[發(fā)明專(zhuān)利]一種壓電步進(jìn)電機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310178260.3
• 申請(qǐng)日: 2013-05-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103825492A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃衛(wèi)清;王寅;李海林;劉偉華;梁宇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02N2/02
• 分類(lèi)號(hào): H02N2/02;H02N2/04;H02N2/10
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 張惠忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓電步進(jìn)電機(jī)，屬于壓電精密致動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，據(jù)此效應(yīng)設(shè)計(jì)的作動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電磁兼容性好和響應(yīng)快等特點(diǎn)。

由于壓電陶瓷的變形輸出受激勵(lì)電場(chǎng)和自身剛度的影響，為使用的方便和電激勵(lì)的實(shí)用性，通常為類(lèi)似平行板電容器的片狀結(jié)構(gòu)，其輸出變形很小。為了將這微小的變形轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)物體的宏觀運(yùn)動(dòng)，通常采用的技術(shù)有兩種：一是將多片壓電陶瓷堆疊，采用電路并聯(lián)的方式制作成集成元件，也叫疊層壓電陶瓷，該器件可在較小電壓下輸出較大的應(yīng)變（通常為0.1%），該技術(shù)可被應(yīng)用在行程在幾十微米行程的精密微動(dòng)機(jī)構(gòu)中。二是利用結(jié)構(gòu)的共振，使壓電元件工作在高頻共振狀態(tài)，從而獲得微米級(jí)位移輸出，并通過(guò)摩擦耦合的方式將微米級(jí)振動(dòng)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)物體的單向宏觀運(yùn)動(dòng)，常見(jiàn)的應(yīng)用見(jiàn)于超聲電機(jī)。

疊層壓電陶瓷具有大推力的特點(diǎn)，為克服其行程的限制，出現(xiàn)了用疊層壓電陶瓷作為動(dòng)力源并采用交替箝位方式工作的壓電步進(jìn)電機(jī)，這類(lèi)電機(jī)可以在輸出推力的同時(shí)具有無(wú)限的行程，還能獲得無(wú)限的閉環(huán)位置分辨率，由于采用靜摩擦力耦合的方式輸出步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，這種作動(dòng)器要比采用滑動(dòng)摩擦力耦合方式的超聲電機(jī)擁有更大的推力。然而，現(xiàn)有技術(shù)有以下三個(gè)技術(shù)難題：

第一，實(shí)現(xiàn)交替箝位的兩個(gè)箝位單元相互獨(dú)立且二者間相距較遠(yuǎn)，這要求導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的平行度要足夠高，現(xiàn)有技術(shù)條件下，要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)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，現(xiàn)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間的距離是固定的，箝位單元兩端的磨損將最終導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)箝位，導(dǎo)致失效；

第三，在所有疊層壓電陶瓷都斷電的情況下，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(méi)有斷電自鎖的能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提出一種壓電步進(jìn)電機(jī)，其具有推力大、大行程、壽命長(zhǎng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備斷電自鎖功能。

本發(fā)明是通過(guò)如下方法實(shí)現(xiàn)的：

????一種壓電步進(jìn)電機(jī)，所述壓電步進(jìn)電機(jī)包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件、預(yù)壓彈簧以及上部和側(cè)部基座，所述壓電體通過(guò)預(yù)壓彈簧變形產(chǎn)生的彈性回復(fù)力作用與運(yùn)動(dòng)件接觸，所述壓電體平行于其作動(dòng)方向的一面與側(cè)部基座剛性連接；

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)模塊，所述導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體外殼上的壓電作動(dòng)模塊安裝面，所述作動(dòng)模塊安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接，導(dǎo)向盒本體與側(cè)部基座固定連接，所述壓電作動(dòng)模塊由若干個(gè)軸對(duì)稱(chēng)的雙層一體結(jié)構(gòu)的壓電單元組成；

所述壓電單元基體、驅(qū)動(dòng)足、柔性連接塊、預(yù)緊機(jī)構(gòu)、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(guò)預(yù)緊機(jī)構(gòu)壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間，所述基體與壓電作動(dòng)模塊安裝面固定連接，所述驅(qū)動(dòng)足包含一個(gè)凸起部，所述凸起部伸出導(dǎo)向盒體后與運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)軸線垂直于驅(qū)動(dòng)足與運(yùn)動(dòng)件的接觸面；

所述預(yù)壓彈簧設(shè)置于基體相背于驅(qū)動(dòng)足凸起部的一端，所述導(dǎo)向盒垂直于接觸面且垂直于壓電單元安裝面的一側(cè)與側(cè)部基座剛性連接。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述導(dǎo)向盒的壓電體的安裝面以及其相對(duì)的一面開(kāi)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(yùn)動(dòng)件的接觸面，所述橫向割縫的兩端設(shè)置有柔性鉸鏈，且豎向割縫相對(duì)于兩條橫向割縫的中心連線偏置；所述壓電作動(dòng)模塊安裝面為兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區(qū)域；所述壓電電機(jī)的壓電體與運(yùn)動(dòng)件裝配位置通過(guò)上述橫向割縫和運(yùn)動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方向確定，兩者相互平行。

?作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，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(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；在所述橫向割縫豎向延伸段的端部設(shè)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。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述柔性連接塊設(shè)置于疊層壓電陶瓷和基體之間，兩組壓電作動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)足與基體通過(guò)螺紋緊固件連接。