[發明專利]一種壓電步進電機

有效

• 申請號: 201310178260.3
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103825492A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 黃衛清;王寅;李海林;劉偉華;梁宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02N2/02
• 分類號: H02N2/02;H02N2/04;H02N2/10
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

1.一種壓電步進電機，其特征在于，所述壓電電機包括壓電體、運動件、預壓彈簧以及上部和側部基座，所述壓電體通過預壓彈簧變形產生的彈性回復力作用與運動件接觸，所述壓電體平行于其作動方向的一面與側部基座剛性連接；

所述壓電體包括導向盒以及置于導向盒內的壓電作動模塊，所述導向盒包括導向盒本體以及設置于導向盒本體外殼上的壓電作動模塊安裝面，所述作動模塊安裝面與導向盒本體之間柔性連接，導向盒本體與側部基座固定連接，所述壓電作動模塊由若干個軸對稱的雙層一體結構的壓電單元組成；

所述壓電單元包括基體、驅動足、柔性連接塊、預緊機構、柔性連接塊以及疊層壓電陶瓷，所述疊層壓電陶瓷和柔性連接塊通過預緊機構壓設在基體和驅動足之間，所述基體與壓電作動模塊安裝面固定連接，所述驅動足包含一個凸起部，所述凸起部伸出導向盒體后與運動件相接觸；

所述每層兩組柔性連接塊和疊層壓電陶瓷的作動方向互相垂直，其中一組柔性連接塊和疊層壓電陶瓷的作動軸線垂直于驅動足與運動件的接觸面；

所述預壓彈簧設置于基體相背于驅動足凸起部的一端，所述導向盒垂直于接觸面且垂直于壓電單元安裝面的一側與側部基座剛性連接。

2.如權利要求1所述的壓電步進電機，其特征在于，所述導向盒的壓電體的安裝面以及其相對的一面開有工字型的貫穿割縫，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，所述豎向割縫垂直于壓電體的凸起部和運動件的接觸面，所述橫向割縫的兩端設置有柔性鉸鏈，且豎向割縫相對于兩條橫向割縫的中心連線偏置；所述壓電作動模塊安裝面為兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區域；所述壓電電機的壓電體與運動件裝配位置通過上述橫向割縫和運動件運動方向確定，兩者相互平行。

3.如權利要求2所述的壓電步進電機，其特征在于，所述橫向割縫的兩端均向外垂直地延伸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于導向盒本體端面的間距小于橫向割縫相對于導向盒本體端面的間距；

在所述橫向割縫豎向延伸段的端部設置有柔性鉸鏈，所述柔性鉸鏈為弧形柔性鉸鏈或者直角柔性鉸鏈。

4.如權利要求1所述的壓電步進電機，其特征在于，所述柔性連接塊設置于疊層壓電陶瓷和基體之間，兩組壓電作動模塊的驅動足與基體通過螺紋緊固件連接。

5.如權利要求1所述的壓電步進電機，其特征在于，所述壓電單元為等腰直角三角形；所述驅動足設置于該等腰直角三角形壓電作動單元的頂角部位，所述凸起部設置于驅動足直角頂點的一條直角邊上，該凸起部位于垂直于運動件運動方向的那組疊層壓電陶瓷的作動軸線上并且與運動件相觸，所述驅動足上下表面對稱設有凹槽，所述凹槽內設有圓孔；所述預緊機構包括連接桿、彈性件、銷釘和預緊螺母，所述連接桿的一端設有分叉結構，分叉結構上設置有與凹槽對應的圓孔，連接桿分叉結構插入驅動足上下表面凹槽，通過銷釘插入圓孔固定；連接桿另一端為螺桿結構，所述基體的幾何中心對稱的設置有兩個通孔，所述兩個通孔的距離為一組疊層壓電陶瓷的厚度，所述螺桿結構依次穿過通孔和彈性件，并由預緊螺母固定；所述兩組疊層壓電陶瓷對稱地設置在等腰直角三角形壓電單元的兩側腰部。

6.如要求5所述壓電步進電機，其特征在于，所述彈性件為板簧，所述板簧的中間間厚度厚于兩邊并設置有貫穿孔，所述彈性件兩端與基體相觸。

7.如權利要求1所述壓電步進電機，其特征在于，所述運動件為轉子或者動子，取轉子或者動子為參考物，所述凸起部與轉子或者動子接觸處面的切向方向為所述運動件的運動方向。

8.如權利要求1或5所述的壓電步進電機，其特征在于，所述壓電單元包含正反兩層四組疊層壓電陶瓷，所述作動軸線方向垂直于驅動足和運動件接觸面的兩組疊層壓電陶瓷分別連接同頻反相的方波電壓信號，另外兩組作動軸線平行于運動件運動方向布置的疊層壓電陶瓷分別連接與上述方波電壓信號同頻的兩路反相三角波電壓，或者所述兩層四組疊層壓電陶瓷分別與四路兩兩相位差為π/2的電壓信號連接。