一種慣性壓電驅(qū)動電機的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種慣性壓電驅(qū)動電機，包括壓電振子、質(zhì)量塊、旋轉(zhuǎn)臺、底座和復(fù)合懸臂，其中所述壓電振子的兩端分別固定連接在所述質(zhì)量塊和旋轉(zhuǎn)圓盤上；所述旋轉(zhuǎn)臺包括旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)軸兩部分；所述復(fù)合懸臂為薄片型結(jié)構(gòu)且由高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料層合構(gòu)成，所述高摩擦彈性材料和所述低摩擦彈性材料尺寸相同但摩擦系數(shù)不同，所述復(fù)合懸臂固定連接在旋轉(zhuǎn)圓盤下表面，所述高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料的層合面過旋轉(zhuǎn)圓盤直徑；所述底座與旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，壓電振子振動帶動質(zhì)量塊振動，慣性使復(fù)合懸臂產(chǎn)生彎曲，由于復(fù)合懸臂的兩種材料摩擦系數(shù)不同，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，本發(fā)明具有壽命長、容錯性強、精度要求低等優(yōu)點。
【專利說明】
一種慣性壓電驅(qū)動電機
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于壓電驅(qū)動領(lǐng)域，具體涉及一種慣性壓電驅(qū)動電機。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著微納米技術(shù)的迅猛發(fā)展，在光學(xué)工程、微電子制造、航空航天技術(shù)、超精密機械制造、生物醫(yī)學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域的研究都迫切需要容差性強、結(jié)構(gòu)簡單的驅(qū)動器。隨著科技的發(fā)展，人們研制出利用功能材料構(gòu)成的新型電機來實現(xiàn)超精密驅(qū)動，近年來此研究已取得了一系列的成果，如記憶合金電機、壓電效應(yīng)電機、電致伸縮電機和磁致伸縮電機等。其中，由于壓電材料(PZT)具有控制方便、功率密度大、位移分辨率高、頻率響應(yīng)好、不發(fā)熱、無電磁干擾等優(yōu)點，因此壓電型精密驅(qū)動技術(shù)已成為國內(nèi)外重點研究方向。然而，現(xiàn)有的壓電電機存在加工精度要求較高、使用壽命短的問題，且零部件之間多為剛性配合，磨損后無法工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有壓電電機容差性弱、壽命短等問題，提出了一種慣性壓電驅(qū)動電機，該電機由壓電振子、質(zhì)量塊、旋轉(zhuǎn)臺、底座和復(fù)合懸臂構(gòu)成，壓電振子施加交流電后產(chǎn)生往復(fù)彎曲變形并帶動質(zhì)量塊振動，慣性力使復(fù)合懸臂產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)合復(fù)合懸臂兩種不同摩擦系數(shù)材料的作用，一個周期內(nèi)，復(fù)合懸臂順時針和逆時針轉(zhuǎn)動時所受摩擦力不同，電機在復(fù)合懸臂受摩擦力小時轉(zhuǎn)動的總角度大于受摩擦力大時轉(zhuǎn)動的總角度，故在一個周期末，電機向復(fù)合懸臂受摩擦力小時的方向轉(zhuǎn)動。本發(fā)明與現(xiàn)有壓電電機相比，由于存在彈性結(jié)構(gòu)，磨損后也能正常工作，具有壽命長、容差性強等優(yōu)點。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0005]本發(fā)明一種慣性壓電驅(qū)動電機，包括壓電振子、質(zhì)量塊、旋轉(zhuǎn)臺和底座，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復(fù)合懸臂，其中所述壓電振子的兩端分別固定連接在所述質(zhì)量塊和旋轉(zhuǎn)圓盤上;所述旋轉(zhuǎn)臺包括旋轉(zhuǎn)圓盤和旋轉(zhuǎn)軸兩部分，所述旋轉(zhuǎn)圓盤和所述旋轉(zhuǎn)軸固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸的軸線垂直于所述旋轉(zhuǎn)圓盤的上表面;所述壓電振子由壓電陶瓷和彈性基板粘接構(gòu)成，所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面與所述旋轉(zhuǎn)圓盤上表面垂直，所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面過旋轉(zhuǎn)圓盤的直徑;所述復(fù)合懸臂為薄片型結(jié)構(gòu)且由高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料層合構(gòu)成，所述高摩擦彈性材料和所述低摩擦彈性材料尺寸相同，所述高摩擦彈性材料的摩擦系數(shù)大于所述低摩擦彈性材料的摩擦系數(shù)，所述復(fù)合懸臂粘接布置在旋轉(zhuǎn)圓盤下表面，所述高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料的層合面垂直于旋轉(zhuǎn)圓盤的下表面，所述高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料的層合面過旋轉(zhuǎn)圓盤直徑，從上向下看，每個所述低摩擦彈性材料的外法線繞旋轉(zhuǎn)軸呈逆時針，由于旋轉(zhuǎn)臺重力的作用所述復(fù)合懸臂接觸底座;所述底座與旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，旋轉(zhuǎn)軸輸出轉(zhuǎn)矩。
[0006]工作時，壓電振子作為動力源在交變電壓的作用下發(fā)生往復(fù)彎曲變形，慣性力使復(fù)合懸臂產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)合復(fù)合懸臂兩種不同摩擦系數(shù)材料的作用，一個周期內(nèi)，復(fù)合懸臂順時針和逆時針轉(zhuǎn)動時所受摩擦力不同，電機在復(fù)合懸臂受摩擦力小時轉(zhuǎn)動的總角度大于受摩擦力大時轉(zhuǎn)動的總角度，故在一個周期末，電機向復(fù)合懸臂受摩擦力小時的方向轉(zhuǎn)動。在一個周期內(nèi)，零到四分之一周期時，壓電振子彎曲，質(zhì)量塊受到壓電振子沿圓盤切向向右的作用力并向右運動，旋轉(zhuǎn)圓盤受到向左的反作用力并順時針運動，復(fù)合懸臂彎曲，摩擦系數(shù)較大的高摩擦彈性材料接觸底座，旋轉(zhuǎn)圓盤第一次順時針轉(zhuǎn)動，四分之一周期末時電機的狀態(tài)如圖3中的上側(cè)圖虛線所示，實線為一個周期開始的初始位置；四分之一到四分之三周期時，質(zhì)量塊受到壓電振子沿圓盤切向向左的作用力并向左運動，旋轉(zhuǎn)圓盤受到向右的反作用力并逆時針運動，摩擦系數(shù)較小的低摩擦彈性材料接觸底座，旋轉(zhuǎn)圓盤第一次逆時針轉(zhuǎn)動，四分之三周期末時電機的狀態(tài)如圖3中的中間圖虛線所示，實線為一個周期開始的初始位置；四分之三到一個周期時，質(zhì)量塊受到壓電振子沿圓盤切向向右的作用力并向右運動，旋轉(zhuǎn)圓盤受到向左的反作用力并順時針運動，摩擦系數(shù)較大的高摩擦彈性材料接觸底座，旋轉(zhuǎn)圓盤第二次順時針轉(zhuǎn)動，一個周期末時電機的狀態(tài)如圖3中的下側(cè)圖虛線所示，實線為一個周期開始的初始位置。由于高摩擦彈性材料的摩擦系數(shù)大于低摩擦彈性材料，故高摩擦彈性材料產(chǎn)生的摩擦力大于低摩擦彈性材料產(chǎn)生的摩擦力，旋轉(zhuǎn)圓盤第一次順時針和第二次順時針轉(zhuǎn)動時的摩擦力大于第一次逆時針轉(zhuǎn)動時的摩擦力，故旋轉(zhuǎn)圓盤第一次順時針和第二次順時針轉(zhuǎn)動時的總角度小于第一次逆時針轉(zhuǎn)動時的總角度，電機逆時針轉(zhuǎn)動。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明一種慣性壓電驅(qū)動電機的裝配圖。
[0008]圖2是本發(fā)明中復(fù)合懸臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖3是本發(fā)明的局部運動示意圖。
【具體實施方式】
[0010]參照圖1和圖2，包括壓電振子1、質(zhì)量塊2、旋轉(zhuǎn)臺3和底座4，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復(fù)合懸臂5，其中所述壓電振子I的兩端分別固定連接在所述質(zhì)量塊2和旋轉(zhuǎn)圓盤31上;所述旋轉(zhuǎn)臺3包括旋轉(zhuǎn)圓盤31和旋轉(zhuǎn)軸32兩部分，所述旋轉(zhuǎn)圓盤31和所述旋轉(zhuǎn)軸32固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸32的軸線垂直于所述旋轉(zhuǎn)圓盤31的上表面;所述壓電振子I由壓電陶瓷11和彈性基板12粘接構(gòu)成，所述壓電陶瓷11和彈性基板12的粘接面與所述旋轉(zhuǎn)圓盤31上表面垂直，所述壓電陶瓷11和彈性基板12的粘接面過旋轉(zhuǎn)圓盤31的直徑;所述復(fù)合懸臂5為薄片型結(jié)構(gòu)且由高摩擦彈性材料51和低摩擦彈性材料52層合構(gòu)成，所述高摩擦彈性材料51和所述低摩擦彈性材料52尺寸相同，所述高摩擦彈性材料51的摩擦系數(shù)大于所述低摩擦彈性材料52的摩擦系數(shù)，所述復(fù)合懸臂5粘接布置在旋轉(zhuǎn)圓盤31下表面，所述高摩擦彈性材料51和低摩擦彈性材料52的層合面垂直于旋轉(zhuǎn)圓盤31的下表面，所述高摩擦彈性材料51和低摩擦彈性材料52的層合面過旋轉(zhuǎn)圓盤31直徑，從上向下看，每個所述低摩擦彈性材料52的外法線繞旋轉(zhuǎn)軸32呈逆時針，由于旋轉(zhuǎn)臺3重力的作用所述復(fù)合懸臂5接觸底座4;所述底座4與旋轉(zhuǎn)軸32構(gòu)成轉(zhuǎn)動副，旋轉(zhuǎn)軸32輸出轉(zhuǎn)矩。
[0011]工作時，壓電振子I作為動力源在交變電壓的作用下發(fā)生往復(fù)彎曲變形，慣性力使復(fù)合懸臂5產(chǎn)生彎曲變形，結(jié)合復(fù)合懸臂5兩種不同摩擦系數(shù)材料的作用，一個周期內(nèi)，復(fù)合懸臂5順時針和逆時針轉(zhuǎn)動時所受摩擦力不同，電機在復(fù)合懸臂5受摩擦力小時轉(zhuǎn)動的總角度大于受摩擦力大時轉(zhuǎn)動的總角度，故在一個周期末，電機向復(fù)合懸臂5受摩擦力小時的方向轉(zhuǎn)動。
【主權(quán)項】
1.一種慣性壓電驅(qū)動電機，包括壓電振子(I)、質(zhì)量塊(2)、旋轉(zhuǎn)臺(3)和底座(4)，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復(fù)合懸臂(5)，其中: 所述壓電振子(I)的兩端分別固定連接在所述質(zhì)量塊(2)和旋轉(zhuǎn)圓盤(31)上;所述旋轉(zhuǎn)臺(3)包括旋轉(zhuǎn)圓盤(31)和旋轉(zhuǎn)軸(32)兩部分，所述旋轉(zhuǎn)圓盤(31)和所述旋轉(zhuǎn)軸(32)固定連接，所述旋轉(zhuǎn)軸(32)的軸線垂直于所述旋轉(zhuǎn)圓盤(31)的上表面;所述壓電振子(I)由壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)粘接構(gòu)成，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面與所述旋轉(zhuǎn)圓盤(31)上表面垂直，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面過旋轉(zhuǎn)圓盤(31)的直徑;所述復(fù)合懸臂(5)為薄片型結(jié)構(gòu)且由高摩擦彈性材料(51)和低摩擦彈性材料(52)層合構(gòu)成，所述高摩擦彈性材料(51)和所述低摩擦彈性材料(52)尺寸相同，所述高摩擦彈性材料(51)的摩擦系數(shù)大于所述低摩擦彈性材料(52)的摩擦系數(shù)，所述復(fù)合懸臂(5)粘接布置在旋轉(zhuǎn)圓盤(31)下表面，所述高摩擦彈性材料(51)和低摩擦彈性材料(52)的層合面垂直于旋轉(zhuǎn)圓盤(31)的下表面，所述高摩擦彈性材料(51)和低摩擦彈性材料(52)的層合面過旋轉(zhuǎn)圓盤(31)直徑，從上向下看，每個所述低摩擦彈性材料(52)的外法線繞旋轉(zhuǎn)軸(32)呈逆時針;所述底座(4)與旋轉(zhuǎn)軸(32)構(gòu)成轉(zhuǎn)動副。
【文檔編號】H02N2/12GK105827147SQ201610411917
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】吳越, 楊志剛, 劉慶萍, 王京春, 王旭, 宋正義
【申請人】吉林大學(xué)