[发明专利]一种具有半弯月形弹性体的压电马达

说明书

技术领域

本发明属于压电驱动领域，具体涉及一种具有半弯月形弹性体的压电马达。

背景技术

近年来，随着微纳米技术的迅猛发展，在光学工程、微电子制造、航空航天技术、超精密机械制造、生物医学等技术领域的研究都迫切需要结构简单、容差性强、大功率密度的驱动器。传统的步进电机功率-重量比低，而且电机高速运转后需要减速装置变速，致使传动系统复杂。显然，现有技术已不能满足工业领域的发展需求。

随着科技的发展，人们研制出利用功能材料构成的新型电机来实现超精密驱动，近年来此研究已取得了一系列的成果，如记忆合金电机、压电效应电机、电致伸缩电机和磁致伸缩电机等。其中，由于压电材料(PZT)具有线性好、控制方便、功率密度大、位移分辨率高、频率响应好、不发热、无电磁干扰等优点，因此压电型精密驱动技术已成为国内外重点研究方向。然而，现有的压电马达结构较为复杂，加工精度要求较高，且零部件之间多为刚性配合，磨损后无法工作，因此设计一种结构简单、容差性强、抗磨损的微小型压电马达已十分重要。

发明内容

为了解决传统步进电机功率密度小、结构复杂，而现有压电马达结构复杂、容差性差等技术问题，提出了一种具有半弯月形弹性体的压电马达，该驱动器由转子、压电振子、定子和半弯月形弹性体构成，所述压电振子提供垂直方向的激励，通过半弯月形弹性体的弹性变形产生圆周方向上的驱动能力，从而带动转子转动。本发明与现有压电马达相比，由于存在弹性结构，磨损后也能正常工作，具有结构简单，容差性强等优点；与传统的步进电机相比，本发明具有结构简单、功率密度高、发热少、无电磁波干扰等优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种具有半弯月形弹性体的压电马达，包括：转子、压电振子、定子和半弯月形弹性体，其中：所述转子为柱体结构，中间布置有一圆柱通孔即转子定位孔；所述压电振子由弹性基板和贴在其上表面的压电薄片材料组成；所述压电振子的一端通过焊接的方式与转子的侧面连接，另一端为自由端；所述半弯月形弹性体为上下底面为半弯月形的柱体结构，侧面由两个曲率不同的曲面和一个安装平面围成，其中两个曲面相交于一直线，交线即为接触直线；所述半弯月形弹性体上的安装平面通过胶粘的方式粘贴在所述压电振子自由端的下表面，且所述半弯月形弹性体上与上下底面相垂直的高度方向与所述压电振子的长度方向一致，以产生最大的旋转力矩；所述各半弯月形弹性体弯曲方向同为顺时针方向或同为逆时针方向；所述各半弯月形弹性体上的接触直线在同一平面上；所述定子由定子圆盘和与之相垂直的中心轴组成；所述转子上的转子定位孔与所述定子上的中心轴构成转动副，且所述半弯月形弹性体上的接触直线与所述定子圆盘的上表面相接触。

所述压电振子采用由一片压电薄片材料粘贴在弹性基板上形成的单晶片压电振子，或采用由两片压电薄片材料粘贴在弹性基板两侧形成的双晶片压电振子。

工作时，将定子固定，所述半弯月形弹性体上的接触直线与定子圆盘的上表面相接触，在压电振子上施加驱动电压，转子的上表面输出转矩。在所述压电振子上施加高频交流电压使其发生往复弯曲变形，压电振子的自由端产生垂直方向的激励，当压电振子带动半弯月形弹性体从上极限位置向下运动时，所述半弯月形弹性体受到挤压发生弹性变形，此时由于正压力增大，摩擦力也较大，所述半弯月形弹性体上的接触直线与工作面相接触不会发生滑移，因此与所述半弯月形弹性体上端相连接的压电振子的自由端向下振动的同时会产生一个水平方向的正向位移，即由上极限“位置1”运动到下极限“位置2”，由于有中心轴的限制，所述压电振子会带动转子产生一个正向转角；当压电振子带动半弯月形弹性体从下极限位置向上运动时，此时正压力突然减小甚至暂时性的消失，所述半弯月形弹性体逐渐恢复原状，在恢复原状的过程中由于摩擦力减小甚至消失，即在向上振动的同时所述半弯月形弹性体上端的安装平面在弹性回复力和摩擦力的共同作用下产生一个微小的逆向位移，所述半弯月形弹性体下端的接触直线发生滑移产生一个总的正向位移，即由下极限“位置2”运动到上极限“位置3”，由于有中心轴的限制，所述压电振子会带动转子产生一个总的正向转角，完成一个工作循环，在此过程中，半弯月形弹性体上与工作平面相接触的接触直线向前运动一个步长，在交变电压作用下，实现定向的步进驱动能力。

附图说明

图1是本发明一种具有半弯月形弹性体的压电马达结构示意图。

图2是本发明一种具有半弯月形弹性体的压电马达各零件安装关系示意图。