CN1514534A - 可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 - Google Patents
可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 Download PDFInfo
- Publication number
- CN1514534A CN1514534A CNA031461603A CN03146160A CN1514534A CN 1514534 A CN1514534 A CN 1514534A CN A031461603 A CNA031461603 A CN A031461603A CN 03146160 A CN03146160 A CN 03146160A CN 1514534 A CN1514534 A CN 1514534A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- micro motor
- electrode
- stator
- rod
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 65
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 13
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 6
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910052571 earthenware Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明公开了属于精密机电技术范围的基于弯曲谐振模态激励的一种可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达及其激励方法。圆棒状压电陶瓷微马达以其定子的形状分为U型、X型两种结构。都是由压电陶瓷圆棒、定子、转子、张力弹簧构成其圆棒状压电陶瓷微马达的激励方法是基于棒状陶瓷的弯曲谐振模态激励，有利用陶瓷D33值激励陶瓷棒弯曲谐振模态偶对电极法和利用陶瓷D31值激励陶瓷棒弯曲谐振模态四电极法两种激励方式。本发明的微马达的两种结构都是利用棒状陶瓷做激励元件，轴输出力矩都是基于弯曲振动模式。结构简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明属于精密机电技术范围，特别涉及基于弯曲谐振模态激励的一种可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达及其激励方法。
背景技术
在<Japanese Journal of Applied Physics，Part 1＞1999年第38卷第5B册第3347-3350页中提出一种由Morita，Takeshi设计制作的直径2.4mm的压电筒状压电陶瓷微马达，是在筒状压电陶瓷两端的外侧各均匀分布的四个电极，陶瓷管内侧有内电极。两个转子通过连接轴穿过筒状压电陶瓷的中孔，由套在连接轴一端上的张力弹簧及螺母固定在筒状压电陶瓷的两端。极化时，四个外部电极接正电压，内电极接地线，将压电陶瓷沿径向极化；驱动时，四个电极分别接相位差90度的正弦信号，在合适的驱动信号下，陶瓷管端面形成行波，产生力矩，陶瓷管做弯曲振动，由于弹簧的预紧力作用，陶瓷管驱动四个转子转动。
中国国家专利申请号为01109049.9的名为<基于压电柱的弯曲振动超声波微电机及电极组合激励方法>的专利提到一种棒状微马达：该微马达由定子、输出力矩的转子/轴以及给转子加压的预压力机构组成，定子主要由激励振动的压电柱以及匹配块构成，该压电柱外壁涂有四个均匀分布的供极化和激励振动所用的外电极。
发明内容
本发明的目的在于提供基于弯曲谐振模态激励的一种可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达及其激励方法。其特征在于：所述圆棒状压电陶瓷微马达包含有两种结构：
所述U型微马达是在压电陶瓷圆棒6的上端面粘接U型定子5，转子筒4套在定子5外圆上，转子筒4与定子5外圆的下面成倾斜面接触，转子盘3与转子筒4卡接固定在一起，转子盘3和输出轴1卡连接，压在输出轴1和转子盘3上的内置弹簧2构成预紧力机构。
所述输出轴1与定子5的接触方式，有锥角接触、球接触、轴承接触和聚四氟乙烯环接触。
所述X型微马达是外壳7与上盖8粘结，经轴承9卡住用聚四氟乙烯制的转子盘3，在弹簧2确定时预紧力也确定：同时输出轴1下端***X形定子5中孔中定位，输出轴1由上盖8定位，使预紧力与输出力矩互不影响。陶瓷圆棒6与钢珠10滚动接触，橡胶环11固定在陶瓷圆棒6的振动节点上，既起到固定作用又不影响振动。
所述棒状陶瓷的弯曲谐振模态的激励方式：
利用陶瓷D33值激励陶瓷棒弯曲谐振模态偶对电极法：
在讨论偶对电极法的电极分布、极化方式和激励方式前，以平板一阶弯曲模态为例加以说明，在一个平板两侧各分布一对电极，并且将电极沿长度方向极化，然后在平板的两面输入两路正好相反的正弦信号，即相位差180度，造成平板上下面内应力方向相反，宏观上产生第一阶弯曲谐振模态。
所述偶对电极法即电极数为偶数，电极是一一对应的N对；例如在陶瓷两端沿圆周各均匀对称分布四个电极即四对，A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，极化方向是沿长度方向；我们也可以把这样的一个棒状陶瓷分成相互垂直的两个部分，按照上面平板的弯曲振动原理，每一组电极都可以驱动陶瓷棒作第一阶弯曲谐振，两组激励信号相位差90度，便可以在陶瓷棒的端面激励行波；N对电极相应的每对电极的激励正弦信号的相位差就应该是360/N度；利用陶瓷的D33值来激励陶瓷棒的弯曲变形，即激励电压方向与极化方向相同，而与陶瓷棒变形方向也相同。采用上述偶对电极法或是四电极法激励微马达定子，它可以前2阶弯曲谐振模态下工作；
所述偶对电极法的电极对数N为3、4、5、6、7、8。
本发明的有益效果是微马达的两种结构都是利用棒状陶瓷做激励元件，轴输出力矩都是基于弯曲振动模式。结构简单，成本低廉。
附图说明
图1为U型棒状压电陶瓷微马达结构示意图。
图2(a)、(b)、(c)、(d)为图1中输出轴与U型定子的四种接触方式示意图
图3为X型棒状压电陶瓷微马达结构示意图。
图4为平板的电极分布和极化方向示意图。
图5(a)(b)为偶对电极法的棒状陶瓷可以看作两组相互垂直的电极组示意图。
图6(a)(b)为四对电极法的棒状陶瓷结构和极化方式。
具体实施方式
本发明是一种可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达及其激励方法。所述圆棒状压电陶瓷微马达包含有两种结构：
1).U型微马达是在压电陶瓷圆棒6的上端面粘接U型定子5，转子筒4套在定子5外圆上，转子筒4与定子5外圆的下面成倾斜面接触，转子盘3与转子筒4卡接固定在一起，转子盘3和输出轴1卡连接，压在输出轴1和转子盘3上的内置弹簧2构成预紧力机构。该U型微马达输出轴1与定子5的接触方式，有锥角接触、球接触、轴承接触和聚四氟乙烯环接触(如图1、图2所示)。
2).X型微马达7与上盖8粘结，经轴承9卡住用聚四氟乙烯制的转子盘3，在弹簧2确定时预紧力也确定：同时输出轴1下端***X形定子5中孔中定位，输出轴1由上盖8定位，使预紧力与输出力矩互不影响。陶瓷圆棒6与钢珠10滚动接触，橡胶环11固定在陶瓷圆棒6的振动节点上，既起到固定作用又不影响振动(如图3所示)。
本发明圆棒状压电陶瓷微马达的激励方法是基于棒状陶瓷的弯曲谐振模态激励，有两种激励方式：
1).利用陶瓷D33值激励陶瓷棒弯曲谐振模态偶对电极法：
在讨论偶对电极法的电极分布、极化方式和激励方式前。以平板一阶弯曲模态为例加以说明。如图4所示，在一个平板两侧各分布一对电极，并且将电极沿长度方向极化，然后在平板的两面输入两路正好相反的正弦信号，即相位差180度，造成平板上下面内应力方向相反，宏观上产生第一阶弯曲谐振模态。
偶对电极法在陶瓷棒表面上的电极分布如图5(a)、(b)所示。在陶瓷两端沿圆周各均匀对称分布四个电极A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，极化方向是沿长度方向。我们可以把这样的一个棒状陶瓷分成相互垂直的两个部分，按照上面平板的弯曲振动原理，每一组电极都可以驱动陶瓷棒作第一阶弯曲谐振。如果两组激励信号相位差90度，便可以在陶瓷棒的端面激励行波，输出力矩。其实，此方案不一定非要四对电极，三对、四对、五对……N对都行，不过相应的每对电极的激励正弦信号的相位差就应该是360/N度。因此我们将这种激励方式叫偶对电极法。采用上述偶对电极法或是四电极法激励微马达定子，它可以前2阶弯曲谐振模态下工作。
这个方案利用陶瓷的D33值来激励陶瓷棒的弯曲变形，即激励电压方向与极化方向相同，而与陶瓷棒变形方向也相同。
2).利用陶瓷D31值激励陶瓷棒弯曲谐振模态四电极法：
四电极法的电极分布如图6(a)、(b)所示，在陶瓷圆周均匀分布四个电极A、B、C和D。极化时，A、C接正极，B、D接地线。于是陶瓷极化时就分成了α、β、γ和δ四个区。各区电畴方向与极化方向相同，先讨论α区的变化，电畴方向由A指向B。如果VA-B为正电压，即与α区的极化方向相同，则α区陶瓷沿棒纵向收缩。反之，如果VA-B为负电压，则α区陶瓷沿杆纵向伸长。以此分析，陶瓷棒四个电极按照表1的四路电信号供电，一个周期分四个运动区段进行讨论。在0～1/4λ内，由于β区长度增加，δ区长度减小，因此陶瓷棒在这两种振动的共同作用下，向后弯曲，一个周期内，表2所示为每个阶段的陶瓷棒弯曲方向，在一个周期四个阶段内，陶瓷棒顶端会形成一个行波，成功激励出陶瓷棒的第一阶弯曲振动模态。
表1各电极的电源信号
A B C D
Sin(wt) Cos(wt) -Sin(wt) -Cos(wt)
表2陶瓷的运动
α γ α-γ β δ β-δ
0～1/4λ + - ↑
1/4λ～1/2λ - + ←
1/2λ-3/4λ - + ↓
3/4λ-λ + - →
这个方案利用陶瓷的D31值来激励陶瓷棒的弯曲变形，即激励电压方向和极化方向相同，而与变形方向相互垂直。
将两种方案作一个比较：偶对电极法激励陶瓷的变形量大，马达的力矩大，但是工艺复杂，增加成本。四对电极法工艺简单，可靠性大，但是比偶对电极法陶瓷的变形量小。针对客户的不同需要应该采用不同的方式。
Claims (4)
1.一种可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达，其特征在于：所述圆棒状压电陶瓷微马达包含有两种结构为：
1).U型微马达是在压电陶瓷圆棒(6)的上端面粘接U型定子(5)，转子筒(4)套在定子(5)外圆上，转子筒(4)与定子(5)外圆的下面成倾斜面接触，转子盘(3)与转子筒(4)卡接固定在一起，转子盘(3)和输出轴(1)卡连接，压在输出轴(1)和转子盘(3)上的内置弹簧(2)构成预紧力机构；
2).X型微马达是外壳(7)与上盖(8)粘结，经轴承(9)卡住用聚四氟乙烯制的转子盘(3)，在弹簧(2)确定时预紧力也确定：同时输出轴(1)下端***X形定子(5)中孔中定位，输出轴(1)由上盖(7)定位，使预紧力与输出力矩互不影响；陶瓷圆棒(6)与钢珠(10)滚动接触，橡胶环(11)固定在陶瓷圆棒(6)的振动节点上，既起到固定作用又不影响振动。
2.根据权利要求1所述可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达，其特征在于：所述输出轴(1)与定子(5)的接触方式，有锥角接触、球接触、轴承接触和聚四氟乙烯环接触。
3.可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达的激励方法，其特征在于：所述棒状陶瓷的弯曲谐振模态的激励方式为利用陶瓷D33值激励陶瓷棒弯曲谐振模态偶对电极法：所述偶对电极法即电极数为偶数，电极是一一对应的N对；例如在陶瓷两端沿圆周各均匀对称分布四个电极即四对，A1、B1、C1、D1和A2、B2、C2、D2，极化方向是沿长度方向；我们也可以把这样的一个棒状陶瓷分成相互垂直的两个部分，按照上面平板的弯曲振动原理，每一组电极都可以驱动陶瓷棒作第一阶弯曲谐振，两组激励信号相位差90度，便可以在陶瓷棒的端面激励行波；N对电极相应的每对电极的激励正弦信号的相位差就应该是360/N度；利用陶瓷的D33值来激励陶瓷棒的弯曲变形，即激励电压方向与极化方向相同，而与陶瓷棒变形方向也相同，采用上述偶对电极法或是四电极法激励微马达定子，它可以前二阶弯曲谐振模态下工作；这个方案利用陶瓷的D33值来激励陶瓷棒的弯曲变形，即激励电压方向与极化方向相同，而与陶瓷棒变形方向也相同。
4.根据权利要求3所述可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达，其特征在于：所述偶对电极法的电极对数N为3、4、5、6、7、8。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031461603A CN100508352C (zh) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB031461603A CN100508352C (zh) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1514534A true CN1514534A (zh) | 2004-07-21 |
| CN100508352C CN100508352C (zh) | 2009-07-01 |
Family
ID=34240458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB031461603A Expired - Fee Related CN100508352C (zh) | 2003-07-25 | 2003-07-25 | 可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100508352C (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103051243A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-17 | 南京航空航天大学 | 振动圈内置的中空式超声电机 |
| CN103710494A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-09 | 江苏大学 | 一种基于超声波的小孔强化方法及装置 |
| CN107196439A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-22 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于mems工艺的微波驱动微马达 |
| CN108518439A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-09-11 | 东北大学 | 一种用压电陶瓷调节的转子***可调吸振器 |
-
2003
- 2003-07-25 CN CNB031461603A patent/CN100508352C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103051243A (zh) * | 2013-01-11 | 2013-04-17 | 南京航空航天大学 | 振动圈内置的中空式超声电机 |
| CN103051243B (zh) * | 2013-01-11 | 2015-01-28 | 南京航空航天大学 | 振动圈内置的中空式超声电机 |
| CN103710494A (zh) * | 2013-12-30 | 2014-04-09 | 江苏大学 | 一种基于超声波的小孔强化方法及装置 |
| CN103710494B (zh) * | 2013-12-30 | 2016-04-27 | 江苏大学 | 一种基于超声波的小孔强化方法及装置 |
| CN107196439A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-09-22 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于mems工艺的微波驱动微马达 |
| CN107196439B (zh) * | 2017-05-10 | 2019-09-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于mems工艺的微波驱动微马达 |
| CN108518439A (zh) * | 2018-03-08 | 2018-09-11 | 东北大学 | 一种用压电陶瓷调节的转子***可调吸振器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN100508352C (zh) | 2009-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100388422B1 (ko) | 압전액추에이터또는모터,여기에사용되는방법및그제조방법 | |
| CN1156068C (zh) | 基于压电柱的弯曲振动超声波微电机 | |
| CN106953539B (zh) | 纵-弯复合蠕动式精密压电驱动器及其激励方法 | |
| CN1592069A (zh) | 致动器 | |
| CN102983778B (zh) | 基于超磁致伸缩材料的旋转电机 | |
| CN1153339C (zh) | 振动驱动马达 | |
| CN101227157B (zh) | 采用兰杰文振子结构的压电螺纹驱动器 | |
| US8018124B2 (en) | Stick-slip piezoelectric motor | |
| CN101563839B (zh) | 一种直线驱动器 | |
| CN101262187B (zh) | 弯振夹心换能器式圆筒定子及使用该定子的超声电机 | |
| CN211859980U (zh) | 一种菱形贴片式双足直线超声电机及其定子 | |
| CN1514534A (zh) | 可轴输出力矩的圆棒状压电陶瓷微马达 | |
| CN1738178A (zh) | 多面体压电柱或压电管超声微电机 | |
| CN104467521B (zh) | 一种双振子驻波超声电机及其激励方法 | |
| CN1258864C (zh) | 带导电轴的压电柱的超声微电机 | |
| CN200959578Y (zh) | 驻波旋转压电马达 | |
| CN105162354B (zh) | 基于超磁致伸缩材料的摇头型微电机 | |
| CN1487659A (zh) | 采用复合激励方式的多自由度压电陶瓷棒状微马达 | |
| CN2879526Y (zh) | 多面体压电柱或压电管超声微电机 | |
| JP2559729B2 (ja) | 振動発生器 | |
| CN1622445A (zh) | 空心金属方柱压电片复合超声微电机 | |
| CN2847685Y (zh) | 开槽金属方柱压电片复合超声微电机 | |
| CN1176519C (zh) | 双向旋转纵弯驻波超声马达 | |
| CN100384076C (zh) | 压电方柱弯曲振动超声微电机 | |
| CN1209685A (zh) | 基于自由弯曲振动模式的圆柱状压电超声微马达 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090701 Termination date: 20120725 |