[發明專利]一種直線壓電馬達

有效

• 申請號: 201710493979.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107171590B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 賀良國;楚宇恒;王勇;谷先廣;趙小勇;李新宇;龐席德;余建
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及一種直線壓電馬達。包括驅動預緊機構、輸出機構和軸承座；驅動預緊機構包括設于底座上的一對驅動振子，一對驅動振子上分別設有振子壓電片；輸出機構包括輸出桿，輸出桿的中部沿軸向設有中字形框架，中字形框架的兩側邊桿均是振動片，振動片上設有振動壓電片。本發明利用波形合成原理控制振動片和驅動振子的彎振模態，從而形成兩者的協調動作，實現直線運動，且理論上不產生滑動摩擦力，能量損耗少，效率高。本發明的工作頻率在2000Hz以上，輸出速度高，且具有兩種工作狀態，可通過改變第一、第二驅動振子的高低電平配合實現低速大力矩輸出和高速小力矩輸出。

技術領域

本發明屬于精密驅動與定位技術領域，具體地說，它涉及一種直線壓電馬達。

背景技術

壓電馬達利用壓電陶瓷的逆壓電效應將電能轉化為機械能。由于其尺寸小、力矩大、精度高、低速性能好、無電磁干擾等優點在航天、導彈、機器人及精密儀器等領域有著廣闊的應用前景。直線壓電馬達具有直接輸出直線運動、斷電自鎖的特點，目前已應用在精密定位系統、生物注射儀器、手機攝像頭、汽車電動遙控反光鏡中。

目前，直線壓電馬達主要分為行波馬達、駐波馬達、準靜態馬達等。行波馬達利用兩個以上的振源合成行波在定子與動子接觸面形成橢圓運動以驅動動子運作，但為防止行波的反射，通常的行波馬達設計為環形或增添吸波裝置導致體積較大，微型化困難。駐波馬達主要利用振子單一振動或者振子的彎、縱、扭振動模態復合成橢圓運動以驅動動子運動，其結構種類繁多且較為復雜。準靜態馬達主要包含慣性沖擊式馬達、尺蠖馬達等，慣性沖擊式馬達結構簡單、易于控制、驅動力較大，分辨率高，但其采用非對稱波形激發運動，摩擦表面工作粗暴，存在滑動摩擦，磨損快，相應的效率低，壽命較短。尺蠖馬達通過三組壓電元件的配合引導動子單向運動，無滑動摩擦，效率高，輸出力大（可達上千N），但其結構和控制電路都較為復雜，且工作頻率低導致其輸出速度較低。綜上所述，新型直線電機需要滿足體積小，結構簡單，效率高，且具有較高的輸出力和速度。

發明內容

本發明的主要目的在于為了解決上述問題，提供了一種新型的直線壓電馬達。

該直線壓電馬達包括驅動預緊機構、輸出機構和軸承座2；

所述驅動預緊機構包括一對驅動振子，一對驅動振子通過一對直立的燕尾座4對稱設于底座7上，且可在底座7上調整位置，定位桿10貫穿連接著一對燕尾座4；一對驅動振子由第一驅動振子61和第二驅動振子62組成，第一驅動振子61上設有第三壓電片63，第二驅動振子62上設有第四壓電片64；

所述輸出機構包括輸出桿1，輸出桿1的中部沿軸向設有中字形框架；中字形框架的一側邊桿是第一振動片51，第一振動片51上設有第一壓電片53，另一側邊桿是第二振動片52，第二振動片52上設有第二壓電片54；輸出桿1的兩側分別通過直線軸承3和一對軸承座2的配合設于底座7的上方；所述一對軸承座2位于底座7的兩側；

所述一對驅動振子垂直于輸出桿1的中部，其中第一驅動振子61對應位于第一壓電片53的外側，第二驅動振子62對應位于第二壓電片54的外側；

設振動片含壓電片的一面為內側，背面為外側；設驅動振子含壓電片的一面為左側，背面為右側。

工作時，分別向第一壓電片53、第二壓電片54、第三壓電片63和第四壓電片64輸入近似合成的方波信號，引發第一振動片51、第二振動片52和一對驅動振子的共振，使第一振動片51、第二振動片52和一對驅動振子均工作在諧振狀態下；

第一種工況時，按如下步驟完成一個動作周期：

步驟1：第一壓電片53、第二壓電片54和第三壓電片63、第四壓電片64都施加正電平，第一振動片51、第二振動片52向外側彎曲，一對驅動振子向右側偏移；