[發明專利]一種箝位式壓電電機

有效

• 申請號: 201410599861.6
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104377987A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 王寅;韓路;黃衛清
• 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
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于壓電精密作動應用技術領域，尤其涉及一種箝位式壓電直線電機。

背景技術

近年來，隨著微/納米技術的高速發展，眾多工程和技術領域的研究都迫切的需要亞微米級、微/納米級的超精密驅動。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，結構累贅。隨著科學技術的發展，人們研制出各種功能材料，其中，壓電陶瓷（PZT）以其相對優越的性能使得壓電精密作動器的研究得到了廣泛關注，并在許多領域得到了應用。

目前，國內外對壓電精密驅動器的研究已經取得了一定的進展，研發了各種各樣的電機。其中尺蠖式壓電驅動器利用仿生的原理，采用“箝位-驅動-箝位”的運動形式，具有分辨率高、輸出力大、輸出剛度大、無電磁干擾等優點，已經得到了國內外的廣泛研究。

申請號為201110058690.2的一個名稱為“多足箝位式壓電電機”公開了一種采用在兩端安裝輔助箝位機構的方法，解決了導軌加工和裝配誤差引起的導軌不平行和導軌面的局部不平等引起的電機卡死，或行走不暢的問題；但是其利用了多組驅動足且利用彈簧和疊堆來實現行走，結構復雜。

發明內容

所要解決的技術問題：

本發明目的是針對現有技術存在的缺陷提供一種穩定性好、輸出力大、效率高、壽命長、分辨率高、加工要求相對較低，應用范圍更廣的箝位式壓電電機。

技術方案：

為了實現以上功能，本發明提供了一種箝位式壓電電機包括依次連接的第一箝位機構1、驅動機構、第二箝位機構11，所述箝位機構1和11套裝在導軌內，其特征在于：所述箝位機構1和11采用了位移放大結構，其內部設有壓電陶瓷疊堆3和10。

每個箝位機構在外部設有U型結構內部設有矩形框架，電陶瓷疊堆3和10設置在矩形框架內，每組壓電陶瓷疊堆3和10包括壓電陶瓷片、支撐塊以及拉簧，所述壓電陶瓷疊堆支撐塊緊挨著壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片，外側的壓電陶瓷疊堆支撐塊分別通過螺釘固定在矩形框架的內表面，內側的壓電陶瓷疊堆支撐塊連接在驅動單元上；所述壓電陶瓷疊堆拉簧依次排列在壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片的外表面，用于預緊壓電陶瓷疊堆壓電陶瓷片。

所述驅動機構包括壓電陶瓷片、支撐塊、拉簧以及柔性足，所述驅動機構支撐塊緊挨著驅動機構壓電陶瓷片；所述驅動機構拉簧依次排列在驅動機構壓電陶瓷片的外表面，用于預緊驅動機構壓電陶瓷片；所述柔性足設置在驅動機構支撐塊的外側，與內側的壓電陶瓷疊堆支撐塊固定連接。

在所述U型結構的下表面開有孔，孔內設置有小球。

在所述外側的壓電陶瓷疊堆支撐塊與螺釘連接位置開有孔，孔內設置有小球。

所述U型結構的兩足作為驅動足，矩形框架四個角設計為橢圓柔性鉸鏈，其兩條長邊與U型結構的兩條長邊也采用橢圓柔性鉸鏈相連，通過其內部的壓電疊堆伸長，使矩形結構兩邊距離伸長，從而使另外兩邊距離縮短，進而使U型結構兩邊距離收縮。

有益效果：

本發明箝位式壓電電機，其箝位機構具有放大作用。壓電步進式精密驅動器在裝配過程中，導軌兩端的距離肯定是有誤差，當導軌的這種不平行度大到致使導軌距離變化△L大于動子和導軌的間隙，動子就會出現卡住，或行走不暢，因為疊層壓電堆在導軌內伸長有限的，只有幾個微米，所以間隙是必須小于疊層壓電堆的伸長量。本發明利用箝位機構使壓電疊堆平行于導軌的位移轉化為驅動足垂直于導軌的位移，通過其特定的結構，放大了壓電疊堆的位移，從而一定程度上避免了電機卡死或行走不暢的現象；此外，箝位機構的一個驅動足加工了一個凹槽，并放置了一個塑料小球，從而使該驅動足在運動過程中的滑動摩擦轉化為滾動摩擦，一定程度上使電機運行更加平穩。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明：

圖1為本發明提供的箝位式壓電電機的結構原理圖；

圖2?為本發明提供的箝位式壓電電機驅動所用的電源信號時序；

圖3?電機的運行過程，（a）是t1時刻電機狀態，（b）是t2時刻電機狀態，（c）是t3時刻電機狀態，（d）是t4時刻電機狀態，（e）是t5時刻電機狀態。

其中，1-第一箝位機構；2-支撐塊；3、7-壓電陶瓷疊堆；4-拉簧；5-導軌；6-柔性足；8-塑料小球；9-螺柱；10-第三壓電疊堆；11-第二箝位機構。

具體實施方式