RU2490752C1 - Inertial piezoelectric drive (versions) - Google Patents
Inertial piezoelectric drive (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2490752C1 RU2490752C1 RU2012116863/28A RU2012116863A RU2490752C1 RU 2490752 C1 RU2490752 C1 RU 2490752C1 RU 2012116863/28 A RU2012116863/28 A RU 2012116863/28A RU 2012116863 A RU2012116863 A RU 2012116863A RU 2490752 C1 RU2490752 C1 RU 2490752C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- support
- base
- piezoelectric element
- insert
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в качестве привода для линейного и вращательного перемещения объектов по направляющим в системах точного позиционирования, например, в качестве привода для координатных столов.The invention relates to the field of electromechanics and can be used as a drive for linear and rotational movement of objects along rails in precise positioning systems, for example, as a drive for coordinate tables.
Известно устройство, содержащее основание, пьезоэлемент, один конец которого закреплен на основании, перемещаемую каретку (см. патент РФ №225645, кл. МПК H01L 41/09, публ. 27.07.2005 г.)A device is known that contains a base, a piezoelectric element, one end of which is fixed to the base, a movable carriage (see RF patent No. 225645, class IPC H01L 41/09, publ. July 27, 2005)
Известно устройство для перемещения объекта вдоль одной координаты, содержащее основание, пьезоэлемент, подвижную каретку, прижим (см. патент РФ №2297072, кл. H01L 37/28, H01L 41/095 публ. 10.04.2007 г. - прототип).A device for moving an object along one coordinate, containing a base, a piezoelectric element, a movable carriage, a clamp (see RF patent No. 2297072, class. H01L 37/28, H01L 41/095 publ. 04/10/2007 - prototype).
Недостатком данных устройств перемещения инерционного типа является небольшой диапазон перемещений, к тому же конструктивная жесткая связь между пьезоэлементом и основанием не позволяет использовать подобные устройства в качестве приводов для координатных столов с направляющими качения из-за малой гибкости пьезоэлемента, приводящей к его поломке.The disadvantage of these inertial-type displacement devices is the small range of displacements, in addition, the structurally rigid connection between the piezoelectric element and the base does not allow the use of such devices as drives for coordinate tables with rolling guides due to the small flexibility of the piezoelectric element, which leads to its breakdown.
Целью предлагаемого технического решения является увеличение диапазона и стабильности перемещения по направляющим и повышение надежности работы.The aim of the proposed technical solution is to increase the range and stability of movement along the rails and increase the reliability.
Указанная цель достигается тем, что в известном техническом решении для перемещений (инерционный пьезоэлектрический привод), включающем пьезоэлемент с опорой на одном из его концов, элемент с фрикционной поверхностью, прижимный элемент, осуществляющий прижим опоры к фрикционной поверхности, основание, согласно изобретению, между пьезоэлементом и основанием расположена упругая вставка, одной стороной прикрепленная ко второму концу пьезоэлемента, а другой к основанию, причем вставка выполнена так, что она деформируема в направлении приложения сил прижима к опоре и жестка вдоль оси перемещения.This goal is achieved by the fact that in the known technical solution for movements (inertial piezoelectric drive), including a piezoelectric element with a support on one of its ends, an element with a friction surface, a pressing element that supports the support against the friction surface, the base, according to the invention, between the piezoelectric element and the base is an elastic insert, one side attached to the second end of the piezoelectric element, and the other to the base, and the insert is made so that it is deformable in the direction when dix clamping forces to the support and hard along the axis of movement.
Кроме того, между пьезоэлементом и упругой вставкой расположена дополнительная инертная масса.In addition, between the piezoelectric element and the elastic insert there is an additional inert mass.
Кроме того, упругая вставка выполнена в виде плоских пружин, жестких в направлении перемещения.In addition, the elastic insert is made in the form of flat springs, rigid in the direction of movement.
Кроме того, упругая вставка выполнена в виде упругих шарниров, жестких в направлении перемещения.In addition, the elastic insert is made in the form of elastic joints that are rigid in the direction of movement.
Вторым вариантом достижения цели является устройство для перемещений (инерционный пьезоэлектрический привод), включающее пьезоэлемент с опорой на одном из своих концов, элемент с фрикционной поверхностью, прижимный элемент, осуществляющий прижим опоры к фрикционной поверхности, основание, согласно изобретению, второй конец пьезоэлемента прикреплен к основанию посредством поворотного узла, выполненного с возможностью вращения опоры к фрикционной поверхности под действием сил прижима.The second option to achieve the goal is a device for movement (inertial piezoelectric drive), comprising a piezoelectric element with a support at one of its ends, an element with a friction surface, a pressure element that clips the support to the friction surface, the base, according to the invention, the second end of the piezoelectric element is attached to the base by means of a rotary assembly configured to rotate the support to the friction surface under the action of clamping forces.
Кроме того, поворотный узел выполнен в виде вставленной во втулку оси.In addition, the rotary assembly is made in the form of an axis inserted into the sleeve.
Кроме того, поворотный узел выполнен в виде подшипника качения или шарнирного подшипника.In addition, the rotary assembly is made in the form of a rolling bearing or an articulated bearing.
Третьим вариантом достижения цели является устройство для перемещений (инерционный пьезоэлектрический привод), включающее пьезоэлемент с опорой на одном из своих концов, элемент с фрикционной поверхностью, прижимный элемент, осуществляющий прижим опоры к фрикционной поверхности, основание, согласно изобретению, между пьезоэлементом и основанием расположена вставка, одной стороной прикрепленная ко второму концу пьезоэлемента, а другой к основанию, причем вставка выполнена так, что она имеет степень свободы в направлении приложения сил прижима к опоре и жестка вдоль оси перемещения, а пьезоэлемент состоит из не менее чем двух первичных пьезоэлементов, прикрепленных друг к другу одними из своих концов и расположенных по одну сторону от места их крепления, причем подключенных к источнику питания так, что при расширении прикрепленных к опоре первичных пьезоэлементов, прикрепленные к вставке первичные пьезоэлементы сжимаются, и наоборот.The third option to achieve the goal is a movement device (inertial piezoelectric drive), comprising a piezoelectric element with a support at one of its ends, an element with a friction surface, a pressure element that clips the support to the friction surface, the base, according to the invention, an insert is located between the piezoelectric element and the base , one side attached to the second end of the piezoelectric element, and the other to the base, and the insert is made so that it has a degree of freedom in the direction of application clamp to the support and rigid along the axis of movement, and the piezoelectric element consists of at least two primary piezoelectric elements attached to each other by one of their ends and located on one side from the place of their attachment, and connected to a power source so that when expanded attached to the support of the primary piezoelectric elements attached to the insert, the primary piezoelectric elements are compressed, and vice versa.
Кроме того, первичные пьезоэлементы выполнены в виде прямоугольных пьезопластин.In addition, the primary piezoelectric elements are made in the form of rectangular piezoelectric plates.
Кроме того, первичные пьезоэлементы выполнены в виде двух вставленных друг в друга соосных пьезоцилиндров.In addition, the primary piezoelectric elements are made in the form of two coaxial piezoelectric cylinders inserted into each other.
Принципиальные схемы вариантов предлагаемого устройства, осуществляющего относительное перемещение основания и элемента с фрикционной поверхностью, приведены на фиг.1-6, где:Schematic diagrams of the variants of the proposed device, carrying out the relative movement of the base and the element with a friction surface, are shown in figures 1-6, where:
1 - пьезоэлемент;1 - piezoelectric element;
2 - опора;2 - support;
3 - упругая вставка в виде плоской пружины;3 - elastic insert in the form of a flat spring;
4 - основание;4 - base;
5 - элемент с фрикционной поверхностью;5 - element with a friction surface;
6 - прижимный элемент в виде спиральной пружины;6 - clamping element in the form of a spiral spring;
7 - упругая вставка в виде упругого шарнира;7 - elastic insert in the form of an elastic hinge;
8 - дополнительная инертная масса;8 - additional inert mass;
9 - прижимный элемент в виде плоской пружины;9 - clamping element in the form of a flat spring;
10 - наконечник;10 - tip;
11 - поворотный узел;11 - rotary node;
12 - ось;12 - axis;
13 - втулка;13 - sleeve;
14 - верхняя пьезопластина;14 - upper piezoelectric plate;
15 - нижняя пьезопластина;15 - lower piezoelectric plate;
16 - крепеж;16 - fasteners;
17 - прокладка;17 - laying;
18 - центральная пьезопластина;18 - the central piezoelectric plate;
19 - боковые пьезопластины;19 - lateral piezoelectric plates;
20 - внешний пьезоцилиндр;20 - external piezocylinder;
21 - внутренний пьезоцилиндр.21 - the inner piezocylinder.
На фиг.1 представлена конструкция устройства, состоящего из пьезоэлемента 1, с опорой 2 на одном из своих концов, а другим концом прикрепленного к упругой вставке в виде плоской пружины 3, которая закреплена на основании 4. Опора 2 прижата к элементу с фрикционной поверхностью 5 посредством прижимного элемента в виде закрепленной на основании 4 спиральной пружины 6.Figure 1 shows the design of a device consisting of a
Упругая вставка 3, выполненная с возможностью ее деформирования в направлении действующей на опору прижимной силы со стороны пружины 6, обеспечивает одинаковый фрикционный контакт между опорой 2 и фрикционной поверхностью 5 на всем диапазоне перемещения и тем самым обеспечивает стабильность процесса перемещения и невозможность поломки пьезоэлемента 1 при возможном изменении расстояния между основанием 4 и элементом с фрикционной поверхностью 5 в процессе перемещения.The
Работа устройства осуществляется в двух режимах.The device operates in two modes.
В первом режиме на пьезоэлемент 1 подается плавно изменяющееся напряжение, приводящее к изменению его линейных размеров. Фрикционно связанный с пьезоэлементом 1 через опору 2 элемент с фрикционной поверхностью 5 будет совершать при этом перемещения относительно основания 4 в соответствии с величиной деформации пьезоэлемента 1. Диапазон перемещения при этом режиме работы определяется величиной деформации пьезоэлемента 1 и обычно не превышает нескольких микрометров.In the first mode, a continuously varying voltage is applied to the
Во втором (шаговом) режиме работы, на пьезоэлемент 1 подается пилообразное напряжение. Во время медленной фазы пилы пьезоэлемент 1 плавно деформируется, перемещая за собой элемент с фрикционной поверхностью 5.In the second (step) mode of operation, a sawtooth voltage is supplied to the
Во время быстрой фазы пилы пьезоэлемент 1 резко возвращается к своему исходному состоянию, а элемент с фрикционной поверхностью 5, благодаря своей инертной массе, практически остается на месте.During the fast phase of the saw, the
При следующем пилообразном импульсе процесс перемещения повторяется.At the next sawtooth pulse, the movement process is repeated.
Когда порядок следования медленной и быстрой фаз меняется или же на пьезоэлемент 1 подается напряжение другой полярности направление относительного перемещения основания 4 и элемента с фрикционной поверхностью 5 изменяется на противоположное.When the order of the slow and fast phases changes or voltage of a different polarity is applied to the
В шаговом режиме работы величина перемещения за каждый шаг определяется величиной деформации пьезоэлемента 1 и обычно не превышает нескольких микрометров. Однако при частоте импульсов порядка 10-15 кГц скорость перемещения составляет несколько десятков миллиметров в секунду.In the step-by-step operation mode, the amount of displacement for each step is determined by the strain of the
При автоматизации заявляемыми приводами координатного стола (например, микроскопного) привод ставится или на его неподвижную часть, при этом элемент с фрикционной поверхностью располагается на его подвижной части, или же привод устанавливается на подвижной части стола, а элемент с фрикционной поверхностью располагается на его неподвижной части.During automation by the claimed drives of the coordinate table (for example, microscopic), the drive is placed either on its fixed part, while the element with the friction surface is located on its moving part, or the drive is installed on the moving part of the table, and the element with the friction surface is located on its fixed part .
На фиг.2 приведен вариант привода, в котором упругая вставка выполнена в виде упругого шарнира 7, а для увеличения тяговых усилий устройства в случае недостаточной жесткости упругой вставки вдоль оси перемещения между пьезоэлементом 1 и упругим шарниром 7 расположена дополнительная инертная масса 8. Прижимный элемент выполнен в виде плоской пружины 9 с наконечником 10.Figure 2 shows a variant of the drive in which the elastic insert is made in the form of an
На фиг.3 приведен вариант привода, в котором, в отличие от первого варианта, стабильность фрикционного контакта между опорой 2 и элементом с фрикционной поверхностью 5 в процессе перемещения обеспечивается не за счет гибкости конструкции, а за счет вращения под действием прижимных сил опоры 2 к фрикционной поверхности 5, которое осуществляется посредством расположенного на основании 4 поворотного узла 11. На рисунке он выполнен в виде оси 12, вставленной во втулку 13 (на фиг.3 втулкой является цилиндрическое отверстие в основании 4). К оси 12 прикреплен пьезоэлемент 1. Прижимный элемент выполнен в виде спиральной пружины 6.Figure 3 shows a variant of the drive, in which, unlike the first option, the stability of the frictional contact between the
На фиг.4 приведен вариант привода, в котором, в отличие от предыдущих вариантов, для компенсации теплового расширения пьезоэлемента 1, вызванного его нагреванием во время работы на высоких частотах с большой амплитудой подаваемого напряжения, а также для увеличения значений его деформации при той же длине, пьезоэлемент 1 выполнен в виде прикрепленных, друг к другу одними из своих концов первичных пьезоэлементов, расположенных по одну сторону от места их крепления. На рисунке пьезоэлемент 1 состоит из двух первичных пьезоэлементов, выполненных в виде двух прямоугольных пьезопластин: верхней пьезопластины 14 и нижней пьезопластины 15, которые прикреплены друг к другу крепежом 16 одними из своих концов. Для повышения жесткости конструкции пластины стянуты нитью (не показана), а для предотвращения спаек электродов пластин при их относительном смещении в процессе работы привода, между пластинами расположена прокладка 17. Противоположный конец верхней пьезопластины 14 прикреплен к вставке, имеющей степень свободы в направлении приложения сил прижима к опоре 2 и выполненной в виде плоской пружины 3, а противоположный конец нижней пьезопластины 15 прикреплен к опоре 2. Прижим опоры 2 к элементу с фрикционной поверхностью 5 осуществлен спиральной пружиной 6, проходящей сквозь отверстие в плоской пружине 3. Верхняя пьезопластина 14 и нижняя пьезопластина 15 подключены к источнику питания противофазно, при расширении одной из них другая сжимается и наоборот.Figure 4 shows a variant of the drive, in which, in contrast to the previous versions, to compensate for the thermal expansion of the
На фиг.5 приведен вариант привода, в котором пьезоэлемент 1 выполнен в виде прямоугольной центральной пьезопластины 18 и двух прямоугольных боковых пьезопластин 19, прикрепленных друг к другу одними из своих концов с помощью крепежа 16. Противоположный конец центральной пьезопластины 18 прикреплен к опоре 2, прижатой к фрикционному элементу 5, а противоположные концы боковых пьезопластин 19 прикреплены к вставке, выполненной в виде плоской пружины 3 (на рисунке показана часть привода, вид сверху, со стороны прижима). Центральная пьезопластина 18 подключена к источнику питания противофазно боковым пьезопластинам 19.Figure 5 shows a variant of the actuator in which the
На фиг.6 приведен вариант привода, в котором пьезоэлемент 1 выполнен в виде соосно вставленных друг в друга внешнего пьезоцилиндра 20 и внутреннего пьезоцилиндра 21 и прикрепленных друг к другу одними из своих торцов посредством крепежа 16. Противоположный торец внешнего пьезоцилиндра 20 прикреплен к вставке, выполненной в виде плоской пружины 3, а противоположный торец внутреннего пьезоцилиндра 21 прикреплен к опоре 2, прижатой к фрикционному элементу 5 (на рисунке показана часть привода, вид сверху, со стороны прижима). Внешний пьезоцилиндр 20 и внутренний пьезоцилиндр 21 подключены к источнику питания противофазно.Figure 6 shows a variant of the actuator, in which the
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит повысить надежность и стабильность работы автоматизированных приводом координатных столов с направляющими качения и с как угодно большим диапазоном перемещения, не предъявляя при этом жестких требований к точности изготовления направляющих.Thus, the use of the present invention will improve the reliability and stability of the automated drive coordinate tables with rolling guides and with an arbitrarily large range of movement, without imposing strict requirements on the accuracy of the manufacture of guides.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116863/28A RU2490752C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Inertial piezoelectric drive (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116863/28A RU2490752C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Inertial piezoelectric drive (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2490752C1 true RU2490752C1 (en) | 2013-08-20 |
Family
ID=49162995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012116863/28A RU2490752C1 (en) | 2012-04-24 | 2012-04-24 | Inertial piezoelectric drive (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2490752C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587984C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-06-27 | Ивентьева Ольга Олеговна | Method for attaching piezoelectric element in inertial piezoelectric motor and inertial piezoelectric motor |
| RU2635341C2 (en) * | 2016-03-23 | 2017-11-16 | Владимир Михайлович Нелюбов | Inertia piezoelectric motor with composite support |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU838733A1 (en) * | 1977-09-23 | 1981-06-15 | Киевский Ордена Ленина Политехничес-Кий Институт Им. 50-Летия Великойоктябрьской Социалистической Pebo-Люции | Piezoelectric drive |
| RU2190920C1 (en) * | 2001-07-16 | 2002-10-10 | Автономная некоммерческая организация "Институт нанотехнологий" Международного фонда конверсии | Precision piezoelectric drive |
| RU2297072C1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-04-10 | ЗАО "Нанотехнология-МДТ" | Inertia motor |
| RU87043U1 (en) * | 2009-03-10 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики" | Piezoelectric Drive |
| US7929382B2 (en) * | 2007-02-14 | 2011-04-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric transducer, piezoelectric actuator, and portable device |
-
2012
- 2012-04-24 RU RU2012116863/28A patent/RU2490752C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU838733A1 (en) * | 1977-09-23 | 1981-06-15 | Киевский Ордена Ленина Политехничес-Кий Институт Им. 50-Летия Великойоктябрьской Социалистической Pebo-Люции | Piezoelectric drive |
| RU2190920C1 (en) * | 2001-07-16 | 2002-10-10 | Автономная некоммерческая организация "Институт нанотехнологий" Международного фонда конверсии | Precision piezoelectric drive |
| RU2297072C1 (en) * | 2005-11-08 | 2007-04-10 | ЗАО "Нанотехнология-МДТ" | Inertia motor |
| US7929382B2 (en) * | 2007-02-14 | 2011-04-19 | Seiko Epson Corporation | Piezoelectric transducer, piezoelectric actuator, and portable device |
| RU87043U1 (en) * | 2009-03-10 | 2009-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий механики и оптики" | Piezoelectric Drive |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2587984C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-06-27 | Ивентьева Ольга Олеговна | Method for attaching piezoelectric element in inertial piezoelectric motor and inertial piezoelectric motor |
| RU2635341C2 (en) * | 2016-03-23 | 2017-11-16 | Владимир Михайлович Нелюбов | Inertia piezoelectric motor with composite support |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2596177C2 (en) | Ultrasonic motor | |
| US7888846B2 (en) | Actuator | |
| CN105324928B (en) | Ultrasound electric machine | |
| EP2490002A3 (en) | Piezoelectric vibration type force sensor and robot apparatus | |
| KR20110080297A (en) | Piezoelectric actuating device | |
| RU2490752C1 (en) | Inertial piezoelectric drive (versions) | |
| JP2008125230A (en) | Inertia driving actuator | |
| JP2017200260A5 (en) | ||
| RU2010109352A (en) | Intermittent Piezoelectric Engine | |
| RU87572U1 (en) | PIEZO DEVICE FOR LINEAR MOVEMENTS | |
| CN111030504A (en) | Piezoelectric ceramic composite driving actuator with two fixedly-mounted ends | |
| CN103187900B (en) | Frictional force is from high symmetry four friction piezoelectric motor coordinated and control method thereof | |
| CN106646860B (en) | Micro-motion device, microscope scanning head and microscope device | |
| JP3981683B2 (en) | Disk drive | |
| JP6735606B2 (en) | Vibration control device | |
| US9225266B2 (en) | Piezoelectric linear actuator | |
| RU2457608C1 (en) | Indexing performance method and device for its implementation (versions) | |
| JP2008253079A (en) | Actuator and control method therefor | |
| CN109309459A (en) | The driving method and robot of Piexoelectric actuator, Piexoelectric actuator | |
| CN103427703A (en) | Miniature nanomotor based on shearing piezoelectric effect | |
| JP2008199700A (en) | Ultrasonic motor, driving method thereof, and ultrasonic motor device | |
| CN109687762A (en) | A kind of array energy collector of bending double elastic coupling | |
| JP2014233191A5 (en) | ||
| RU2635341C2 (en) | Inertia piezoelectric motor with composite support | |
| RU2587984C1 (en) | Method for attaching piezoelectric element in inertial piezoelectric motor and inertial piezoelectric motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20170915 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180425 |