一種慣性壓電驅動電機制造技術

本發明專利技術涉及一種慣性壓電驅動電機，包括壓電振子、質量塊、旋轉臺、底座和復合懸臂，其中所述壓電振子的兩端分別固定連接在所述質量塊和旋轉圓盤上；所述旋轉臺包括旋轉圓盤和旋轉軸兩部分；所述復合懸臂為薄片型結構且由高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料層合構成，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不同，所述復合懸臂固定連接在旋轉圓盤下表面，所述高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料的層合面過旋轉圓盤直徑；所述底座與旋轉軸構成轉動副，壓電振子振動帶動質量塊振動，慣性使復合懸臂產生彎曲，由于復合懸臂的兩種材料摩擦系數不同，產生旋轉運動，本發明專利技術具有壽命長、容錯性強、精度要求低等優點。

【技術實現步驟摘要】
一種慣性壓電驅動電機
本專利技術屬于壓電驅動領域，具體涉及一種慣性壓電驅動電機。
技術介紹
近年來，隨著微納米技術的迅猛發展，在光學工程、微電子制造、航空航天技術、超精密機械制造、生物醫學等
的研究都迫切需要容差性強、結構簡單的驅動器。隨著科技的發展，人們研制出利用功能材料構成的新型電機來實現超精密驅動，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、頻率響應好、不發熱、無電磁干擾等優點，因此壓電型精密驅動技術已成為國內外重點研究方向。然而，現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。
技術實現思路
為了解決現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動電機，該電機由壓電振子、質量塊、旋轉臺、底座和復合懸臂構成，壓電振子施加交流電后產生往復彎曲變形并帶動質量塊振動，慣性力使復合懸臂產生彎曲變形，結合復合懸臂兩種不同摩擦系數材料的作用，一個周期內，復合懸臂順時針和逆時針轉動時所受摩擦力不同，電機在復合懸臂受摩擦力小時轉動的總角度大于受摩擦力大時轉動的總角度，故在一個周期末，電機向復合懸臂受摩擦力小時的方向轉動。本專利技術與現有壓電電機相比，由于存在彈性結構，磨損后也能正常工作，具有壽命長、容差性強等優點。為了實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：本專利技術一種慣性壓電驅動電機，包括壓電振子、質量塊、旋轉臺和底座，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復合懸臂，其中所述壓電振子的兩端分別固定連接在所述質量塊和旋轉圓盤上；所述旋轉臺包括旋轉圓盤和旋轉軸兩部分，所述旋轉圓盤和所述旋轉軸固定連接，所述旋轉軸的軸線垂直于所述旋轉圓盤的上表面；所述壓電振子由壓電陶瓷和彈性基板粘接構成，所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面與所述旋轉圓盤上表面垂直，所述壓電陶瓷和彈性基板的粘接面過旋轉圓盤的直徑；所述復合懸臂為薄片型結構且由高摩擦彈性材料和低摩擦彈性材料層合構成，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大于所述低摩擦彈性材料的摩擦系數，所述復合懸臂粘接布置在旋轉圓盤下表面，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軸呈逆時針，由于旋轉臺重力的作用所述復合懸臂接觸底座；所述底座與旋轉軸構成轉動副，旋轉軸輸出轉矩。工作時，壓電振子作為動力源在交變電壓的作用下發生往復彎曲變形，慣性力使復合懸臂產生彎曲變形，結合復合懸臂兩種不同摩擦系數材料的作用，一個周期內，復合懸臂順時針和逆時針轉動時所受摩擦力不同，電機在復合懸臂受摩擦力小時轉動的總角度大于受摩擦力大時轉動的總角度，故在一個周期末，電機向復合懸臂受摩擦力小時的方向轉動。在一個周期內，零到四分之一周期時，壓電振子彎曲，質量塊受到壓電振子沿圓盤切向向右的作用力并向右運動，旋轉圓盤受到向左的反作用力并順時針運動，復合懸臂彎曲，摩擦系數較大的高摩擦彈性材料接觸底座，旋轉圓盤第一次順時針轉動，四分之一周期末時電機的狀態如圖3中的上側圖虛線所示，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，旋轉圓盤受到向右的反作用力并逆時針運動，摩擦系數較小的低摩擦彈性材料接觸底座，旋轉圓盤第一次逆時針轉動，四分之三周期末時電機的狀態如圖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，旋轉圓盤受到向左的反作用力并順時針運動，摩擦系數較大的高摩擦彈性材料接觸底座，旋轉圓盤第二次順時針轉動，一個周期末時電機的狀態如圖3中的下側圖虛線所示，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大于低摩擦彈性材料，故高摩擦彈性材料產生的摩擦力大于低摩擦彈性材料產生的摩擦力，旋轉圓盤第一次順時針和第二次順時針轉動時的摩擦力大于第一次逆時針轉動時的摩擦力，故旋轉圓盤第一次順時針和第二次順時針轉動時的總角度小于第一次逆時針轉動時的總角度，電機逆時針轉動。附圖說明圖1是本專利技術一種慣性壓電驅動電機的裝配圖。圖2是本專利技術中復合懸臂的結構示意圖。圖3是本專利技術的局部運動示意圖。具體實施方式參照圖1和圖2，包括壓電振子1、質量塊2、旋轉臺3和底座4，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復合懸臂5，其中所述壓電振子1的兩端分別固定連接在所述質量塊2和旋轉圓盤31上；所述旋轉臺3包括旋轉圓盤31和旋轉軸32兩部分，所述旋轉圓盤31和所述旋轉軸32固定連接，所述旋轉軸32的軸線垂直于所述旋轉圓盤31的上表面；所述壓電振子1由壓電陶瓷11和彈性基板12粘接構成，所述壓電陶瓷11和彈性基板12的粘接面與所述旋轉圓盤31上表面垂直，所述壓電陶瓷11和彈性基板12的粘接面過旋轉圓盤31的直徑；所述復合懸臂5為薄片型結構且由高摩擦彈性材料51和低摩擦彈性材料52層合構成，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的摩擦系數大于所述低摩擦彈性材料52的摩擦系數，所述復合懸臂5粘接布置在旋轉圓盤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的外法線繞旋轉軸32呈逆時針，由于旋轉臺3重力的作用所述復合懸臂5接觸底座4；所述底座4與旋轉軸32構成轉動副，旋轉軸32輸出轉矩。工作時，壓電振子1作為動力源在交變電壓的作用下發生往復彎曲變形，慣性力使復合懸臂5產生彎曲變形，結合復合懸臂5兩種不同摩擦系數材料的作用，一個周期內，復合懸臂5順時針和逆時針轉動時所受摩擦力不同，電機在復合懸臂5受摩擦力小時轉動的總角度大于受摩擦力大時轉動的總角度，故在一個周期末，電機向復合懸臂5受摩擦力小時的方向轉動。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種慣性壓電驅動電機，包括壓電振子(1)、質量塊(2)、旋轉臺(3)和底座(4)，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復合懸臂(5)，其中：所述壓電振子(1)的兩端分別固定連接在所述質量塊(2)和旋轉圓盤(31)上；所述旋轉臺(3)包括旋轉圓盤(31)和旋轉軸(32)兩部分，所述旋轉圓盤(31)和所述旋轉軸(32)固定連接，所述旋轉軸(32)的軸線垂直于所述旋轉圓盤(31)的上表面；所述壓電振子(1)由壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)粘接構成，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面與所述旋轉圓盤(31)上表面垂直，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面過旋轉圓盤(31)的直徑；所述復合懸臂(5)為薄片型結構且由高摩擦彈性材料(51)和低摩擦彈性材料(52)層合構成，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)的摩擦系數大于所述低摩擦彈性材料(52)的摩擦系數，所述復合懸臂(5)粘接布置在旋轉圓盤(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)的外法線繞旋轉軸(32)呈逆時針；所述底座(4)與旋轉軸(32)構成轉動副。...

【技術特征摘要】
1.一種慣性壓電驅動電機，包括壓電振子(1)、質量塊(2)、旋轉臺(3)和底座(4)，其特征在于還包括兩種材料層合形成的復合懸臂(5)，其中：所述壓電振子(1)的兩端分別固定連接在所述質量塊(2)和旋轉圓盤(31)上；所述旋轉臺(3)包括旋轉圓盤(31)和旋轉軸(32)兩部分，所述旋轉圓盤(31)和所述旋轉軸(32)固定連接，所述旋轉軸(32)的軸線垂直于所述旋轉圓盤(31)的上表面；所述壓電振子(1)由壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)粘接構成，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面與所述旋轉圓盤(31)上表面垂直，所述壓電陶瓷(11)和彈性基板(12)的粘接面過旋轉圓盤...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳越，楊志剛，劉慶萍，王京春，王旭，宋正義，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發明
國別省市：吉林;22