RU2167487C2 - Пьезоэлектрический шаговый двигатель - Google Patents
Пьезоэлектрический шаговый двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2167487C2 RU2167487C2 RU96111370/28A RU96111370A RU2167487C2 RU 2167487 C2 RU2167487 C2 RU 2167487C2 RU 96111370/28 A RU96111370/28 A RU 96111370/28A RU 96111370 A RU96111370 A RU 96111370A RU 2167487 C2 RU2167487 C2 RU 2167487C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- fixing
- insulators
- stepper motor
- piezoelectric element
- Prior art date
Links
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/101—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using intermittent driving, e.g. step motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/021—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors using intermittent driving, e.g. step motors, piezoleg motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Использование: в качестве исполнительного механизма в электронике, телемеханике и т.д. Сущность изобретения: пьезоэлектрический шаговый двигатель содержит корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами и подвижную часть. Фиксирующие узлы выполнены из не менее чем двух пьезоблоков, которые расположены внутри корпуса в продольной плоскости друг за другом или в поперечной плоскости. Первый пьезоблок содержит вращательный, сдвигающий и фиксирующий пьезоэлементы, изоляторы и фрикционный элемент, а второй пьезоблок содержит фиксирующий пьезоэлемент, изоляторы и фрикционный элемент, который фрикционно взаимодействует с подвижной частью. При расположении пьезоблоков в поперечной плоскости пьезоблоки выполнены в форме секторов. Технический результат: упрощение конструкции, технологии изготовления, повышение усилия и точности позиционирования. 2 з.п.ф-лы, 16 ил.
Description
Изобретение относится к области электрических двигателей, а более точно касается пьезоэлектрических шаговых двигателей, и может быть использовано в качестве исполнительного механизма в электротехнике, телемеханике, радиотехнике и автоматике.
Известен пьезоэлектрический двигатель, статор которого содержит цилиндрический пьезоэлектрический полый цилиндр, внутри которого расположен цилиндрический ротор, фрикционно взаимодействующий со статором (Авторское свидетельство СССР N 573828 МКИ H 01 L 41/00).
Однако этот двигатель не может осуществлять линейное перемещение цилиндрического ротора.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель, содержащий корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами и подвижную часть с рабочим элементом (Авторское свидетельство СССР N 720576, МКИ H 01 L 41/04 - прототип).
Однако этот двигатель имеет сложную конструкцию и осуществляет только линейное перемещение подвижной части и не может осуществлять вращение подвижной части.
В основу настоящего изобретения была положена задача создания пьезоэлектрического шагового двигателя, конструктивное выполнение которого позволило бы упростить конструкцию и технологию изготовления, повысить усилие и точность позиционирования подвижной части при ее вращении, линейном перемещении и при совместном движении (одновременное вращение и линейное перемещение).
Это достигается тем, что в пьезоэлектрическом шаговом двигателе, содержащем корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами и подвижную часть, согласно изобретению, фиксирующие узлы выполнены из не менее чем двух пьезоблоков, которые расположены внутри корпуса в продольной плоскости друг за другом или в поперечной плоскости, причем первый пьезоблок содержит вращательный, сдвигающий и фиксирующий пьезоэлементы, изоляторы и фрикционный элемент, а второй пьезоблок содержит фиксирующий пьезоэлемент, изоляторы и фрикционный элемент, который фрикционно взаимодействует с подвижной частью, при этом при расположении пьезоблоков в поперечной плоскости пьезоблоки выполнены в форме секторов.
Пьезоэлементы при расположении в продольной плоскости могут быть выполнены в виде пакета из пьезоэлектрических колец или при расположении в поперечной плоскости - секторов, электроды которых соединены параллельно через один, при этом направление поляризации каждого последующего пьезоэлектрического кольца или сектора направлено в противоположную сторону от предыдущего.
Промежутки между пьезоблоками могут быть заполнены эластичным изоляционным материалом.
Далее изобретение поясняется описанием конкретных примеров его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг. 1 изображает пьезоэлектрический шаговый двигатель (первый вариант), вид спереди;
фиг. 2 - то же, продольный разрез;
фиг. 3 - второй вариант исполнения двигателя, вид спереди;
фиг. 4 - то же, продольный разрез;
фиг. 5-10 - такты работы пьезоэлектрического шагового двигателя при линейном перемещении подвижной части, продольный разрез;
фиг. 11 - первый такт работы двигателя при вращении подвижной части, поперечные разрезы двух пьезоблоков;
фиг. 12-16 - остальные такты работы пьезоэлектрического шагового двигателя.
фиг. 1 изображает пьезоэлектрический шаговый двигатель (первый вариант), вид спереди;
фиг. 2 - то же, продольный разрез;
фиг. 3 - второй вариант исполнения двигателя, вид спереди;
фиг. 4 - то же, продольный разрез;
фиг. 5-10 - такты работы пьезоэлектрического шагового двигателя при линейном перемещении подвижной части, продольный разрез;
фиг. 11 - первый такт работы двигателя при вращении подвижной части, поперечные разрезы двух пьезоблоков;
фиг. 12-16 - остальные такты работы пьезоэлектрического шагового двигателя.
Пьезоэлектрический шаговый двигатель содержит цилиндрический корпус 1 (фиг. 1 и 2), фиксирующие узлы в виде двух пьезоблоков 2 и 3 и подвижную часть 4, выполненную в виде цилиндрического стержня. Пьезоблок 2 содержит вращательный пьезоэлемент 5, сдвигающий пьезоэлемент 6, фиксирующий пьезоэлемент 7, изоляторы 8 и фрикционный элемент 9. Все пьезоэлементы, изоляторы и фрикционные элементы, образующие пьезоблоки 2 и 3, соединены между собой (например, склеены) и соединены с цилиндрическим корпусом 1. Вращательный пьезоэлемент 5 осуществляет угловое смещение подвижной части 4 вокруг собственной оси, вектор поляризации его направлен под углом к продольной плоскости. Сдвигающий пьезоэлемент 6 производит линейное перемещение подвижной части вдоль оси двигателя, вектор его начальной поляризации направлен под углом к продольной оси двигателя. Фиксирующий пьезоэлемент 7 осуществляет фиксацию подвижной части 4, вектор его начальной поляризации направлен (радиально) перпендикулярно продольной оси двигателя.
Пьезоблок 3 выполняет фиксирующую функцию и содержит фиксирующий пьезоэлемент 10, изоляторы 8 и фрикционный элемент 9. Фиксирующий пьезоэлемент 10 имеет вектор поляризации, направленный (радиально) перпендикулярно продольной оси двигателя.
Фрикционный элемент 9 выполнен в виде разрезного кольца, что обеспечивает более плотное обжатие подвижной части 4 фиксирующими пьезоэлементами 7 и 10.
Каждый пьезоэлемент имеет электроды, к которым подключены провода (эти элементы на чертеже не показаны).
Промежутки между пьезоблоками 2 и 3 заполнены эластичным изоляционным материалом 11.
Во втором варианте исполнения пьезоэлектрического шагового двигателя, в отличие от первого пьезоблоки 2 (фиг. 3 и 4) и 3 расположены в одной поперечной плоскости и выполнены в виде секторов. Это значительно снижает габаритные размеры и массу двигателя.
Двигатель работает следующим образом.
При подаче на электроды вращательного пьезоэлемента 5 (фиг. 11-16) положительного напряжения за счет обратного пьезоэффекта происходит поворот внутренней части кольца против часовой стрелки на угол α относительно диаметральной линии A1A2, а при подаче отрицательного напряжения - поворот внутренней части по часовой стрелке на угол α относительно диаметральной линии A1A2. При подаче на электроды сдвигающего пьезоэлемента 6 положительного напряжения за счет обратного пьезоэффекта происходит сдвиг внутренней части влево относительно внешней части кольца, а при подаче отрицательного напряжения - сдвиг внутренней части вправо относительно внешней части кольца. При подаче положительного напряжения на электроды фиксирующих пьезоэлементов 7 и 10 происходит обжим им подвижной части 4, а при подаче отрицательного напряжения он отжимается от подвижной части 4.
Пьезоэлектрический шаговый двигатель может осуществлять различные виды движений: линейное перемещение подвижной части; вращательное движение; совместное линейное и вращательное движение; различные комбинации этих движений.
Рабочий цикл двигателя состоит из шести тактов.
Работа двигателя в режиме линейного перемещения подвижной части показана на фиг. 5-10. В этом случае в работе участвуют сдвигающий пьезоэлемент 6 и фиксирующий пьезоэлемент 7 пьезоблока 2 и фиксирующий пьезоэлемент 10 пьезоблока 3. Первому такту соответствует положение пьезоэлементов 6, 7 и 10 (фиг. 5), когда на них подано положительное напряжение. Вращательный пьезоэлемент 5 не участвует в линейном перемещении и может занимать любое положение, которое не изменяется во время работы двигателя. Во втором такте (фиг. 6) на фиксирующий пьезоэлемент 10 подается отрицательное напряжение и он отжимается от подвижной части 4. В третьем такте (фиг. 7) на сдвигающий пьезоэлемент 6 подается отрицательное напряжение и он, сдвигаясь вправо, посредством фиксирующего пьезоэлемента 7 перемещает подвижную часть 4 вправо на один шаг. В четвертом такте (фиг. 8) на фиксирующий пьезоэлемент 10 подается положительное напряжение и он обжимает подвижную часть 4. В пятом такте (фиг. 9) на фиксирующий пьезоэлемент 7 подается отрицательное напряжение и он отжимается от подвижной части 4. В шестом такте (фиг. 10) на сдвигающий пьезоэлемент 6 подается положительное напряжение и он сдвигается вместе с фиксирующим пьезоэлементом 7 влево. При повторении циклов происходит линейное перемещение подвижной части 4 вправо.
При вращении подвижной части 4 работа двигателя осуществляется по схеме, представленной на фиг. 11-16. На фиг. 11 изображено положение, соответствующее первому такту. В работе участвуют все пьезоэлементы, кроме сдвигающего пьезоэлемента 6, который может занимать любое положение, неизменное в процессе работы. На все остальные пьезоэлементы подано положительное напряжение. Во втором такте (фиг. 12) на фиксирующий пьезоэлемент 10 подано отрицательное напряжение, при этом он отжимается от подвижной части 4. В третьем такте (фиг. 13) отрицательное напряжение подается на вращательный пьезоэлемент 5, который поворачивает сдвигающий 6, фиксирующий 7 пьезоэлементы и подвижную часть 4 на угол α по часовой стрелке. В четвертом такте (фиг. 14) положительное напряжение подается на фиксирующий пьезоэлемент 10, который обжимает подвижную часть 4. В пятом такте (фиг. 15) на фиксирующий пьезоэлемент 7 подается отрицательное напряжение и он отжимается от подвижной части. В шестом такте (фиг. 16) положительное напряжение подается на вращательный пьезоэлемент 5, который поворачивает сдвигающий 6, фиксирующий 7 пьезоэлементы против часовой стрелки на угол α.. При повторении циклов происходит вращение подвижной части по часовой стрелке.
Для осуществления реверса необходимо изменить порядок подачи напряжения на фиксирующие пьезоэлементы.
Для увеличения мощности пьезоэлектрический шаговый двигатель может быть снабжен дополнительными пьезоблоками, которые могут быть расположены как в поперечной, так и в продольной плоскости двигателя.
Предлагаемый пьезоэлектрический шаговый двигатель имеет простую конструкцию и технологию изготовления, небольшие габаритные размеры и массу, большое усилие на подвижной части, большой крутящийся момент, а также позволяет совмещать линейное движение подвижной части и ее вращение.
Claims (3)
1. Пьезоэлектрический шаговый двигатель, содержащий корпус с закрепленными в нем фиксирующими узлами и подвижную часть, отличающийся тем, что фиксирующие узлы выполнены из не менее чем двух пьезоблоков, которые расположены внутри корпуса в продольной плоскости друг за другом или в поперечной плоскости, причем первый пьезоблок содержит вращательный, сдвигающий и фиксирующий пьезоэлементы, изоляторы и фрикционный элемент, а второй пьезоблок содержит фиксирующий пьезоэлемент, изоляторы и фрикционный элемент, который фрикционно взаимодействует с подвижной частью, при этом при расположении пьезоблоков в поперечной плоскости пьезоблоки выполнены в форме секторов.
2. Пьезоэлектрический шаговый двигатель по п.1, отличающийся тем, что пьезоэлементы при расположении в продольной плоскости выполнены в виде пакета из пьезоэлектрических колец или при расположении в поперечной плоскости - секторов, электроды которых соединены параллельно через один, при этом направление поляризации каждого последующего пьезоэлектрического кольца или сектора направлено в противоположную сторону от предыдущего.
3. Пьезоэлектрический шаговый двигатель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что промежутки между пьезоблоками заполнены эластичным изоляционным материалом.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111370/28A RU2167487C2 (ru) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Пьезоэлектрический шаговый двигатель |
KR1019980700840A KR100353458B1 (ko) | 1996-06-05 | 1997-06-05 | 압전형스텝모터 |
US09/011,372 US6153991A (en) | 1996-06-05 | 1997-06-05 | Piezoelectric step motor |
PCT/RU1997/000179 WO1997047078A1 (fr) | 1996-06-05 | 1997-06-05 | Moteur piezo-electrique pas-a-pas |
AU31965/97A AU3196597A (en) | 1996-06-05 | 1997-06-05 | Piezoelectric step motor |
JP50047098A JP3872522B2 (ja) | 1996-06-05 | 1997-06-05 | 圧電ステップ・モータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111370/28A RU2167487C2 (ru) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Пьезоэлектрический шаговый двигатель |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96111370A RU96111370A (ru) | 1998-09-27 |
RU2167487C2 true RU2167487C2 (ru) | 2001-05-20 |
Family
ID=20181583
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96111370/28A RU2167487C2 (ru) | 1996-06-05 | 1996-06-05 | Пьезоэлектрический шаговый двигатель |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6153991A (ru) |
JP (1) | JP3872522B2 (ru) |
KR (1) | KR100353458B1 (ru) |
AU (1) | AU3196597A (ru) |
RU (1) | RU2167487C2 (ru) |
WO (1) | WO1997047078A1 (ru) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19952946A1 (de) * | 1999-11-03 | 2001-05-17 | Siemens Ag | Elektromechanischer Motor |
US6977461B2 (en) * | 2003-12-15 | 2005-12-20 | Asml Netherlands B.V. | System and method for moving an object employing piezo actuators |
TW200523653A (en) * | 2004-01-06 | 2005-07-16 | Starshine Technology Corp | Focusing control module for image photographing |
US8072502B2 (en) * | 2005-12-12 | 2011-12-06 | Sony Ericsson Mobile Communications Ab | Multi-mega pixel resolution with small sensor |
KR100857095B1 (ko) | 2006-10-18 | 2008-09-05 | 현대자동차주식회사 | 압전소자를 이용한 리니어 액츄에이터 |
KR102558769B1 (ko) | 2023-02-28 | 2023-07-24 | 김광수 | 분리형 스프링 가이드가 구비된 차량 현가장치의 판스프링 완충구조 |
KR102558771B1 (ko) | 2023-02-28 | 2023-07-24 | 김광수 | 일체형 스프링 가이드가 구비된 차량 현가장치의 판스프링 완충구조 |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU573828A1 (ru) * | 1976-06-08 | 1977-09-25 | Киевский Ордена Ленина Политехнический Институт Имени 50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Пьезоэлектрический двигатель |
SU738016A1 (ru) * | 1977-05-13 | 1980-05-30 | За витель I 1| йа-:-:|(«/;;г - -...,Г .,.Kf iilil 4.,-, - - ; | Шаговый двигатель |
JPS5976184A (ja) * | 1982-10-22 | 1984-05-01 | Hitachi Ltd | アクチユエ−タ |
JPS602081A (ja) * | 1983-06-16 | 1985-01-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 回転駆動アクチユエ−タ |
JPS6082072A (ja) * | 1983-10-12 | 1985-05-10 | Jeol Ltd | ステツピングモ−タ |
JP2651172B2 (ja) * | 1987-12-28 | 1997-09-10 | 東陶機器株式会社 | アクチュエータ |
US5043621A (en) * | 1988-09-30 | 1991-08-27 | Rockwell International Corporation | Piezoelectric actuator |
US4928030A (en) * | 1988-09-30 | 1990-05-22 | Rockwell International Corporation | Piezoelectric actuator |
EP0424609A1 (en) * | 1989-09-28 | 1991-05-02 | Rockwell International Corporation | Piezoelectric actuator |
DE69109164T2 (de) * | 1990-03-23 | 1996-01-04 | Rockwell International Corp | Piezoelektrischer Motor. |
DK0453826T3 (da) * | 1990-04-27 | 1995-04-03 | Rockwell International Corp | Robotled |
US5068566A (en) * | 1990-06-04 | 1991-11-26 | Rockwell International Corporation | Electric traction motor |
DE4023311A1 (de) * | 1990-07-21 | 1992-01-23 | Omicron Vakuumphysik | Verstellvorrichtung fuer mikrobewegungen |
JPH05316757A (ja) * | 1991-03-20 | 1993-11-26 | Nec Corp | 移動機構 |
CA2066084A1 (en) * | 1991-05-31 | 1992-12-01 | Gordon Walter Culp | Twisting actuators |
US5182484A (en) * | 1991-06-10 | 1993-01-26 | Rockwell International Corporation | Releasing linear actuator |
JPH05199775A (ja) * | 1991-08-05 | 1993-08-06 | Honda Electron Co Ltd | 圧電ステッピングモータ |
JPH08192798A (ja) * | 1991-12-10 | 1996-07-30 | Susumu Sato | 水上飛行船 |
JPH05236765A (ja) * | 1992-02-20 | 1993-09-10 | Okuma Mach Works Ltd | ローテータブル・リニア・アクチュエータ |
-
1996
- 1996-06-05 RU RU96111370/28A patent/RU2167487C2/ru not_active IP Right Cessation
-
1997
- 1997-06-05 WO PCT/RU1997/000179 patent/WO1997047078A1/ru active IP Right Grant
- 1997-06-05 US US09/011,372 patent/US6153991A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-06-05 AU AU31965/97A patent/AU3196597A/en not_active Abandoned
- 1997-06-05 KR KR1019980700840A patent/KR100353458B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-06-05 JP JP50047098A patent/JP3872522B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1997047078A1 (fr) | 1997-12-11 |
AU3196597A (en) | 1998-01-05 |
US6153991A (en) | 2000-11-28 |
KR100353458B1 (ko) | 2002-12-26 |
JP3872522B2 (ja) | 2007-01-24 |
KR19990036172A (ko) | 1999-05-25 |
JPH11511955A (ja) | 1999-10-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2167487C2 (ru) | Пьезоэлектрический шаговый двигатель | |
RU2161364C2 (ru) | Пьезоэлектрический шаговый двигатель | |
US6150750A (en) | Piezoelectric linear step motor | |
RU2167489C2 (ru) | Пьезоэлектрический шаговый двигатель | |
JPS6311070A (ja) | 圧電アクチユエ−タ | |
RU2167486C2 (ru) | Пьезоэлектрический шаговый двигатель | |
RU2156535C2 (ru) | Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель | |
CN110661445B (zh) | 一种并联式三自由度压电谐振自致动机构及其激励方法 | |
RU2153219C2 (ru) | Пьезоэлектрический шаговый двигатель | |
RU2181522C2 (ru) | Пьезоэлектрический линейный шаговый двигатель | |
SU441975A1 (ru) | Устройство дл получени вращательного движени | |
SU699619A1 (ru) | Шаговй двигатель | |
SU1653036A1 (ru) | Электромеханический волноводный переключатель | |
JP2002325418A (ja) | 電動モータ | |
RU2031521C1 (ru) | Реактивный синхронный электродвигатель | |
JP2005185007A (ja) | 静電アクチュエータ | |
CN109450291A (zh) | 并联可双向选择旋转式驻波型直线超声波电机 | |
JPS62171456A (ja) | 転動型ステツピングモ−タ | |
JPS59132766A (ja) | ステツピングモ−タ | |
JPS6258865A (ja) | 2自由度円筒形ステツプモ−タ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040606 |