配重式变接触力压电电机制造技术

本发明专利技术公开了一种配重式变接触力压电电机，包括压电体和运动件，所述压电体通过弹性预压元件产生的弹性回复力与运动件相触，该弹性预压元件的弹性伸缩方向与压电电机的作动方向相垂直；同时，所述压电体与横向基座铰接，且压电体与横向基座之间的连接连线平行于压电电机的作动方向。因此，本发明专利技术所述压电电机具有推力大，大行程，可双向运动，寿命长，同时具备断电自锁功能。

【技术实现步骤摘要】
配重式变接触力压电电机
[0001 ] 本专利技术涉及一种压电电机，属于压电精密致动
。
技术介绍
压电陶瓷的逆压电效应可将电能转化为机械能，据此效应设计的作动器具有结构简单，电磁兼容性好和响应快等特点。由于压电陶瓷的变形输出受激励电场和自身刚度的影响，为使用的方便和电激励的实用性，通常为类似平行板电容器的片状结构，其输出变形很小。为了将这微小的变形转化为运动物体的宏观运动，通常采用的技术有两种:一是将多片压电陶瓷堆叠，采用电路并联的方式制作成集成元件，也叫叠层压电陶瓷，该器件可在较小电压下输出较大的应变(通常为0.1%)，该技术可被应用在行程在几十微米行程的精密微动机构中。二是利用结构的共振，使压电元件工作在高频共振状态，从而获得微米级位移输出，并通过摩擦耦合的方式将微米级振动转化为运动物体的单向宏观运动，常见的应用见于超声电机。叠层压电陶瓷具有大推力的特点，为克服其行程的限制，出现了用叠层压电陶瓷作为动力源并采用交替箝位方式工作的压电步进电机，这类电机可以在输出推力的同时具有无限的行程，还能获得无限的闭环位置分辨率，由于采用静摩擦力耦合的方式输出步进运动，这种作动器要比采用滑动摩擦力耦合方式的超声电机拥有更大的推力。然而，现有技术有以下三个技术难题: 第一，实现交替箝位的两个箝位单元相互独立且二者间相距较远，这要求导向机构的平行度要足够高，现有技术条件下，要实现较长距离的两个导轨具有较高的平行度很困难，需要较高的制作成本； 第二，现有导向机构之间的距离是固定的，箝位单元两端的磨损将最终导致无法实现箝位，导致失效； 第三，在所有叠层压电陶瓷都断电的情况下，箝位单元与平行导轨之间的锁紧力远小于箝位单元锁紧平行导轨的锁紧力，因此尺蠖式箝位步进压电电机几乎没有断电自锁的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于:提出一种配重式变接触力压电电机，其具有推力大，大行程，可双向运动，寿命长，同时具备断电自锁功能。本专利技术是通过如下方法实现的: 一种配重式变接触力压电电机，包括压电体和运动件，所述压电体通过弹性预压元件产生的弹性回复力与运动件相触，该弹性预压元件的弹性伸缩方向与压电电机的作动方向相垂直；同时，所述压电体与横向基座铰接，且压电体与横向基座之间的连接连线平行于压电电机的作动方向。所述压电体包括动子头、横向压电叠堆和纵向压电叠堆；所述横向压电叠堆、纵向压电叠堆均包括纵振压电陶瓷片，且横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向平行，而所述纵横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向垂直；所述横向压电叠堆的一端与动子头固定连接，另一端则与横向基座铰接；所述纵向压电叠堆的一端与动子头固定连接，另一端则通过弹性预压元件与纵向基座连接。所述弹性预压元件包括第一弹簧、质量块以及第二弹簧，所述纵向压电叠堆依次通过第一弹簧、质量块以及第二弹簧与纵向基座连接。所述弹性预压元件包括第一弹簧、质量块以及第二弹簧，所述纵向压电叠堆通过第一弹簧悬垂质量块，同时所述纵向压电叠堆通过第二弹簧直接与纵向基座连接。横向压电叠堆和纵向压电叠堆分别连接频率相同并且有/2相位差的两相正弦波电压信号。有益效果: 根据以上的技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下优点: 1、本专利技术所诉驱动足在断电时由弹性连接件压紧在运动件上，因此，这种构造致使本专利技术所诉压电电机具有断电自锁功能； 2、本专利技术所诉压电体(动子头)工作时的钳位力由预紧设置的弹性连接件提供，因此，即便驱动足因长期使用而致使磨损后，压电电机也能正常工作，故而本专利技术能够极大地提闻压电电机的使用寿命； 3、本专利技术所诉压电体(动子头)与运动件之间的摩擦力可随质量块的振动实现大小变化。在动子头驱动运动件前进阶段摩擦力增大，在动子头后退运动时摩擦力减小，提高驱动效率； 4、本专利技术所诉压电电机工作时只需改变一个驱动电压相位即可实现反向运动； 5、本专利技术所诉压电电机结构简单、紧凑，易于实现批量化生产。【附图说明】图1是本专利技术所述压电电机原理图。图2是本专利技术所述压电电机的另一种布置示意图。图1至图2中:1_运动件；2_压电叠堆；3_动子头；4_质量块。【具体实施方式】附图非限制性地公开了本专利技术所涉及优选实施例的结构示意图；以下将结合附图详细地说明本专利技术的技术方案。如图1和图2所示，本专利技术所述的配重式变接触力压电电机，包括压电体和运动件，所述压电体通过弹性预压元件产生的弹性回复力与运动件相触，附图中，所述压电体通过弹性预压元件与纵向基座连接，该弹性预压元件的弹性伸缩方向与压电电机的作动方向相垂直；同时，所述压电体与横向基座铰接，且压电体与横向基座之间的连接连线平行于压电电机的作动方向。所述压电体包括动子头、横向压电叠堆和纵向压电叠堆；所述横向压电叠堆、纵向压电叠堆均包括纵振压电陶瓷片，且横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向平行，而所述纵横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向垂直；所述横向压电叠堆的一端与动子头固定连接，另一端则与横向基座铰接；所述纵向压电叠堆的一端与动子头固定连接，另一端则通过弹性预压元件与纵向基座连接。其中，图1公开了本专利技术所述的一种弹性预压元件的结构形式，该弹性预压元件包括第一弹簧、质量块以及第二弹簧，所述纵向压电叠堆依次通过第一弹簧、质量块以及第二弹簧与纵向基座连接；图2公开了本专利技术所述的另一种弹性预压元件的结构形式，该弹性预压元件包括第一弹簧、质量块以及第二弹簧，所述纵向压电叠堆通过第一弹簧悬垂质量块，同时所述纵向压电叠堆通过第二弹簧直接与纵向基座连接。当然地，本专利技术所述的压电体并不局限于附图所公开的结构形式，事实上，只需要将压电体通电后，所产生的振动方向与压电电机作动方向垂直的一面与纵向基座固定，而产生振动方向与压电电机作动方向平行的一面与横向基座固定，均在本专利技术所述的技术构思内。本专利技术的工作原理如下: 给横向和纵向叠层压电陶瓷施加两相频率相同，相位差恒定的正弦信号。此时，纵向叠层压电陶瓷作为激励元件，激励质量块振动，横向叠层压电陶瓷作为驱动元件，推动运动件运动。在一个作动周期T内，电机的动作时序如下: 在0-T/4，纵向叠层压电陶瓷激励质量块向上振动，动子头与运动件之间正压力增大，导致动子头与运动件接触面的摩擦力增大； 在T/4-T/2，横向叠层压电陶瓷伸长，动子头向叠层压电陶瓷伸长方向运动，由于摩擦力的作用，动子头推动运动件与其向相同方向运动； T/2-3T/4，质量块向下振动，动子头与运动件做分离运动，接触面的正压力消失，摩擦力也随之消失； T3/4-T，横向叠层压电陶瓷缩短，带动动子头向运动件运动的相反方向运动，由于动子头与运动件之间无摩擦力，运动件保持不运动。按上述时序重复，压电电机将推动运动件运动连续单向运动。改变两相电压的相位，即可实现运动件的反向运动。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种配重式变接触力压电电机，包括压电体和运动件，其特征在于：所述压电体通过弹性预压元件产生的弹性回复力与运动件相触，该弹性预压元件的弹性伸缩方向与压电电机的作动方向相垂直；同时，所述压电体与横向基座铰接，且压电体与横向基座之间的连接连线平行于压电电机的作动方向。

【技术特征摘要】
1.一种配重式变接触力压电电机，包括压电体和运动件，其特征在于:所述压电体通过弹性预压元件产生的弹性回复力与运动件相触，该弹性预压元件的弹性伸缩方向与压电电机的作动方向相垂直；同时，所述压电体与横向基座铰接，且压电体与横向基座之间的连接连线平行于压电电机的作动方向。2.根据权利要求1所述配重式变接触力压电电机，其特征在于:所述压电体包括动子头、横向压电叠堆和纵向压电叠堆；所述横向压电叠堆、纵向压电叠堆均包括纵振压电陶瓷片，且横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向平行，而所述纵横向压电叠堆的纵振压电陶瓷片堆叠方向与压电电机的作动方向垂直；所述横向压电叠堆的一端与动子头固定连接，另一端则与...

【专利技术属性】
技术研发人员：王寅，黄卫清，史小庆，陈西府，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32