基于框架板结构定子驱动的压电平面电机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，由定子组件、动子组件、底座构成。所述定子组件连接动子组件安装于底座上，所述动子组件与定子组件之间形成两向运动的滚动副。本实用新型专利技术采用简单的框架板定子基体，同时实现动子两直线自由度方向的直接驱动，从而使电机能产生微米级甚至更高精度等级的精密运动性，并使电机具有快速响应特性；定子组件的四对驱动足交替地推动移动平台作平面运动，能成倍增大电机输出动力，并使电机运行更趋稳定。

Piezoelectric plane motor driven by frame plate structure stator

【技术实现步骤摘要】
基于框架板结构定子驱动的压电平面电机
本技术涉及压电精密驱动
，具体涉及一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机。
技术介绍
随着科技的进步，精密定位控制及科学仪器等领域对电机驱动的要求越来越高，单一方向的驱动已经满足不了需求。压电平面电机作为一种新型驱动器，是在单自由度超声电机的基础上发展起来的，其利用压电陶瓷的逆压电效应，将交变电压转换为压电陶瓷的周期性变形，进一步激励出压电平面电机定子的振动，通过定子共振实现振动的放大，并使驱动区域内的点形成椭圆或者斜线振动轨迹；当压电驱动器定子预压在动子上时，由于接触面上的摩擦耦合，椭圆或斜线轨迹会被转换为动子的宏观连续运动。基于其工作原理，压电平面电机具有低速大转矩、功率密度高、定位精度高、响应速度快、断电自锁和无电磁干扰等诸多优点；此外，压电超声电机通过摩擦耦合可以实现对动子的直接驱动，并能够通过合理的设计实现对动子的平面驱动，可有效地简化驱动系统。此外，电磁平面电机结构复杂，在设计和工艺上都存在很多困难，不易小型化，且不适合低速、直接驱动的应用场合，而压电平面电机正好填补了这方面的空缺；因而压电平面电机在近30年得到了广泛的研究与发展，比如刘俊标推出圆柱杆振动驱动的平面电机，时运来基于变截杆在正交方向上两个四阶弯振，研制出一种柱杆式两自由度平面电机，该电机最高速度190mm/s，最大推力19N；哈工大陈维山推出基于十字正交聚能器驱动的平面超声电机，推力达100N；严亮等研制出单定子两自由度平面超声的新原理及动力学结构；虽然压电平面电机是当前超声电机研究领域的一大热点，在某些方面，已初步显示出其优越性。但是当前对压电平面电机还缺少深入系统的研究，同时也存在输出性能较差，运行控制复杂，电机结构样式有限等缺点，故更多地专利技术压电平面电机新原理及其定子压电换能结构仍是压电平面电机研究的重要方面。
技术实现思路
本技术所要解决的问题是：提供一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，结构简单、响应速度快、效率高、应用范围更广泛。本技术为解决上述问题所提供的技术方案为：一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，包括定子组件、动子组件和底座；所述定子组件连接动子组件并置于底座上，所述动子组件与定子组件之间形成两向运动的滚动副；所述定子组件包括定子基体、压电陶瓷片和驱动头，所述定子基体包括口字形结构板及其内部上下两两沿中线对称分布的四根纵杆、左右两两沿中线对称分布的四根横杆，所述压电陶瓷片贴附于纵杆和横杆的四个侧面，所述驱动头设置在纵杆和横杆远离口字形结构板的一端。优选的，其中粘贴在横杆与纵杆上、下表面的压电陶瓷片为面外反对称弯振激励陶瓷，粘贴在纵杆左、右表面的压电陶瓷片为纵杆面内弯振激励陶瓷，粘贴在横杆左、右表面的压电陶瓷片为横杆面内弯振激励陶瓷。优选的，所述动子组件由移动平台，平台支撑件构成，所述移动平台呈矩形板结构，所述平台支撑件包括设有一定数量呈半球形结构凹坑的矩形板及安装于凹坑内的滚珠，所述移动平台与滚珠直接接触并构成滚动副。优选的，所述底座包括方形板及安装于方形板上的定子组件连接件、动子组件连接件，所述定子组件连接件由四个L形垫台组成，所述L形垫台垂直端设有橡皮顶针且四个L形垫台沿矩形的四个角放置并通过螺钉与方形板固定连接，所述橡皮顶针和口字形结构板四个角上的定子固定安装孔配合；所述动子组件连接件包括U形立板、弹性垫片，所述U形立板通过沉头螺钉固定安装在方形板左侧且U形口朝右，通过调节螺钉连接平台支撑件且连接面压入了弹性垫片。优选的，所述方形板四个边角处装有底座固定螺钉。优选的，所述驱动头呈长方体状。与现有技术相比，本技术的优点是：1、采用简单的框架板结构定子直接驱动移动平台沿x向和y向运动，可实现电机具有快速响应特性和微米级定位精度；2、本专利技术电机所有振动形式均为弯振，电机的运行控制方式较为简单，陶瓷片的利用效率高；3、本专利技术电机采用橡皮顶针作为电机夹持，减少了装夹部件对电机振动的负面影响，也提高电机运行的稳定性。4、定子组件的四对驱动头两两交替地推动移动平台作平面运动，能成倍增大电机输出动力，并使电机运行更趋稳定；5、相比于多定子平面电机，本专利技术电机体积更小，结构更加紧凑，机械集成度更高；6、采用框架板结构定子驱动的压电平面电机，在高精度平台、航天、机器人、医疗机械等领域中存在广阔应用前景。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。图1为本技术的立体结构局部剖视图；图2为本技术中定子组件的结构示意图；图3为本技术中动子组件的结构示意图；图4为本技术中底座的结构示意图；图5为本技术定子组件的面外反对称弯振工作振型示意图；图6为本技术定子组件的横杆面内弯振工作振型示意图；图7为本技术定子组件的纵杆面内弯振工作振型示意图；图8为本技术定子组件中压电陶瓷位置布置及其极化方向配置图；图9为本技术定子组件中压电陶瓷位置布置及其供电配置图；图10为定子组件在一个振动周期内推动移动平台做平面运动的第一步；图10a为xoy平面杆体面内运动状态示意，其中图10b为xoz平面纵杆驱动状态示意，其中图10c为yoz平面横杆驱动状态示意；图11为定子组件在一个振动周期内推动移动平台做平面运动的第二步，其中图11a为xoy平面杆体面内运动状态示意，其中图11b为xoz平面纵杆驱动状态示意，其中图11c为yoz平面横杆驱动状态示意；图12为定子组件在一个振动周期内推动移动平台做平面运动的第三步，其中图12a为xoy平面杆体面内运动状态示意，其中图12b为xoz平面纵杆驱动状态示意，其中图12c为yoz平面横杆驱动状态示意；图13为定子组件在一个振动周期内推动移动平台做平面运动的第四步，其中图13a为xoy平面杆体面内运动状态示意，其中图13b为xoz平面纵杆驱动状态示意，其中图13c为yoz平面横杆驱动状态示意；附图标注：1-定子组件，11-定子基体，111-口字形结构板，112-纵杆，113-横杆，12-压电陶瓷片，13-驱动头；2-动子组件，21-移动平台，22-平台支撑件，221-矩形板，222-滚珠；3-底座，31-方形板，32-定子组件连接件，33-动子组件连接件，34-底座固定螺钉，321-L形垫台，322-橡皮顶针，331-U形立板，332-弹性垫片。具体实施方式以下将配合附图及实施例来详细说明本技术的实施方式，藉此对本技术如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。参见图1～图4，基于框架板结构定子压电驱动的平面电机由定子组件1、动子组件2和底座3构成，所述定子组件1连接动子组件2并置于底座3上，所述动子组件2与定子组件1之间形成两向运动的滚动副。...

【技术保护点】
1.一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，其特征在于：包括定子组件(1)、动子组件(2)和底座(3)；所述定子组件(1)连接动子组件(2)并置于底座(3)上，所述动子组件(2)与定子组件(1)之间形成两向运动的滚动副；/n所述定子组件(1)包括定子基体(11)、压电陶瓷片(12)和驱动头(13)，所述定子基体(11)包括口字形结构板(111)及其内部上下两两沿中线对称分布的四根纵杆(112)、左右两两沿中线对称分布的四根横杆(113)，所述压电陶瓷片(12)贴附于纵杆(112)和横杆(113)的四个侧面，所述驱动头(13)设置在纵杆(112)和横杆(113)远离口字形结构板(111)的一端。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，其特征在于：包括定子组件(1)、动子组件(2)和底座(3)；所述定子组件(1)连接动子组件(2)并置于底座(3)上，所述动子组件(2)与定子组件(1)之间形成两向运动的滚动副；
所述定子组件(1)包括定子基体(11)、压电陶瓷片(12)和驱动头(13)，所述定子基体(11)包括口字形结构板(111)及其内部上下两两沿中线对称分布的四根纵杆(112)、左右两两沿中线对称分布的四根横杆(113)，所述压电陶瓷片(12)贴附于纵杆(112)和横杆(113)的四个侧面，所述驱动头(13)设置在纵杆(112)和横杆(113)远离口字形结构板(111)的一端。


2.根据权利要求1所述的一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，其特征在于：其中粘贴在横杆(113)与纵杆(112)上、下表面的压电陶瓷片(12)为面外反对称弯振激励陶瓷，粘贴在纵杆(112)左、右表面的压电陶瓷片(12)为纵杆(112)面内弯振激励陶瓷，粘贴在横杆(113)左、右表面的压电陶瓷片(12)为横杆(113)面内弯振激励陶瓷。


3.根据权利要求1所述的一种基于框架板结构定子驱动的压电平面电机，其特征在于：所述动子组件(2)由移动平台(21)，平台支撑件(22)构成，所述移动平台(...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺红林，方志敏，龙玉繁，邓传涛，吴兴强，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36