[发明专利]压电堆驱动步进式旋转电机

说明书

本发明涉及一种压电堆驱动步进式旋转电机，包括底座、压电堆、弹簧、压电堆座、弹簧座、压电堆盖板、支撑轴、横梁、圆弧形位移放大元件、转子、壳体、上盖和端盖；两个压电堆座和弹簧座固定在底座的凹槽内，壳体固定在底座上，底座上还固定有一根支撑轴，该支撑轴上垂直叠放两个横梁，两个横梁两侧均垂直分布有压电堆和弹簧，两个横梁顶部放置压电堆的一侧分别固定圆弧形位移放大元件，两圆弧形位移放大元件顶部平齐，且与转子具有间隙配合，所述转子安装在两个轴承上，轴承放置在与壳体固定的上盖中，并通过端盖固定。本发明仅使用两个小型压电堆，施加同步反向电压即可以实现电机的连续正反转，具有输出力矩大、结构简单、性价比高等优点。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种压电堆驱动步进式旋转电机。

背景技术

由于压电陶瓷元件具有响应迅速、出力大、位移分辨率高、机电转换率高以及结构易于微型化等优点，使得叠堆型压电电机的产业化发展速度异常迅猛，其主要被应用于微作动执行器、光学变焦执行器、多自由度精密定位平台等。

叠堆型压电电机产品主要以输出直线运动为主，其主要原因是目前的压电堆只能输出直线运动并且其高频特性较差，很难通过模态转换的方式将其用作旋转运动。

目前，大部分旋转叠堆型压电电机基于惯性冲击原理或尺蠖运动原理，采用惯性冲击原理进行驱动的旋转叠堆型压电电机对驱动信号的要求较为严苛，因此控制系统较为复杂；采用尺蠖运动原理进行驱动的旋转叠堆型压电电机需要多个压电钳位叠堆，结构较为复杂并且制造成本较高。这些因素都影响着旋转叠堆型压电电机在实际生产、生活中的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有输出力矩大、结构简单、易于微型化以及生产成本低等特点的压电堆驱动步进式旋转电机。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的压电堆驱动步进式旋转电机，所述电机包括底座、压电堆、弹簧、压电堆座、弹簧座、压电堆盖板、支撑轴、横梁、圆弧形位移放大元件、转子、壳体、上盖以及端盖；

所述壳体固定连接在底座的环形座上；所述压电堆座和弹簧座分别固定连接在底座上的凹槽内，所述底座中部还固定有一根支撑轴；所述支撑轴的轴肩上垂直叠放两个横梁；所述横梁一端的两侧均垂直分布一个压电堆和一个弹簧；所述压电堆放置于压电堆座中，所述压电堆盖板固定在压电堆座顶部；所述弹簧放置于弹簧座中；所述压电堆和弹簧分别与对应的横梁位于同一水平高度；两个所述横梁顶部在放置压电堆的一侧分别固定一个圆弧形位移放大元件，两圆弧形位移放大元件顶部平齐，且与转子圆盘具有间隙配合；所述转子安装在两个轴承上，并通过弹性挡圈轴向限位，且两轴承间装有套筒；所述轴承和套筒放置在上盖中，所述上盖与壳体固定连接；所述端盖固定在上盖顶部，用于对轴承和套筒进行固定。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明不需要多个钳位机构，使用两个小型压电堆，施加同步反向电压即可以实现电机的连续正反转，控制电路和结构简单；由于压电堆成本较高，本压电电机中只采用两个小型压电堆，降低了制作成本，提高了压电电机在实际应用中的性价比；

2、本发明在两个小型压电堆之后均采用了圆弧形位移放大元件，既减小了对于压电堆输出位移量的要求，又增加了与输出圆盘的接触面积，从而增加了输出力矩；

3、本发明中两个小型压电堆沿着电机轴向错位布置，减小了电机的径向尺寸。

附图说明

图1是本发明所提出的压电堆驱动步进式旋转电机的立体结构示意图；

图2是图1的爆炸结构示意图；

图3是本发明驱动系统的结构示意图；

图4图1初始状态的A-A结构示意图；

图5是0-T/2时间电机到达平衡位置的工作原理图；