[实用新型]驱动足偏置的双向运动压电电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种驱动足偏置的双向运动压电电机，属直线运动驱动和控制兼用的微型直线电机，特别是微小结构高能量密度的电动机技术领域。

背景技术

压电电机是一种利用压电材料的逆压电效应，通过压电体的各种变形模式，激发弹性体产生振动，利用定子和动子之间的摩擦使其产生相对运动的新型微型致动器。压电电机具有体积小、控制灵活、精度较高等优点，可作为嵌入式驱动广泛用于微小型的自动装置。目前的压电电动机有的体积虽小但其驱动力也小；有的需要二个共振模态合成二相电源驱动，但二相驱动对两个正交的共振模态频率一致性要求严格，在预压力的作用下容易发生频率漂移，破坏电机的两个模态频率简并，影响甚至阻碍驱动足运动，且二相驱动电路复杂，控制要求高，在一定程度上限制了二相驱动电机的产业化。单相驱动避免了二相驱动的频率简并和难以控制的缺点，减少外部的影响和工作的不稳定性，增加了设计的灵活性。

实用新型内容

       针对现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种驱动足偏置的双向运动压电电机，实现一种单相驱动、体积小、出力大、可双向运动、操作稳定、控制容易的压电电动机。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种驱动足偏置的双向运动压电电机，包括电机定子、压电陶瓷片及动子，所述的电机定子由开有通槽结构的矩形块体构成，呈“P”字型，矩形块体的长边一端凸起，形成电机定子的驱动足放置于动子上；所述矩形块体的上下二面和驱动足一侧的表面各粘贴一片压电陶瓷片；其中上下二面的压电陶瓷片极化方向相同，而驱动足一侧表面压电陶瓷片的极化方向与上下二面的压电陶瓷片极化方向相反。

       所述的电机定子的矩形块的长边一侧凸起部分为电机的驱动足，该偏置的驱动足利用了放大效应实现了对振动振幅的有效放大，增强了电机定子与动子之间的相对运动。驱动足偏置可以缩短电机振动力传递路径，有利于使电机承受较大预压力，产生较大的输出推力，同时不至于对所设计的电机振动振型产生过大影响。

所述的电机定子的矩形块体正面开有贯通的切槽，槽的形状、方向、大小、个数可以根据不同的电机设计需要确定。开槽的效果是在不同共振频率下的共振模态，获得互异的驱动足驱动方向，同时调节电机的阻抗到需要的范围。通过改变驱动电压频率便可以实现对电机定子驱动足运动方向的控制。

       所述的压电致动件为表面涂有银极的、沿厚度方向极化的压电陶瓷片，采用了上面、下面和侧面三片压电陶瓷片激励电机振动模态。激励电场的不同组合可以分别有效地激发出电机的各阶工作模态，以获得较高的机电耦合系数。为合理激发定子的工作模态，压电陶瓷片粘贴于该表面的振动节点附近。

       电机的工作方式为单相电源驱动工作。电机工作时三片压电陶片联动激励，使驱动足产生斜向往复运动。通过改变激励电压的频率便可改变驱动足的运动方向。

本实用新型与现有技术相比具有如下突出实质性特点和显著优点：

1. 电机定子为P型结构，结构简单，体积小，特别适合于微型化，制造工艺简单、成本低。同时该结构合理设计了电机工作时力的传递路径，预压力垂直作用于驱动足表面，驱动足及其下方为主要受力部分，可以承受较大的预压力，使得电机的推重比较大。粘贴压电陶瓷片的矩形块几乎不受力，避免了因外力造成的模态漂移，减小了理论分析与实际工作的模态频率误差。

2. 电机定子表面压电陶瓷片联动激励，采用单相驱动，避免了薄型构件因预压力而破坏频率简并，驱动电路简单，控制容易。

3. 电机定子矩形块部分开槽，实现了不同频率下对驱动足运动方向的控制。利用变换频率实现运动方向切换，工作稳定，不出现两相频率脱离简并问题，通过改变电源的驱动频率便可改变电机的运动方向，动作精确可调，位移和速度分辨率高，方向变换灵活。

4. 压电陶瓷片布置在振动节点附近，有效地激发出了定子的工作模态。电机定子开槽削弱了定子的弯曲刚度，增加驱动力的同时减少了电机的阻抗，能量交换方式合理，转换效率高。

5. 该电机可以作直线方向的直接驱动，无需直线运动转换机构，具有摩擦驱动特有的自锁功能，定位精度高。

       本实用新型既可以单独作为直线压电电机工作，也可以适当组合形成结构紧凑、相互解耦的多自由度驱动电机。当电机组合成多自由度结构形式时，可以消除现有的多自由度电机驱动齿间的运动干涉现象，因而具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的电机的结构示意图。

图2是电机定子在单相低频电压信号驱动下驱动足的运动状态，