[go: up one dir, main page]

CN112994517B - 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法 - Google Patents

一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112994517B
CN112994517B CN202110444227.5A CN202110444227A CN112994517B CN 112994517 B CN112994517 B CN 112994517B CN 202110444227 A CN202110444227 A CN 202110444227A CN 112994517 B CN112994517 B CN 112994517B
Authority
CN
China
Prior art keywords
piezoelectric sheet
rectangular hollow
clamping
piezoelectric
bending
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.)
Active
Application number
CN202110444227.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112994517A (zh
Inventor
黄虎
徐智
李轩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202110444227.5A priority Critical patent/CN112994517B/zh
Publication of CN112994517A publication Critical patent/CN112994517A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112994517B publication Critical patent/CN112994517B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear 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
    • H02N2/04—Constructional details
    • 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
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

本发明涉及一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法，属于精密机械领域。压电超声电机包括谐振子(1)和从动件(2)，其中谐振子(1)包括矩形中空弹性体(1‑1)、弯曲压电片组(1‑2)和夹紧压电片组(1‑3)。从动件(2)成环状，可内置相机光学镜片，从动件(2)以紧配合的方式内置于矩形中空弹性体(1‑1)中。给弯曲压电片组(1‑2)和夹紧压电片组(1‑3)施加顺序控制电信号，可激励矩形中空弹性体(1‑1)产生椭圆运动，驱动从动件(2)直线运动。本发明的有益效果是：结构紧凑、成本低，可用于有限空间内的精密驱动；同时，矩形中空弹性体内可放置较大的光学镜片，尤其适用于各种精密光学设备。

Description

一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法
技术领域
本发明涉及精密机械领域，特别设计一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法。中空的弹性体以及从动件可以放置大尺寸的光学镜片，利于相机变焦。
背景技术
压电超声电机由于其不受电磁干扰、响应快、精度高等特点在精密仪器和航空航天中发挥着巨大作用。然而，现有可实现压电超声电机中，要么是旋转型电机，要么电机体积较大，要么电机不是中空结构，不适用于微小型设备的精密运动，如手机相机镜头调焦。类似与申请号为CN 202020498538.0的高转矩密度超声电机，为旋转型电机，在手机相机镜头调焦领域并不适用。类似于申请号CN 201610009699.7的直线超声电机，体积较大，也不适用于手机等微小型设备相机镜头调焦领域。三英精控(天津)仪器设备有限公司申请的专利CN2017114767690，其结构不是中空的，无法将相机的光学镜片集成在超声电机中，同样不适用于手机等微小型设备相机镜头调焦。
发明内容
本发明目的在于提供一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法，解决现有技术存在的上述问题。通过中空的弹性体以及从动件放置的大尺寸的光学镜片，利于相机调焦。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：包括谐振子和从动件；所述的谐振子包括矩形中空弹性体、弯曲压电片组和夹紧压电片组；所述的从动件成环状，可内置相机光学镜片；所述的从动件以紧配合的方式内置于矩形中空弹性体中；所述的用于激发矩形中空弹性体驱动从动件直线运动的弯曲压电片组沿厚度方向(z向)对称粘贴于矩形中空弹性体两端；用于激发矩形中空弹性体夹紧从动件的夹紧压电片组沿宽度方向(y向)对称粘贴于矩形中空弹性体两端。
所述的矩形中空弹性体包括薄连接部分、厚连接部分和安装固定孔；所述的矩形中空弹性体的中空部分为椭圆形，椭圆长轴沿矩形中空弹性体的长度方向(x向)布置；所述的矩形中空弹性体中空部分椭圆短轴方向与薄连接部分相交，椭圆长轴方向与厚连接部分相交；所述的安装固定孔用于安装固定。
所述的弯曲压电片组由第一弯曲压电片组和第二弯曲压电片组组成；所述的第一夹紧压电片组由压电片Ⅰ和压电片Ⅱ组成，压电片Ⅰ和压电片Ⅱ通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体椭圆长轴的-x向一侧；所述的第二夹紧压电片组由压电片Ⅲ和压电片Ⅳ组成，压电片Ⅲ和压电片Ⅳ通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体椭圆长轴的x向一侧；所述的压电片Ⅰ和压电片Ⅱ，压电片Ⅲ和压电片Ⅳ均通过电学并联的方式布线；通过给弯曲压电片组施加正弦电信号可使矩形中空弹性体定向弯曲。
所述的夹紧压电片组由第一夹紧压电片和第二夹紧压电片组成；所述的第一夹紧压电片和第二夹紧压电片通过机械并联的方式沿宽度方向(y轴)粘贴于矩形中空弹性体两侧；所述的第一夹紧压电片和第二夹紧压电片通过电学串联的方式布线；通过给夹紧压电片组施加正弦电信号可使矩形中空弹性体夹紧从动件。
本发明的另一目的在于提供一种微小型设备用超薄压电超声电机驱动方法，包括以下步骤：
a)给夹紧压电片组施加u＝Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体的纵向模态，使矩形中空弹性体夹紧从动件；
b)给弯曲压电片组施加u＝Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体的弯曲模态，在弯曲压电片组和夹紧压电片组共同激励下，矩形中空弹性体将会带动从动件沿z向直线运动；
c)给夹紧压电片组施加u＝Asin(2πft)的电信号的同时，给弯曲压电片组施加u＝Acos(2πft)的电信号，可使矩形中空弹性体带动从动件沿-z向直线运动。
本发明的有益效果在于：结构简单紧凑，通过中空的弹性体以及从动件放置的大尺寸的光学镜片，利于相机变焦。该发明也扩展了压电超声电机的应用领域和适用场合。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1所示为本发明的超薄压电超声电机的结构示意图；
图2所示为本发明的矩形中空弹性体结构示意图；
图3所示为本发明的压电片极化方向和粘贴位置示意图；
图4所示为本发明的xoy面接线示意图；
图5所示为本发明的xoz面接线示意图；
图6所示为本发明的纵向模态振型仿真示意图；
图7所示为本发明的弯曲模态振型仿真示意图；
其中：1、谐振子；1-1、矩形中空弹性体；1-1-1、薄连接部分；1-1-2、厚连接部分；1-1-3、安装固定孔；1-2、弯曲压电片组；1-2-1、第一弯曲压电片组；1-2-1-1、压电片Ⅰ；1-2-1-2、压电片Ⅱ；1-2-2、第二弯曲压电片组；1-2-2-1、压电片Ⅲ；1-2-2-2、压电片Ⅳ；1-3、夹紧压电片组；1-3-1、第一夹紧压电片；1-3-2、第二夹紧压电片；2、从动件。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图7，本发明涉及一种微小型设备用超薄压电超声电机，通过激发谐振子的纵向模态夹紧和弯曲模态的，实现从动件的线性运动。结构简单紧凑，通过中空的弹性体以及从动件放置的大尺寸的光学镜片，利于相机变焦。该发明也扩展了压电超声电机的应用领域和适用场合。
所述的一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：包括谐振子(1)和从动件(2)；所述的谐振子(1)包括矩形中空弹性体(1-1)、弯曲压电片组(1-2)和夹紧压电片组(1-3)；所述的从动件(2)成环状，可内置相机光学镜片；所述的从动件(2)以紧配合的方式内置于矩形中空弹性体(1-1)中；所述的用于激发矩形中空弹性体(1-1)驱动从动件(2)直线运动的弯曲压电片组(1-2)沿厚度方向(z向)对称粘贴于矩形中空弹性体(1-1)两端；用于激发矩形中空弹性体(1-1)夹紧从动件(2)的夹紧压电片组(1-3)沿宽度方向(y向)对称粘贴于矩形中空弹性体(1-1)两端。
所述的矩形中空弹性体(1-1)包括薄连接部分(1-1-1)、厚连接部分(1-1-2)和安装固定孔(1-1-3)；所述的矩形中空弹性体(1-1)的中空部分为椭圆形，椭圆长轴沿矩形中空弹性体(1-1)的长度方向(x向)布置；所述的矩形中空弹性体(1-1)中空部分椭圆短轴方向与薄连接部分(1-1-1)相交，椭圆长轴方向与厚连接部分相交；所述的安装固定孔(1-1-3)用于安装固定。
所述的弯曲压电片组(1-2)由第一弯曲压电片组(1-2-1)和第二弯曲压电片组(1-2-2)组成；所述的第一夹紧压电片组(1-2-1)由压电片Ⅰ(1-2-1-1)和压电片Ⅱ(1-2-1-2)组成，压电片Ⅰ(1-2-1-1)和压电片Ⅱ(1-2-1-2)通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体(2)椭圆长轴的-x向一侧；所述的第二夹紧压电片组(1-2-2)由压电片Ⅲ(1-2-2-1)和压电片Ⅳ(1-2-2-2)组成，压电片Ⅲ(1-2-2-1)和压电片Ⅳ(1-2-2-2)通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体(2)椭圆长轴的x向一侧；所述的压电片Ⅰ(1-2-1-1)和压电片Ⅱ(1-2-1-2)，压电片Ⅲ(1-2-2-1)和压电片Ⅳ(1-2-2-2)均通过电学并联的方式布线；通过给弯曲压电片组(1-2)施加正弦电信号可使矩形中空弹性体(1-1)定向弯曲。
所述的夹紧压电片组(1-3)由第一夹紧压电片(1-3-1)和第二夹紧压电片(1-3-2)组成；所述的第一夹紧压电片(1-3-1)和第二夹紧压电片(1-3-2)通过机械并联的方式沿宽度方向(y轴)粘贴于矩形中空弹性体(2)两侧；所述的第一夹紧压电片(1-3-1)和第二夹紧压电片(1-3-2)通过电学串联的方式布线；通过给夹紧压电片组(1-3)施加正弦电信号可使矩形中空弹性体(1-1)夹紧从动件(2)。
本发明的另一目的在于提供一种微小型设备用超薄压电超声电机驱动方法包括以下步骤：
a)给夹紧压电片组(1-3)施加u＝Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体(2)的纵向模态，使矩形中空弹性体(2)夹紧从动件(2)；
b)给弯曲压电片组(1-2)施加u＝Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体(2)的弯曲模态，在弯曲压电片组(1-2)和夹紧压电片组(1-3)共同激励下，矩形中空弹性体(2)将会带动从动件(2)沿z向直线运动；
c)给夹紧压电片组(1-3)施加u＝Asin(2πft)的电信号的同时，给弯曲压电片组(1-2)施加u＝Acos(2πft)的电信号，可使矩形中空弹性体(2)带动从动件(2)沿-z向直线运动。

Claims (5)

1.一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：包括谐振子（1）和从动件（2）；所述的谐振子（1）包括矩形中空弹性体（1-1）、弯曲压电片组（1-2）和夹紧压电片组（1-3）；所述的从动件（2）成环状，可内置相机光学镜片；所述的从动件（2）以紧配合的方式内置于矩形中空弹性体（1-1）中；用于激发矩形所述的中空弹性体（1-1）驱动从动件（2）直线运动的弯曲压电片组（1-2）沿厚度方向z向对称粘贴于矩形中空弹性体（1-1）两端；用于激发矩形中空弹性体（1-1）夹紧从动件（2）的夹紧压电片组（1-3）沿宽度方向y向对称粘贴于矩形中空弹性体（1-1）两端。
2.根据权利要求1所述的一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：所述的矩形中空弹性体（1-1）包括薄连接部分（1-1-1）、厚连接部分（1-1-2）和安装固定孔（1-1-3）；所述的矩形中空弹性体（1-1）的中空部分为椭圆形，椭圆长轴沿矩形中空弹性体（1-1）的长度方向x向布置；所述的矩形中空弹性体（1-1）中空部分椭圆短轴方向与薄连接部分（1-1-1）相交，椭圆长轴方向与厚连接部分相交；所述的安装固定孔（1-1-3）用于安装固定。
3.根据权利要求1所述的一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：所述的弯曲压电片组（1-2）由第一弯曲压电片组（1-2-1）和第二弯曲压电片组（1-2-2）组成；所述的第一弯曲压电片组（1-2-1）由压电片Ⅰ（1-2-1-1）和压电片Ⅱ（1-2-1-2）组成，压电片Ⅰ（1-2-1-1）和压电片Ⅱ（1-2-1-2）通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体（1-1）椭圆长轴的-x向一侧；所述的第二弯曲压电片组（1-2-2）由压电片Ⅲ（1-2-2-1）和压电片Ⅳ（1-2-2-2）组成，压电片Ⅲ（1-2-2-1）和压电片Ⅳ（1-2-2-2）通过机械串联的方式沿厚度方向粘贴于矩形中空弹性体（1-1）椭圆长轴的x向一侧；所述的压电片Ⅰ（1-2-1-1）和压电片Ⅱ（1-2-1-2），压电片Ⅲ（1-2-2-1）和压电片Ⅳ（1-2-2-2）均通过电学并联的方式布线；通过给弯曲压电片组（1-2）施加正弦电信号可使矩形中空弹性体（1-1）定向弯曲。
4.根据权利要求1所述的一种微小型设备用超薄压电超声电机，其特征在于：所述的夹紧压电片组（1-3）由第一夹紧压电片（1-3-1）和第二夹紧压电片（1-3-2）组成；所述的第一夹紧压电片（1-3-1）和第二夹紧压电片（1-3-2）通过机械并联的方式沿宽度方向y轴粘贴于矩形中空弹性体（1-1）两侧；所述的第一夹紧压电片（1-3-1）和第二夹紧压电片（1-3-2）通过电学串联的方式布线；通过给夹紧压电片组（1-3）施加正弦电信号可使矩形中空弹性体（1-1）夹紧从动件（2）。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种微小型设备用超薄压电超声电机的驱动方法，其特征在于：包括以下步骤：
a）给夹紧压电片组（1-3）施加u=Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体（2）的纵向模态，使矩形中空弹性体（1-1）夹紧从动件（2）；
b）给弯曲压电片组（1-2）施加u=Asin(2πft)的电信号激发矩形中空弹性体（2）的弯曲模态，在弯曲压电片组（1-2）和夹紧压电片组（1-3）共同激励下，矩形中空弹性体（1-1）将会带动从动件（2）沿z向直线运动；
c）给夹紧压电片组（1-3）施加u=Asin(2πft)的电信号的同时，给弯曲压电片组（1-2）施加u=Acos(2πft)的电信号，可使矩形中空弹性体（1-1）带动从动件（2）沿-z向直线运动。
CN202110444227.5A 2021-04-23 2021-04-23 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法 Active CN112994517B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110444227.5A CN112994517B (zh) 2021-04-23 2021-04-23 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110444227.5A CN112994517B (zh) 2021-04-23 2021-04-23 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112994517A CN112994517A (zh) 2021-06-18
CN112994517B true CN112994517B (zh) 2024-04-02

Family

ID=76340002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110444227.5A Active CN112994517B (zh) 2021-04-23 2021-04-23 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112994517B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116107135A (zh) * 2023-02-20 2023-05-12 哈尔滨工业大学 一种超声电机驱动的厘米级光学成像系统及驱动方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416375A (en) * 1992-06-15 1995-05-16 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic motor
JPH08163879A (ja) * 1994-12-07 1996-06-21 Olympus Optical Co Ltd 超音波振動子および超音波モータ
CN201075845Y (zh) * 2007-09-05 2008-06-18 清华大学 螺母型超声电机
CN101364775A (zh) * 2008-09-28 2009-02-11 浙江大学 一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机
CN107742993A (zh) * 2017-11-21 2018-02-27 河南师范大学 单相激励型面内振动超声电机及其单相激励方法
CN215222041U (zh) * 2021-04-23 2021-12-17 吉林大学 一种微小型设备用超薄压电超声电机

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416375A (en) * 1992-06-15 1995-05-16 Olympus Optical Co., Ltd. Ultrasonic motor
JPH08163879A (ja) * 1994-12-07 1996-06-21 Olympus Optical Co Ltd 超音波振動子および超音波モータ
CN201075845Y (zh) * 2007-09-05 2008-06-18 清华大学 螺母型超声电机
CN101364775A (zh) * 2008-09-28 2009-02-11 浙江大学 一种扁平化带螺纹副预紧的双定子螺纹驱动超声微电机
CN107742993A (zh) * 2017-11-21 2018-02-27 河南师范大学 单相激励型面内振动超声电机及其单相激励方法
CN215222041U (zh) * 2021-04-23 2021-12-17 吉林大学 一种微小型设备用超薄压电超声电机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
直线型超声波电机及其应用综述;陈廉清, 任敏杰, 张振祥;微电机;-;20050828;第-卷(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112994517A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6208065B1 (en) Piezoelectric transducer and actuator using said piezoelectric transducer
KR20110081947A (ko) 감소된 전압의 선형 모터 시스템들 및 및 그 방법들
CN101674029A (zh) 振动波驱动装置
CN112994517B (zh) 一种微小型设备用超薄压电超声电机及其驱动方法
CN104883090B (zh) 融合切变压电致动器复合驱动模式的压电直线马达
CN215222041U (zh) 一种微小型设备用超薄压电超声电机
CN101227157A (zh) 采用兰杰文振子结构的压电螺纹驱动器
CN113114065B (zh) 微小型设备用纵弯模态复合的压电超声电机及其驱动方法
CN101072001B (zh) 无齿行波旋转超声电机及工作模态和电激励方式
CN201398155Y (zh) 一种直线压电马达
CN215222040U (zh) 一种双模式微小型直线超声电机
JP4918122B2 (ja) 超音波モータ及び超音波モータ付き電子機器
EP4275462B1 (en) Mounting arrangement for piezo motor element
CN104716864B (zh) 惯性式中型结构的直线压电电机及其控制方法
CN214429470U (zh) 微小型设备用纵弯模态复合的压电超声电机
JP4485238B2 (ja) 超音波モータおよび超音波モータ付き電子機器
CN101291122B (zh) 采用双足驱动的直线压电驱动器
CN113037130A (zh) 一种双模式微小型直线超声电机及其驱动方法
CN101162875B (zh) 细直径活塞式压电直线电机
CN101741277B (zh) 一种直线型压电马达
CN204361935U (zh) 惯性式中型结构的直线压电电机
KR101264259B1 (ko) 메탈 세라믹 진동자의 접합치구 정렬장치 및 방법
CN219536760U (zh) 一种叠层压电振子
CN113765433A (zh) 一种压电激励的贴片式纵弯复合型直线超声电机装置
CN221688541U (zh) 一种压电振子结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant