[發(fā)明專利]一種弧形振子直線型壓電電機及其驅(qū)動方法

有效

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• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109495011B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鐵民;王英智
• 申請（專利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H02N2/04
• 分類號: H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 劉巧霞

1.一種弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，包括電機固定板、定子、動子、給定子提供預(yù)緊力的預(yù)緊裝置，定子固定在電機固定板上，預(yù)緊裝置對其施加水平和垂直方向的預(yù)緊力；所述定子包括金屬彈性體、兩邊若干組壓電疊堆，兩邊若干組壓電疊堆安裝在金屬彈性體的兩端，且兩邊若干組壓電疊堆關(guān)于壓電振子中心軸線呈180°水平鏡像對稱；驅(qū)動足設(shè)置在金屬彈性體所包括的半橢圓結(jié)構(gòu)的中間凸起處；驅(qū)動過程中，驅(qū)動足推動動子在電機固定板上做直線或旋轉(zhuǎn)運動；

金屬彈性體為弧形振子，由半橢圓結(jié)構(gòu)與類鈸型結(jié)構(gòu)通過柔性鉸連接而成，類鈸型結(jié)構(gòu)端面處放置壓電疊堆，壓電疊堆與端面為面接觸；所述驅(qū)動足設(shè)置在半橢圓結(jié)構(gòu)的中間凸起處。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，所述壓電振子包括若干組壓電疊堆，每一組壓電疊堆為壓電鈸型疊堆，壓電鈸型疊堆包括鈸型外殼，以及設(shè)置在鈸型外殼內(nèi)的2M個壓電陶瓷片，M≥1，在相鄰兩片壓電陶瓷片相互貼合的面處設(shè)有電極片，電極片與驅(qū)動電源相連，相鄰兩片壓電陶瓷片極化方向相反。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，

所述定子包括一夾持件，該夾持件呈類鈸型狀，在夾持件兩端分別設(shè)有壓電疊堆支撐部，為平面結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有固定孔，上下兩個固定孔在同一中心線上，壓電疊堆通過上述固定孔固定在類鈸型結(jié)構(gòu)端面和壓電疊堆支撐部之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，所述半橢圓結(jié)構(gòu)中橢圓長軸和短軸的比值依據(jù)宏微驅(qū)動變形條件確定，類鈸型結(jié)構(gòu)的夾角成鈍角；

驅(qū)動足截面為矩形或者圓形，在驅(qū)動足截面為矩形時，在驅(qū)動足頂端設(shè)有防磨塊；在驅(qū)動足截面為圓形時，驅(qū)動足形狀為半球型或半橢球型，在驅(qū)動足頂端涂覆有耐摩擦材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，所述動子包括動子滑塊，該動子滑塊采用棱柱形結(jié)構(gòu)，或者圓柱形結(jié)構(gòu)，或者圓盤形結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，所述動子滑塊采用棱柱形結(jié)構(gòu)，設(shè)置在動子滑軌上，動子滑軌固定在電機固定板上；動子滑塊一端與一動子滑塊限位塊固定連接，動子滑軌端部設(shè)有突出部，所述驅(qū)動足與動子滑塊為面接觸。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弧形振子直線型壓電電機，其特征在于，所述預(yù)緊裝置包括切向限位機構(gòu)和法向限位機構(gòu)，切向限位機構(gòu)約束定子切向自由度，法向限位機構(gòu)約束定子在法向上的自由度，切向限位機構(gòu)和法向限位機構(gòu)之間的夾持距離均可調(diào)。

8.一種基于權(quán)利要求1-7任一項所述弧形振子直線型壓電電機的驅(qū)動方法，其特征在于，該方法包括步驟：

兩邊若干組壓電鈸型疊堆關(guān)于壓電振子中心軸線呈180°水平鏡像對稱，對壓電鈸型疊堆施加具有一定相位差的交流激勵，同時激發(fā)對稱振動模態(tài)和反對稱模態(tài)，壓電振子內(nèi)的壓電疊堆軸向位移轉(zhuǎn)化為驅(qū)動足切向振動和軸向振動，這兩項振動位移在驅(qū)動足合成為一個橢圓運動，在預(yù)緊力的作用下轉(zhuǎn)為動子的直線運動或者是圓周運動，即可實現(xiàn)宏驅(qū)動。

9.一種基于權(quán)利要求1-7任一項所述弧形振子直線型壓電電機的微驅(qū)動方法，其特征在于，該方法包括步驟：

兩邊若干組壓電疊堆關(guān)于壓電振子中心軸線呈180°水平鏡像對稱，對一邊壓電疊堆施加單相的直流正電壓激勵，另一邊振子懸空不給予激勵或者施加負電壓，施加激勵的壓電疊堆膨脹時帶動動子向同一方向運動；當要實現(xiàn)動子的反向運動時，對另一邊的壓電疊堆進行直流正電壓激勵，剩余一邊懸空或者施加負電壓，在預(yù)緊力的作用下，電機驅(qū)動足部分帶動動子實現(xiàn)直線或者旋轉(zhuǎn)運動，即可實現(xiàn)電機微驅(qū)動的變形。

10.一種基于權(quán)利要求1-7任一項所述弧形振子直線型壓電電機的微驅(qū)動方法，其特征在于，該方法包括步驟：兩邊若干組壓電疊堆關(guān)于壓電振子中心軸線呈180°水平鏡像對稱，驅(qū)動足、動子均位于初始位置，首先，驅(qū)動足位于初始位置，對第一邊壓電疊堆施加直流反向電壓激勵，同時，對第二邊壓電疊堆施加直流正向電壓激勵，驅(qū)動足帶動動子向第一邊壓電疊堆方向移動；

然后對第一邊壓電疊堆和第二邊壓電疊堆同時施加直流正向電壓激勵，驅(qū)動足垂直壓緊動子，持續(xù)推動動子向第一邊壓電疊堆方向移動；

最后，對第一邊壓電疊堆施加直流正向電壓A激勵，同時，對第二邊壓電疊堆施加直流反向電壓B激勵，|A|＞|B|，則驅(qū)動足回到初始位置，動子也回到初始位置；

持續(xù)上述3個步驟的激勵，可以帶動動子進行直線上的往復(fù)運動，即可實現(xiàn)電機微驅(qū)動的變形。