超细型双向驱动型直线微电机制造技术

一种超细型双向驱动型直线微电机，包括一根细长杆（２），其特征在于细长杆（２）的后端连接一个内置压电陶瓷片（８）的振子（４），而中部弹性连接两片粘贴矩形压电陶瓷片（１０）的滑块（１）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种直线微电机，特别是一种超细型双向驱动型直线微电机。
技术介绍
以软型内窥镜辅助的体内微创伤手术，细小工业管道的检查与修复，狭小空间内的探测与局部操作，以及对空间有严格限制的微机电系统的直线运动驱动与控制，都对超细直线微电机提出迫切需求。国内外迄今已开发出的各种微电机中，旋转型的占绝大多数。而针对上述应用背景，更希望直接的直线驱动。这一方面是便于微细型化，另一方面也有利于将力传感器集成于驱动器中。现有的直线电机，无论是电磁式还是压电式，垂直于运动方向的尺寸较大，难以在狭小的空间内使用。微型气动与液动驱动器，在使用上有诸多不便，且动作的时间延迟较大。形状记忆合金(SMA)驱动器具有超细的结构特点，发生力也较大，是目前开发主动内窥镜的首选驱动方案。但由于其效率低、响应迟缓，难以实现快速、有力感的手部灵巧动作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超细型双向驱动型直线微电机，具有细长型结构特点、输出力大、响应快、驱动力可保持、位置分辨率高、可改变驱动力大小和运动速度及方向、动耗小，以适应内窥镜手术和细小工业管道检修的需要。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案一种超细型双向驱动型直线微电机，包括一根细长杆，其特征在于细长杆的后端连接一个内置压电陶瓷片的振子，而中部弹性连接两片粘贴矩形压电陶瓷片的滑块。上述的细长杆通过螺纹与振子相连接。上述的振子的结构是一个套筒的前端有三个轴向槽使其形成三个紧固用扣件，每个扣件上有轴向长腰形孔，后端内腔有内螺纹与一个螺钉选配；有一个压电陶瓷片后盖，为圆柱形，其前端有三个凸块，其外圆与套筒内腔滑配，若干对压电陶瓷片，沿厚度方向极化，按极化方向两两相对排列；一个压电陶瓷片前盖后端部为圆柱形，其上有三个凸块，而前部为锥形，前端有内螺纹与细长杆旋接；所述的压电陶瓷片后盖、圆形压电陶瓷片和压电陶瓷片前盖依次置入套筒的前部内腔中，压电陶瓷片前盖和后盖上的三个凸块分别嵌入套筒三个扣件上的长腰形孔中；螺钉顶住压电陶瓷片后盖从而压紧圆形压电陶瓷片。上述胡的滑块的结构是两块滑块为十字形板块，在其两轴向板块的外侧面上分别粘贴一块轴向安置的长条形矩形压电陶瓷片，而两垂直向的板块通过两只弹性螺栓连接而夹紧细长杆。上述的细长杆是采用低声阻抗率的材料制成，如钛合金、铝合金。本专利技术的工作原理如下圆形压电陶瓷片激发出夹心式振子的一阶纵向振动模态，并由其前端部将驻波传递给导杆。矩形压电陶瓷片激发出滑块的一阶弯曲振动模态，并在与导杆的接触面形成驻波。经结构设计，使这两个频率相互重合。当两组激励信号的相位互差90°时，通过两驻波的叠加，使滑块沿导杆输出向前或向后的运动。本专利技术与现有技术相比具有如下突出特点和显著优点1.导杆的往复运动是简谐运动，纵向驱动振子可以在共振状态工作，结构可更趋小型化，滑块的弯曲振动也是共振状态，所以功耗很小；2.滑块振幅的改变可以改变它与导杆间的夹持力，因此可以通过激励电压来有效控制电机输出推力的大小；3.可以通过控制纵向振子的激励电压，精确控制电机的输出位移和速度；4.可以在纵向振子中加入检测用压电陶瓷片来反馈输出的推力大小。5.细长杆可允许有一定程度的抗曲变形。附图说明图1是本专利技术一个实施例的结构示意2是图1中振子的零件分解3是本专利技术的电机运动分解示意图具体实施方式本专利技术的一个优选实施例是参见图1和图2，本超细型双向驱动型直线微电机，包括一根细长杆，细长杆的后端连接一个内置圆形压电陶瓷片的振子，而中部弹性连接两片粘贴矩形压电陶瓷片的滑块。细长杆采用钛合金制作，并通过螺纹与振子相连接。振子的结构是一个套筒的前端有三个轴向槽使其形成三个紧固用扣件，每个扣件上有轴向长腰形孔，后端内腔有内螺纹与一个螺钉选配；有一个圆柱形的压电陶瓷片后盖，其前端有三个凸块，其外圆与套筒内腔滑配，一对压电陶瓷片，沿厚度方向极化，按极化方向两两相对排列；一个压电陶瓷片前盖后端部为圆柱形，其上有三个凸块，而前部为锥形，前端有内螺纹与细长杆旋接；先将三个扣件向外打开，呈花瓣状；所述的压电陶瓷片后盖、圆形压电陶瓷片和压电陶瓷片前盖依次置入套筒的前部内腔中，再将三个扣件向内弯曲复原；压电陶瓷片前盖和后盖上的三个凸块分别嵌入套筒三个弹性片上的长腰形孔中；螺钉顶住压电陶瓷片后盖而压紧圆形压电陶瓷片。滑块的结构是两块滑块为十字形板块，在其两轴向板块的外侧面上分别粘贴一块轴向安置的长条形矩形压电陶瓷片，而两垂直向的板块通过两只弹性螺栓连接而夹紧细长杆。上述结构设计出了振子直径为Φ6mm的电机样机。经计算，纵向夹心式振子的1阶纵向振动模态频率为108.65kHz，滑块的1阶弯曲振动模态频率为106.54kHz。两者十分接近，符合设计要求。将电机在纵向夹心式振子的中部(靠近压电陶瓷部位)进行夹持，接入隔离两相高频驱动电源，进行电机驱动实验。经初步调试，在80～90kHz驱动频率范围内，滑块沿导杆在前后两个方向缓缓运动，速度约为30mm/s，推力约为1N。尽管目前电机尚未调试到最佳状态，运动还不够平稳，但实验表明该电机已成功地实现了所期望的运动，经过优化和改进可以实现满意的性能。图3给出本微电机运动分解示意图。图中位置1，纵向振子收缩至最短，而滑块的两端由于弯曲振动变形向着导杆靠近；位置2，导杆在振子推动下向前运动，此时滑块恰好因向下弯曲而压在导杆上，通过摩擦输出向前的速度和推力；位置3，滑块开始脱离导杆，导杆也运动到极限位置；位置4，在导杆返程的途中，滑块由于惯性脱离了与导杆的接触。可见，双振子的运动组合可以使滑块产生确定方向的运动输出，从而实现电能和机械能的转变。权利要求1.一种超细型双向驱动型直线微电机，包括一根细长杆(2)，其特征在于细长杆(2)的后端连接一个内置压电陶瓷片(8)的振子(4)，而中部弹性连接两片粘贴矩形压电陶瓷片(10)的滑块(1)。2.根据权利要求1所述的一种超细型双向驱动型直线微电机，其特征在于细长杆(2)通过螺纹与振子(4)相连接。3.根据权利要求1所述的一种超细型双向驱动型直线微电机，其特征在于振子的结构是一个套筒(5)的前端有三个轴向槽使其形成三个紧固用扣件，每个扣件上有轴向长腰形孔，后端内腔有内螺纹与一个螺钉(6)选配；有一个压电陶瓷片后盖(7)，为圆柱形，其前端有三个凸块，其外圆与套筒内腔滑配，若干对压电陶瓷片(8)；一个压电陶瓷片前盖(3)后端部为圆柱形，其上有三个凸块，而前部为锥形，前端有内螺纹与细长杆(2)旋接；所述的压电陶瓷片后盖(7)、圆形压电陶瓷片(8)和压电陶瓷片前盖(3)依次置入套筒(5)的前部内腔中，压电陶瓷片前盖(3)和后盖(7)上的三个凸块分别嵌入套筒(5)三个扣件上的长腰形孔中；螺钉(6)顶住压电陶瓷片后盖(7)从而压紧圆形压电陶瓷片(8)。4.根据权利要求1所述的一种超细型双向驱动型直线微电机，其特征在于滑块(1)的结构是两块滑块(1)为十字形板块，在其两轴向板块的外侧面上分别粘贴一块轴向安置的长条形矩形压电陶瓷片(10)，而两垂直向的板块通过两只弹性螺栓连接而夹紧细长杆(2)。5.根据权利要求1所述的一种超细型双向驱动型直线微电机，其特征在于细长杆(2)是采用低声阻抗率的材料制成，如钛合金、铝合金。全文摘要本专利技术涉及一种超细型双向驱动型直线微电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李朝东，王惠文，姚华，钱晋武，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：