一种箝位式压电电机制造技术

本发明专利技术公布了一种箝位式压电电机，所述电机由左到右依次为第一箝位单元，驱动单元和第二箝位单元，其中两个箝位单元由导轨和预压机构压紧固定于导轨上，两个箝位单元输出垂直于固定导轨方向的位移，驱动单元的输出平行于固定导轨方向的位移。本发明专利技术采用压电叠堆驱动，通过压电叠堆的收缩与伸长，实现第一箝位单元和第二箝位的单元驱动足与导轨的关系；通过动单元来实现整体机构在导轨方向上的移动。本发明专利技术在功能上除具有一般压电步进电机的特点外，还具有自锁功能，其导轨一端可以调节，降低了对电机的加工精度和装配精度的要求，且电机整个机构相当于一个整体，增加了运行的平稳性。

【技术实现步骤摘要】
一种箝位式压电电机
本技术属于压电精密作动应用
，尤其涉及一种箝位式压电直线电机。
技术介绍
近年来，随着微/纳米技术的高速发展，众多工程和
的研究都迫切的需要亚微米级、微/纳米级的超精密驱动。传统的步进电机功率—重量比低，而且电机高速运转后需要减速装置变速，致使传动系统复杂，结构累赘。随着科学技术的发展，人们研制出各种功能材料，其中，压电陶瓷（PZT）以其相对优越的性能使得压电精密作动器的研究得到了广泛关注，并在许多领域得到了应用。目前，国内外对压电精密驱动器的研究已经取得了一定的进展，研发了各种各样的电机。其中尺蠖式压电驱动器利用仿生的原理，采用“箝位-驱动-箝位”的运动形式，具有分辨率高、输出力大、输出刚度大、无电磁干扰等优点，已经得到了国内外的广泛研究。申请号为201110058690.2的一个名称为“多足箝位式压电电机”公开了一种采用在两端安装辅助箝位机构的方法，解决了导轨加工和装配误差引起的导轨不平行和导轨面的局部不平等引起的电机卡死，或行走不畅的问题；但是其利用了多组驱动足且利用弹簧和叠堆来实现行走，结构复杂。
技术实现思路
所要解决的技术问题：本技术目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种稳定性好、输出力大、效率高、寿命长、分辨率高、加工要求相对较低，应用范围更广的箝位式压电电机。技术方案：为了实现以上功能，本技术提供了一种箝位式压电电机包括依次连接的第一箝位机构1、驱动机构、第二箝位机构11，所述箝位机构1和11套装在导轨内，其特征在于：所述箝位机构1和11采用了位移放大结构，其内部设有压电陶瓷叠堆3和10。每个箝位机构在外部设有U型结构内部设有矩形框架，压电陶瓷叠堆3和10设置在矩形框架内，每组压电陶瓷叠堆3和10包括压电陶瓷片、支撑块以及拉簧，所述压电陶瓷叠堆支撑块紧挨着压电陶瓷叠堆压电陶瓷片，外侧的压电陶瓷叠堆支撑块分别通过螺钉固定在矩形框架的内表面，内侧的压电陶瓷叠堆支撑块连接在驱动单元上；所述压电陶瓷叠堆拉簧依次排列在压电陶瓷叠堆压电陶瓷片的外表面，用于预紧压电陶瓷叠堆压电陶瓷片。所述驱动机构包括压电陶瓷片、支撑块、拉簧以及柔性足，所述驱动机构支撑块紧挨着驱动机构压电陶瓷片；所述驱动机构拉簧依次排列在驱动机构压电陶瓷片的外表面，用于预紧驱动机构压电陶瓷片；所述柔性足设置在驱动机构支撑块的外侧，与内侧的压电陶瓷叠堆支撑块固定连接。在所述U型结构的下表面开有孔，孔内设置有小球。在所述外侧的压电陶瓷叠堆支撑块与螺钉连接位置开有孔，孔内设置有小球。所述U型结构的两足作为驱动足，矩形框架四个角设计为椭圆柔性铰链，其两条长边与U型结构的两条长边也采用椭圆柔性铰链相连，通过其内部的压电叠堆伸长，使矩形结构两边距离伸长，从而使另外两边距离缩短，进而使U型结构两边距离收缩。有益效果：本技术箝位式压电电机，其箝位机构具有放大作用。压电步进式精密驱动器在装配过程中，导轨两端的距离肯定是有误差，当导轨的这种不平行度大到致使导轨距离变化△L大于动子和导轨的间隙，动子就会出现卡住，或行走不畅，因为叠层压电堆在导轨内伸长有限的，只有几个微米，所以间隙是必须小于叠层压电堆的伸长量。本技术利用箝位机构使压电叠堆平行于导轨的位移转化为驱动足垂直于导轨的位移，通过其特定的结构，放大了压电叠堆的位移，从而一定程度上避免了电机卡死或行走不畅的现象；此外，箝位机构的一个驱动足加工了一个凹槽，并放置了一个塑料小球，从而使该驱动足在运动过程中的滑动摩擦转化为滚动摩擦，一定程度上使电机运行更加平稳。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明：图1为本技术提供的箝位式压电电机的结构原理图；图2为本技术提供的箝位式压电电机驱动所用的电源信号时序；图3电机的运行过程，（a）是t1时刻电机状态，（b）是t2时刻电机状态，（c）是t3时刻电机状态，（d）是t4时刻电机状态，（e）是t5时刻电机状态。其中，1-第一箝位机构；2-支撑块；3、7-压电陶瓷叠堆；4-拉簧；5-导轨；6-柔性足；8-塑料小球；9-螺柱；10-第三压电叠堆；11-第二箝位机构。具体实施方式本技术提供一种箝位式压电电机，为使本技术的目的，技术方案及效果更加清楚，明确，以及参照附图并举实例对本技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1所示，一种箝位式压电电机包括依次连接的第一箝位机构1、驱动机构、第二箝位机构11，所述箝位机构1和11套装在导轨内，其特征在于：所述箝位机构1和11采用了位移放大结构，其内部设有压电陶瓷叠堆3和10。每个箝位机构在外部设有U型结构内部设有矩形框架，电陶瓷叠堆2和10设置在矩形框架内，每组压电陶瓷叠堆3和10包括压电陶瓷片、支撑块2以及拉簧4，所述压电陶瓷叠堆支撑块2紧挨着压电陶瓷叠堆压电陶瓷片，外侧的压电陶瓷叠堆支撑块2分别通过螺钉固定在矩形框架的内表面，内侧的压电陶瓷叠堆支撑块2连接在驱动单元上；所述压电陶瓷叠堆拉簧4依次排列在压电陶瓷叠堆压电陶瓷片的外表面，用于预紧压电陶瓷叠堆压电陶瓷片。所述驱动机构包括压电陶瓷片、支撑块、拉簧以及柔性足6，所述驱动机构支撑块紧挨着驱动机构压电陶瓷片；所述驱动机构拉簧依次排列在驱动机构压电陶瓷片的外表面，用于预紧驱动机构压电陶瓷片；所述柔性足6设置在驱动机构支撑块的外侧，与内侧的压电陶瓷叠堆支撑块固定连接。在所述U型结构的下表面开有孔，孔内设置有小球8。在所述外侧的压电陶瓷叠堆支撑块与螺钉连接位置开有孔，孔内设置有小球。所述U型结构的两足作为驱动足，矩形框架四个角设计为椭圆柔性铰链，其两条长边与U型结构的两条长边也采用椭圆柔性铰链相连，通过其内部的压电叠堆伸长，使矩形结构两边距离伸长，从而使另外两边距离缩短，进而使U型结构两边距离收缩。下面以直线动子在导轨内向右运动为例，介绍该驱动器的运动原理：初始时动子处于被预压导轨压紧状态→压电叠堆10通电伸长，第二箝位机构11脱离接触导轨→压电叠堆7伸长推动第二箝位机构11向右移动一个微位移→压电叠堆10断电回缩，第二箝位机构11接触导轨→压电叠堆3通电伸长，第一箝位机构1脱离接触导轨→压电叠堆7断电收缩，箝位机构1向右移动一个微位移→……如此循环，这样每一个循环向右移动一步。这样动子就可以一步一步向右沿导轨行走。从电机运行过程来看，始终有一个以上箝位机构接触导轨，在电机不同电时，两个箝位机构同时接触导轨，并都有一定的压力，所以电机具有自锁功能。一般叠层压电堆直接输出的位移非常小，是微/纳米级，所以箝位机构中都采用了位移放大结构，利用箝位机构使压电叠堆平行于导轨的位移转化为驱动足垂直于导轨的位移，通过其特定的结构，放大了压电叠堆的位移，从而使得电机箝位单元的驱动足部分能够比较理想的实现推开导轨和脱离导轨的交替进行，一定程度上避免了电机卡死或行走不畅的现象。箝位机构的一个驱动足加工了一个凹槽，并放置了一个塑料小球，从而使该驱动足在运动过程中的滑动摩擦转化为滚动摩擦，一定程度上使电机运行更加平稳。驱动单元没有采用放大结构，直接用叠堆输出位移。两个压电陶瓷叠堆机构一端分别在两个箝位单元的矩形结构内通过螺钉顶住，另一端分别与驱动单元通过螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种箝位式压电电机包括依次连接的第一箝位机构（1）、驱动机构、第二箝位机构（11），两个箝位单元由预压机构压紧固定于导轨上，其特征在于：所述箝位机构（1，11）采用了位移放大结构，其内部设有压电陶瓷叠堆（1,10）。

【技术特征摘要】
1.一种箝位式压电电机，包括依次连接的第一箝位机构（1）、驱动机构、第二箝位机构（11），两个箝位机构由预压机构压紧固定于导轨上，其特征在于：所述箝位机构（1，11）采用了位移放大结构，其内部设有压电陶瓷叠堆（1,10）；每个箝位机构（1,11）在外部设有U型结构内部设有矩形框架，压电陶瓷叠堆（3,10）设置在矩形框架内，每组压电陶瓷叠堆（3,10）包括压电陶瓷片、支撑块以及拉簧，所述压电陶瓷叠堆支撑块紧挨着压电陶瓷叠堆压电陶瓷片，外侧的压电陶瓷叠堆支撑块分别通过螺钉固定在矩形框架的内表面，内侧的压电陶瓷叠堆支撑块连接在驱动单元上；所述压电陶瓷叠堆拉簧依次排列在压电陶瓷叠堆压电陶瓷片的外表面，用于预紧压电陶瓷叠堆压电陶瓷片。2.根据权利要求1所述的一种箝位式压电电机，其特征在于：所述驱动机构包括压电陶瓷片、支撑块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王寅，韩路，黄卫清，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32