專(zhuān)利名稱(chēng)：壓電電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電電機(jī)，屬于壓電精密致動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著微/納米技術(shù)的發(fā)展，眾多工程技術(shù)領(lǐng)域的研究都迫切需要亞微米級(jí)、微/納米級(jí)的精密作動(dòng)器，但是基于電磁感應(yīng)原理的電磁電機(jī)在微型化、高功重比的發(fā)展方向上很難突破。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型功能材料為這些應(yīng)用提出了新的解決方案，其中，逆壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及具有優(yōu)越性能的壓電陶瓷(PZT)材料的出現(xiàn)使得壓電精密作動(dòng)器的研究得到了廣泛關(guān)注，并在精密作動(dòng)領(lǐng)域顯示出了廣泛的應(yīng)用前景。
壓電陶瓷作為作動(dòng)器的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)是自身剛度較大，具有較高的負(fù)載能力和較寬的頻率響應(yīng)，但是壓電陶瓷的輸出應(yīng)變較小，不能滿(mǎn)足現(xiàn)有應(yīng)用的需求。針對(duì)這一矛盾，目前有兩種解決方法一是利用結(jié)構(gòu)共振，就是利用壓電陶瓷作為激勵(lì)元件激發(fā)結(jié)構(gòu)的共振，以達(dá)到放大壓電陶瓷微應(yīng)變的目的，這類(lèi)技術(shù)方案主要是超聲電機(jī)；二是采用疊層壓電堆，就是將多層片狀壓電陶瓷疊放，在機(jī)械上串聯(lián)，電學(xué)上并聯(lián)，這樣的好處是以較低的電壓實(shí)現(xiàn)較大的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，目前主要的技術(shù)方案是尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)。尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)采用的是一種仿生型的工作原理，其動(dòng)子由兩個(gè)箝位單元和一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元組成，每個(gè)單元都是一個(gè)疊層壓電堆，箝位單元和驅(qū)動(dòng)單元垂直相連，三者組成“工”字形，其中“工”字的兩橫代表箝位單元，箝位單元可以沿橫線方向伸長(zhǎng)，一豎代表驅(qū)動(dòng)單元，驅(qū)動(dòng)單元可以沿豎線方向伸長(zhǎng)，整個(gè)“工”字形動(dòng)子由兩個(gè)平行的固定導(dǎo)軌夾在中間，導(dǎo)軌的方向與“工”字形動(dòng)子驅(qū)動(dòng)單元伸長(zhǎng)的方向平行。尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)工作時(shí)序如下
第一步，“工”字形動(dòng)子下面的箝位單元伸長(zhǎng)并鎖緊平行導(dǎo)軌；
第二步，驅(qū)動(dòng)單元伸長(zhǎng)，這樣“工”字形動(dòng)子上面的箝位單元向上步進(jìn)一段距離； 第三步，工字動(dòng)子上面的箝位單元伸長(zhǎng)鎖緊平行導(dǎo)軌；
第四步，工字動(dòng)子下面的箝位單元縮短松開(kāi)平行導(dǎo)軌；
第五步，驅(qū)動(dòng)單元縮短，這樣“工”字形動(dòng)子下面的箝位單元向上步進(jìn)一段距離；至此“工”字形動(dòng)子整體向上步進(jìn)了一段距離，重復(fù)以上步驟，動(dòng)子將實(shí)現(xiàn)連續(xù)步進(jìn)。由以上原理分析可以看出，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)有以下四個(gè)技術(shù)難題
第一，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)的關(guān)鍵是要兩個(gè)箝位單位能夠交替鎖緊
平行導(dǎo)軌，而兩個(gè)箝位單元在運(yùn)動(dòng)方向上相隔一段距離，這要求平行導(dǎo)軌的平行度要足夠高，現(xiàn)有技術(shù)條件下，要實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的兩個(gè)導(dǎo)軌具有較高的平行度很困難，需要較高的制作成本；
第二，尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)的平行導(dǎo)軌是固定的，箝位單元兩端的磨損將最終導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)箝位，導(dǎo)致失效；
第三，疊層壓電堆只能承受較小的拉力，但能承受較大的推力，因此，在驅(qū)動(dòng)單元縮短時(shí)，疊層壓電堆的做功能力就很小，這就降低動(dòng)子的效率；第四，在所有疊層壓電堆都斷電的情況下，箝位單元與平行導(dǎo)軌之間的鎖緊力遠(yuǎn)小于箝位單元鎖緊平行導(dǎo)軌的鎖緊力，因此尺蠖式箝位步進(jìn)壓電電機(jī)幾乎沒(méi)有斷電自鎖的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種壓電電機(jī)，其具有推力大、制作成本低、壽命長(zhǎng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備斷電自鎖功能。為實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案
一種壓電電機(jī)，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，所述壓電體通過(guò)彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸，所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和 驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。所述導(dǎo)向盒的盒面開(kāi)設(shè)工字形貫穿割縫，該工字形貫穿割縫包括兩條橫向割縫以及連接在兩條橫向割縫之間的豎向割縫，每一條橫向割縫的兩端均設(shè)置柔性鉸鏈，且豎向割縫相對(duì)于兩條橫向割縫的中心連線偏置；所述兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區(qū)域?yàn)樽鲃?dòng)單元安裝面。所述橫向割縫的兩端通過(guò)以下方式設(shè)置柔性鉸鏈先將每一條橫向割縫的兩端均向外垂直地延伸以形成橫向割縫豎向延伸段，使得橫向割縫豎向延伸段端部相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距小于橫向割縫相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距；然后將橫向割縫豎向延伸段的端部設(shè)置成圓孔即可。所述壓電作動(dòng)單元為兩組，該兩組壓電作動(dòng)單元并排布置，且兩組壓電作動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)足通過(guò)螺紋緊固件連接；所述導(dǎo)向盒的盒面對(duì)應(yīng)于兩組壓電作動(dòng)單元分別設(shè)置相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面，每組壓電作動(dòng)單元的基體分別與相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面固定。所述的兩組壓電作動(dòng)單元中，各組疊層壓電堆的激勵(lì)電源為相位上兩兩相差π /2的正弦電壓信號(hào)。所述壓電作動(dòng)單元呈等腰直角三角形設(shè)置；驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的頂角部位，而基體則設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的底面，且基體分別在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩底角部位向外延伸以分別對(duì)應(yīng)地形成兩安裝部，兩安裝部之間設(shè)置懸臂橫梁，且該懸臂橫梁的懸臂端位于基體上設(shè)置的限位凸臺(tái)上方；兩組疊層壓電堆對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩側(cè)腰，且兩組疊層壓電堆通過(guò)貫穿懸臂橫梁的預(yù)緊螺桿組件壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間。所述彈性連接件為板簧，所述板簧的兩端之間設(shè)置有柔性連接段，所述板簧的一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與預(yù)緊螺桿組件相觸。所述預(yù)緊螺桿組件包括預(yù)緊螺桿以及與預(yù)緊螺桿螺紋配合的預(yù)緊螺母，該預(yù)緊螺桿的一端穿過(guò)懸臂橫梁后與預(yù)緊螺母螺紋配合連接，另一端則穿過(guò)基體后與驅(qū)動(dòng)足螺紋連接。
所述預(yù)緊螺桿上設(shè)置有限位凸緣，該限位凸緣靠近驅(qū)動(dòng)足設(shè)置。所述運(yùn)動(dòng)件為轉(zhuǎn)子或者動(dòng)子。根據(jù)以上的技術(shù)方案，相應(yīng)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
.1、本發(fā)明所述驅(qū)動(dòng)足始終由預(yù)緊設(shè)置的彈性連接件壓緊在運(yùn)動(dòng)件上，因此，這種構(gòu)造致使本發(fā)明所述壓電電機(jī)具有斷電自鎖功能；
.2、本發(fā)明將壓電作動(dòng)單元并排設(shè)置為兩組，同時(shí)采用緊固件將兩者的驅(qū)動(dòng)足固定在一起，由此可知，本發(fā)明所述的一對(duì)驅(qū)動(dòng)足在動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)方向上處于同一位置而且彼此靠近，通過(guò)對(duì)彼此疊層壓電堆施加相應(yīng)的激勵(lì)電源，可以使得兩驅(qū)動(dòng)足在工作時(shí)交替差動(dòng)，充分利用疊層壓電堆抗壓剛度大的優(yōu)勢(shì)，再加上驅(qū)動(dòng)足依靠彈性連接件提供壓電電機(jī)產(chǎn)生摩擦力所需的接觸力，導(dǎo)致本發(fā)明不僅提高了壓電電機(jī)的推力，還保證了該壓電電機(jī)所提供推力的穩(wěn)定性；
.3、本發(fā)明將壓電作動(dòng)單元設(shè)置為兩組，因此，通過(guò)對(duì)各疊層壓電堆施加相應(yīng)的激勵(lì)電源，可以致使本發(fā)明分別工作在直動(dòng)模式或者步進(jìn)模式，這兩種工作模式可以保證本發(fā)明所述壓電電機(jī)同時(shí)具備大行程和高精度的優(yōu)點(diǎn)；
.4、本發(fā)明所述壓電體(定子)工作時(shí)的箝位力由預(yù)緊設(shè)置的彈性連接件提供，因此，即便驅(qū)動(dòng)足因長(zhǎng)期使用而致使磨損后，壓電電機(jī)也能正常工作，故而本發(fā)明能夠極大地提高壓電電機(jī)的使用壽命；
.5、本發(fā)明所述壓電電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度較大，可在較寬的頻帶運(yùn)行，這利于作動(dòng)系統(tǒng)的速度速度控制；
.6、本發(fā)明所述壓電電機(jī)中的導(dǎo)向盒及作動(dòng)單元都可以采用線切割的方法一次加工出來(lái)，易于實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。


圖1是本發(fā)明所述壓電電機(jī)(不帶運(yùn)動(dòng)件)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所述壓電電機(jī)(不帶運(yùn)動(dòng)件)各構(gòu)成組件的結(jié)構(gòu)分解圖。圖3 (b)是圖I的右視圖；圖3 (a)是圖3 (b)的A-A剖視圖。圖4 (b)是本發(fā)明所述作動(dòng)單元的俯視圖；圖4 Ca)是圖4 (b)的B-B剖視圖。圖5是本發(fā)明所述直線壓電電機(jī)的結(jié)構(gòu)不意圖；其中圖5 (a)為正視圖，圖5 (b)為圖5 Ca)的左視圖。圖6是本發(fā)明所述旋轉(zhuǎn)壓電電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖6 (a)為正視圖，圖6 (b)為圖6 Ca)的左視圖。圖1至圖6中1_第一組壓電作動(dòng)單元；2-第二組壓電作動(dòng)單元；3-導(dǎo)向盒；4-預(yù)壓板簧；5_動(dòng)子；6_轉(zhuǎn)子；11_第一組疊層壓電堆；12_第二組疊層壓電堆；13_驅(qū)動(dòng)足；
14-預(yù)緊螺桿；15_預(yù)緊螺母；16_基體；21、22、23、31、32_螺釘；33_預(yù)緊螺釘。
具體實(shí)施例方式附圖非限制性地公開(kāi)了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖5、圖6所示，本發(fā)明所述壓電電機(jī)，包括壓電體、彈性連接件以及運(yùn)動(dòng)件，壓電體通過(guò)彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸，即壓電體的驅(qū)動(dòng)足通過(guò)彈性連接件所提供的彈力，始終壓緊在運(yùn)動(dòng)件上，所述運(yùn)動(dòng)件可以為圖5所示的動(dòng)子，此時(shí)本發(fā)明所述壓電電機(jī)為直線壓電電機(jī)；也可以為圖6所示的轉(zhuǎn)子，此時(shí)本發(fā)明所述壓電電機(jī)為旋轉(zhuǎn)壓電電機(jī)。本發(fā)明所述的壓電體，如圖I至4所示，包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)腔的壓電作動(dòng)單元，所述壓電作動(dòng)單位可以為一組，此時(shí)，構(gòu)成本發(fā)明所述壓電電機(jī)只能工作在直動(dòng)模式；也可以為兩組，此時(shí)，該兩組壓電作動(dòng)單元并排設(shè)置，通過(guò)施加適合的激勵(lì)電源，可以使得構(gòu)成本發(fā)明的壓電電機(jī)工作在步進(jìn)模式，其中
所述導(dǎo)向盒，如圖1-3所示，其外形為一長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，該長(zhǎng)方體形狀的導(dǎo)向盒在其一組相對(duì)的盒面分別開(kāi)設(shè)工字形貫穿割縫，附圖中為長(zhǎng)方體的頂面、底面分別開(kāi)設(shè)工字形貫穿割縫；該工字形貫穿割縫包括兩條橫向割縫以及連接在兩條橫向割縫之間的豎向割縫，每一條橫向割縫的兩端均設(shè)置柔性鉸鏈，該柔性鉸鏈的設(shè)置可允許固定在導(dǎo)向盒裝配面上的作動(dòng)單元在沿橫向割縫方向上微動(dòng)的同時(shí)受到較小的阻力，且豎向割縫相對(duì)于兩條橫向割 縫的中心連線偏置，附圖中，豎向割縫偏向于導(dǎo)向盒的右側(cè)面設(shè)置；所述兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區(qū)域?yàn)樽鲃?dòng)單元安裝面。本發(fā)明中，所述橫向割縫的兩端通過(guò)以下方式設(shè)置柔性鉸鏈先將每一條橫向割縫的兩端均向外垂直地延伸以形成橫向割縫豎向延伸段，使得該條橫向割縫豎向延伸段端部相對(duì)于導(dǎo)向盒本體相鄰端面的間距小于橫向割縫相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距，據(jù)圖可知，對(duì)于上方的橫向割縫，其兩端與左側(cè)、右側(cè)的間距小于其橫向割縫豎向延伸段端部與背面的間距，而對(duì)于下方的橫向割縫，其兩端與左側(cè)、右側(cè)的間距小于其橫向割縫豎向延伸段端部與正面的間距；然后將橫向割縫豎向延伸段的端部設(shè)置成圓孔即可。所述導(dǎo)向盒在正面、背面開(kāi)設(shè)貫穿的長(zhǎng)方體容納腔，用于容納壓電作動(dòng)單元；該長(zhǎng)方體容納腔位于導(dǎo)向盒頂面、背面的正中，左右兩側(cè)介于豎向割縫和橫向割縫的端部圓孔之間。所述導(dǎo)向盒在每一個(gè)作動(dòng)單元安裝面上均開(kāi)設(shè)兩個(gè)沉頭孔，分別用于安裝兩個(gè)壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒在豎向割縫的右側(cè)縱向開(kāi)設(shè)兩個(gè)沉頭貫穿孔，用于將導(dǎo)向盒安裝到電機(jī)支架上；導(dǎo)向盒的右側(cè)面橫向開(kāi)設(shè)兩個(gè)螺紋孔，用于安裝彈性連接件；導(dǎo)向盒的背面開(kāi)設(shè)一個(gè)螺紋孔，用于安裝使得彈性連接件發(fā)生變形的調(diào)節(jié)螺釘。所述壓電作動(dòng)單元，如圖2-4所示，呈軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，附圖中呈倒置的等腰直角三角形設(shè)置，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的頂角部位，而基體則設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的底面，且基體分別在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩底角部位向外延伸以分別對(duì)應(yīng)地形成兩安裝部，以將基體固定安裝到導(dǎo)向盒上所設(shè)置的作動(dòng)單元安裝面，兩安裝部之間設(shè)置懸臂橫梁，即懸臂橫梁的一端與其中一個(gè)安裝部固定，另一端則活動(dòng)設(shè)置，活動(dòng)端即為懸臂端，通過(guò)割縫隔開(kāi)懸臂橫梁懸臂端與另一個(gè)安裝部之間的連接，且該懸臂橫梁的懸臂端位于基體上設(shè)置的限位凸臺(tái)上方；兩組疊層壓電堆對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩側(cè)腰，且兩組疊層壓電堆通過(guò)貫穿懸臂橫梁的預(yù)緊螺桿組件壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間，為便于預(yù)緊螺桿組件的安裝，本發(fā)明在懸臂橫梁上設(shè)置凸臺(tái)，以增加預(yù)緊螺桿組件與懸臂橫梁之間的連接面積；疊層壓電堆呈正方形棱柱狀，該疊層壓電堆的兩端面分別與基體和驅(qū)動(dòng)足緊貼。由此可知，本發(fā)明所述基體占據(jù)了該倒置的等腰直角三角形的上半部分，且基體與兩疊層壓電堆的接觸面相互垂直，同時(shí)基體與兩疊層壓電堆的接觸面通過(guò)平面柔性鉸鏈設(shè)置于基體上，該平面柔性鉸鏈的設(shè)置可保證疊層壓電堆與基體接觸的表面受力均勻。本發(fā)明所述預(yù)緊螺桿組件包括預(yù)緊螺桿以及與預(yù)緊螺桿螺紋配合的預(yù)緊螺母，該預(yù)緊螺桿的一端穿過(guò)懸臂橫梁后與預(yù)緊螺母螺紋配合連接，另一端則穿過(guò)基體后與驅(qū)動(dòng)足螺紋連接。為限制預(yù)緊螺桿與驅(qū)動(dòng)足之間的安裝，本發(fā)明在所述預(yù)緊螺桿上設(shè)置有限位凸緣，該限位凸緣靠近驅(qū)動(dòng)足設(shè)置。使用時(shí)，預(yù)緊螺桿與驅(qū)動(dòng)足上螺紋孔旋緊至該限位凸緣即可。本發(fā)明所述驅(qū)動(dòng)足整體外形為一軸對(duì)稱(chēng)五邊形，其中心開(kāi)有貫穿孔，通過(guò)緊固件將兩組壓電作動(dòng)單元連接，驅(qū)動(dòng)足與兩疊層壓電堆緊貼的接觸面相互垂直，且關(guān)于對(duì)稱(chēng)軸對(duì)稱(chēng)，其中心的貫穿孔的圓心通過(guò)對(duì)稱(chēng)軸，其在垂直于對(duì)稱(chēng)軸的平面上沿對(duì)稱(chēng)軸開(kāi)有用于 安裝預(yù)緊螺桿的螺紋孔，該螺紋孔一端止于中心貫穿孔的內(nèi)表面。所述彈性連接件，為預(yù)壓板簧，該預(yù)壓板簧的一端通過(guò)螺釘31、32固定安裝在導(dǎo)向盒的右側(cè)，另一端則壓緊在預(yù)緊螺栓上端，且預(yù)壓板簧設(shè)置有柔性連接段，該柔性連接段呈C型，所述C型柔性連接段遠(yuǎn)離板簧固定端的端部通過(guò)預(yù)緊螺釘固定安裝在導(dǎo)向盒的背面，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)預(yù)緊螺釘33，以實(shí)現(xiàn)預(yù)壓板簧與預(yù)緊螺栓之間的預(yù)緊力調(diào)節(jié)。通過(guò)對(duì)疊層壓電堆施加不同頻率的激勵(lì)電源，可以使得本發(fā)明處于不同的工作模式。如圖5和圖6所示，該壓電電機(jī)可以根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)兩種工作模式
第一種、直動(dòng)模式控制壓電作動(dòng)單元I或2中的一組疊層壓電堆的變形即可以推動(dòng)動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6實(shí)現(xiàn)高分辨率的精確定位；
第二種、步進(jìn)模式用四路兩兩相位差n/2的正弦電壓信號(hào)分別激勵(lì)四組疊層壓電堆，此時(shí)四組疊層壓電堆將交替周期性伸縮，這時(shí)兩作動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)足頂端面上點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為圓，在一個(gè)作動(dòng)周期T內(nèi)，電機(jī)的動(dòng)作時(shí)序如下
在0-T/2,作動(dòng)單元I與動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6接觸并推動(dòng)動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6運(yùn)動(dòng),作動(dòng)單元2與動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6分離；
在T/2-T,作動(dòng)單元2與動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6接觸并推動(dòng)動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6運(yùn)動(dòng),作動(dòng)單元I與動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6分離；
按上述時(shí)序重復(fù)，壓電電機(jī)將推動(dòng)動(dòng)子5或轉(zhuǎn)子6連續(xù)單向運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
一對(duì)驅(qū)動(dòng)足的高度務(wù)必平齊以保證它們能夠同時(shí)接觸動(dòng)子或轉(zhuǎn)子；裝配后一對(duì)驅(qū)動(dòng)足與動(dòng)子或轉(zhuǎn)子的接觸力應(yīng)盡量相同，基體上部橫梁的抗彎剛度設(shè)計(jì)以能夠?yàn)榀B層壓電堆提供合適的預(yù)緊力作為依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種壓電電機(jī)，其特征在于，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，壓電體通過(guò)彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸；所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述導(dǎo)向盒的盒面開(kāi)設(shè)工字形貫穿割縫，該工字形貫穿割縫包括兩條橫向割縫以及連接在兩條橫向割縫之間的豎向割縫，每一條橫向割縫的兩端均設(shè)置柔性鉸鏈，且豎向割縫相對(duì)于兩條橫向割縫的中心連線偏置；所述兩條橫向割縫、豎向割縫之間圍成的區(qū)域?yàn)樽鲃?dòng)單元安裝面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述橫向割縫的兩端通過(guò)以下方式設(shè)置柔性鉸鏈先將每一條橫向割縫的兩端均向外垂直地延伸以形成橫向割縫豎向延伸段，使得橫向割縫豎向延伸段端部相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距小于橫向割縫相對(duì)于導(dǎo)向盒本體端面的間距；然后將橫向割縫豎向延伸段的端部設(shè)置成圓孔即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述壓電作動(dòng)單元為兩組，該兩組壓電作動(dòng)單元并排布置，且兩組壓電作動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)足通過(guò)螺紋緊固件連接；所述導(dǎo)向盒的盒面對(duì)應(yīng)于兩組壓電作動(dòng)單元分別設(shè)置相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面，每組壓電作動(dòng)單元的基體分別與相應(yīng)的作動(dòng)單元安裝面固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述的兩組壓電作動(dòng)單元中，各組疊層壓電堆的激勵(lì)電源為相位上兩兩相差η/2的正弦電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述壓電作動(dòng)單元呈等腰直角三角形設(shè)置；驅(qū)動(dòng)足設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的頂角部位，而基體則設(shè)置于該等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的底面，且基體分別在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩底角部位向外延伸以分別對(duì)應(yīng)地形成兩安裝部，兩安裝部之間設(shè)置懸臂橫梁，且該懸臂橫梁的懸臂端位于基體上設(shè)置的限位凸臺(tái)上方；兩組疊層壓電堆對(duì)稱(chēng)地設(shè)置在等腰直角三角形壓電作動(dòng)單元的兩側(cè)腰，且兩組疊層壓電堆通過(guò)貫穿懸臂橫梁的預(yù)緊螺桿組件壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述彈性連接件為板簧，所述板簧的兩端之間設(shè)置有柔性連接段，所述板簧的一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與預(yù)緊螺桿組件相觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述預(yù)緊螺桿組件包括預(yù)緊螺桿以及與預(yù)緊螺桿螺紋配合的預(yù)緊螺母，該預(yù)緊螺桿的一端穿過(guò)懸臂橫梁后與預(yù)緊螺母螺紋配合連接，另一端則穿過(guò)基體后與驅(qū)動(dòng)足螺紋連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述預(yù)緊螺桿上設(shè)置有限位凸緣，該限位凸緣靠近驅(qū)動(dòng)足設(shè)置。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述壓電電機(jī)，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)件為轉(zhuǎn)子或者動(dòng)子。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種壓電電機(jī)，包括壓電體、運(yùn)動(dòng)件以及彈性連接件，所述壓電體通過(guò)彈性連接件的彈性形變與運(yùn)動(dòng)件彈性相觸，所述壓電體包括導(dǎo)向盒以及置于導(dǎo)向盒內(nèi)的壓電作動(dòng)單元；導(dǎo)向盒包括導(dǎo)向盒本體以及設(shè)置于導(dǎo)向盒本體的作動(dòng)單元安裝面，所述作動(dòng)單元安裝面與導(dǎo)向盒本體之間柔性連接；壓電作動(dòng)單元為軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，包括基體、驅(qū)動(dòng)足以及壓設(shè)在基體和驅(qū)動(dòng)足之間的兩組疊層壓電堆，基體與作動(dòng)單元安裝面固定連接，而驅(qū)動(dòng)足伸出導(dǎo)向盒內(nèi)腔后與運(yùn)動(dòng)件相觸；彈性連接件一端與導(dǎo)向盒本體固定，另一端則與基體相背于驅(qū)動(dòng)足的端部相觸；每組疊層壓電堆均與相應(yīng)的激勵(lì)電源連接。因此，本發(fā)明具有推力大、制作成本低、壽命長(zhǎng)、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備斷電自鎖功能。
文檔編號(hào)H02N2/12GK102857138SQ20121026817
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者黃衛(wèi)清, 王寅 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)