸恢復原狀，在恢復原狀的過程中由于摩擦力減小甚至消失，即在向上振動的同時所述半彎月形彈性體上端的安裝平面在彈性回復力和摩擦力的共同作用下產生一個微小的逆向位移，所述半彎月形彈性體下端的接觸直線發生滑移產生一個總的正向位移，即由下極限“位置2”運動到上極限“位置3”，由于有中心軸的限制，所述壓電振子會帶動轉子產生一個總的正向轉角，完成一個工作循環，在此過程中，半彎月形彈性體上與工作平面相接觸的接觸直線向前運動一個步長，在交變電壓作用下，實現定向的步進驅動能力。
【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達結構示意圖。
[0010]圖2是本實用新型一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達各零件安裝關系示意圖。
[0011]圖3是本實用新型一種具有半彎月形彈性體的定向驅動器的運動示意圖。
【具體實施方式】
[0012]參照圖1、圖2和圖3，本實用新型一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達由轉子1、六個同一規格的壓電振子2、定子3和六個同一規格的半彎月形彈性體4構成，其中:
[0013]所述轉子I為六棱柱結構，中間布置有一圓柱通孔即轉子定位孔11;所述壓電振子2由彈性基板21和貼在其上表面的壓電薄片材料22組成;所述壓電振子2的一端通過焊接的方式與轉子I的側面連接，另一端為自由端;所述半彎月形彈性體4為上下底面為半彎月形的柱體結構，側面由兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面41圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線42;所述半彎月形彈性體4上的安裝平面41通過膠粘的方式粘貼在所述壓電振子2自由端的下表面，且所述半彎月形彈性體4上與上下底面相垂直的高度方向與所述壓電振子2的長度方向一致;所述六個半彎月形彈性體4彎曲方向同為順時針方向；所述六個半彎月形彈性體4上的接觸直線42在同一平面上;所述定子3由定子圓盤31和與之相垂直的中心軸32組成;所述轉子I上的轉子定位孔11與所述定子3上的中心軸32構成轉動副，且所述半彎月形彈性體4上的接觸直線42與所述定子圓盤31的上表面相接觸。
[0014]所述壓電振子2采用由一片壓電薄片材料22粘貼在彈性基板21上形成的單晶片壓電振子。
[0015]工作時，將定子3固定，所述半彎月形彈性體4上的接觸直線42與定子圓盤31的上表面相接觸。在所述壓電振子2上施加高頻交流電壓使其發生往復彎曲變形，通過半彎月形彈性體4的彈性變形產生圓周方向上的驅動能力。
【主權項】
1.一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達，包括:轉子(I)、一個以上同一規格的壓電振子(2)和定子(3)，其特征在于還包括與所述壓電振子(2)數量相同的半彎月形彈性體(4)，其中:所述轉子(I)為柱體結構，中間布置有一圓柱通孔即轉子定位孔(11);所述壓電振子(2)由彈性基板(21)和貼在其上表面的壓電薄片材料(22)組成;所述壓電振子(2)的一端與轉子(I)的側面連接，另一端為自由端;所述半彎月形彈性體(4)為上下底面為半彎月形的柱體結構，側面由兩個曲率不同的曲面和一個安裝平面(41)圍成，其中兩個曲面相交于一直線，交線即為接觸直線(42);所述半彎月形彈性體(4)上的安裝平面(41)粘貼在所述壓電振子(2)自由端的下表面，且所述半彎月形彈性體(4)上與上下底面相垂直的高度方向與所述壓電振子(2)的長度方向一致;所述各半彎月形彈性體(4)彎曲方向同為順時針方向或同為逆時針方向；所述各半彎月形彈性體(4)上的接觸直線(42)在同一平面上;所述定子(3)由定子圓盤(31)和與之相垂直的中心軸(32)組成;所述轉子(I)上的轉子定位孔(11)與所述定子(3)上的中心軸(32)構成轉動副，且所述半彎月形彈性體(4)上的接觸直線(42)與所述定子圓盤(31)的上表面相接觸。2.根據權利要求1所述的一種具有半彎月形彈性體的壓電馬達，其特征在于:所述壓電振子(2)采用由一片壓電薄片材料(22)粘貼在彈性基板(21)上形成的單晶片壓電振子，或采用由兩片壓電薄片材料(22)粘貼在彈性基板(21)兩側形成的雙晶片壓電振子。
【文檔編號】H02N2/06GK205666768SQ201620566001
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】涂前進, 吳越, 楊志剛, 劉慶萍, 王京春, 宋正義
【申請人】吉林大學