壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，屬于壓電馬達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。本實用新型的技術(shù)方案要點為：壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，包括基座、壓電片、非壓電材料支撐體和導(dǎo)軌，其中壓電片和非壓電材料支撐體設(shè)置于基座和導(dǎo)軌之間，壓電片的一端通過膠體垂直固定于基座上，壓電片的另一端通過膠體固定有導(dǎo)軌，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片，導(dǎo)軌的凹槽方向與壓電片的極化方向一致。本實用新型制作成本較低，工藝簡單，易于操作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且多樣，而且所制成的壓電馬達(dá)可由低電壓驅(qū)動，更加安全且性能良好，在微納操縱和控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說明】
壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于壓電馬達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著納米技術(shù)的發(fā)展，使得以納米精度著稱的壓電馬達(dá)應(yīng)用日益廣泛，它具有控制精度高、響應(yīng)速度快和運(yùn)行噪音低等優(yōu)點，可在掃描探針顯微鏡(SPM)掃描中作探針驅(qū)動，也可作為微納米作業(yè)及定位系統(tǒng)的驅(qū)動元件，在高科技領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。壓電馬達(dá)的種類有很多種，但它們通常具有利用高壓驅(qū)動、需要多個壓電片和使用價格昂貴的壓電管等缺點，因此限制了壓電馬達(dá)的大量普及，并制約了納米科技的發(fā)展。在項目批準(zhǔn)號為:11304082的國家自然科學(xué)基金“超快速掃描隧道顯微鏡的改進(jìn)與應(yīng)用”的支持下，本專利提出了一種新型壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型解決的技術(shù)問題是提供了一種可由低電壓驅(qū)動、更加安全且成本較低、性能優(yōu)良的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。
[0004]本實用新型為解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案，壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于包括基座、壓電片、非壓電材料支撐體和導(dǎo)軌，其中壓電片和非壓電材料支撐體設(shè)置于基座和導(dǎo)軌之間，壓電片的一端通過膠體垂直固定于基座上，壓電片的另一端通過膠體固定有導(dǎo)軌，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片，導(dǎo)軌的凹槽方向與壓電片的極化方向一致。
[0005]進(jìn)一步優(yōu)選，所述非壓電材料支撐體通過膠體固定于基座與導(dǎo)軌之間或者非壓電材料支撐體與基座和導(dǎo)軌一體成型或者非壓電材料支撐體一端與導(dǎo)軌通過膠體連接，另一端與基座一體成型或者非壓電材料支撐體一端與基座通過膠體連接，另一端與導(dǎo)軌一體成型。
[0006]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電片與基座和導(dǎo)軌的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。
[0007]本實用新型所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于包括基座、壓電單晶片和導(dǎo)軌，其中壓電單晶片由兩個平行設(shè)置的底片及設(shè)置于兩底片之間的壓電片和非壓電材料支撐體構(gòu)成，壓電片通過膠體垂直固定于兩底片之間，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片，壓電單晶片一端的底片固定于基座上，壓電單晶片另一端的底片上固定有導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌的凹槽方向與壓電片的極化方向一致。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)選，所述底片的材質(zhì)為藍(lán)寶石、鎢、鈦、不銹鋼、玻璃或鋁鎂合金，非壓電材料支撐體通過膠體固定于兩底片之間或者非壓電材料支撐體與兩底片一體成型或者非壓電材料支撐體的一端與底片通過膠體連接，另一端與另一底片一體成型。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電片與兩底片的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選，所述基座和導(dǎo)軌的材質(zhì)均為藍(lán)寶石、鎢、鈦、陶瓷或不銹鋼。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選，所述非壓電材料支撐體的材質(zhì)為金屬、陶瓷、玻璃或藍(lán)寶石，膠體為環(huán)氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、α_氰基丙烯酸乙酯膠或氯丁橡膠。
[0012]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電馬達(dá)的驅(qū)動信號為不對稱的周期性信號。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選，所述壓電馬達(dá)的驅(qū)動信號為不對稱的鋸齒波。
[0014]本實用新型的工作原理為:當(dāng)壓電片在交變驅(qū)動信號的作用下時，將發(fā)生伸長或收縮，而非壓電材料支撐體的長度不變，如果將壓電片和非壓電材料支撐體的兩端通過底片或與導(dǎo)軌和基座固定在一起，那么壓電片將不能在驅(qū)動信號的作用下自由伸長或收縮，而是將在非壓電材料支撐體的拉力作用下發(fā)生彎曲，因此在壓電片上施加不對稱的周期性鋸齒波信號時，能夠利用慣性力驅(qū)動位于導(dǎo)軌上的物體移動，實現(xiàn)與現(xiàn)有壓電馬達(dá)同樣的功能。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:(I)借助于壓電片較大的長度厚度比，因此較小的驅(qū)動電壓也能夠使得壓電片發(fā)生較明顯的彎曲形變;(2)在鋸齒波的作用下，只要壓電片的形變速度發(fā)生較陡的改變，就像鋸齒波信號的斜率的陡變一樣，即使壓電片沒有很大的形變量，也能夠產(chǎn)生足夠大的慣性力；(3)由于驅(qū)動信號為斜率不相等的鋸齒波，因此當(dāng)調(diào)換壓電片正負(fù)電極上的驅(qū)動信號時，壓電片驅(qū)動力的方向也將發(fā)生變化。結(jié)合以上三點，壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)將能夠在安全電壓范圍內(nèi)工作，這樣既避免了高壓控制器的高成本，也避免了高壓操作的危險性。而且，本實用新型用一個壓電片替換了現(xiàn)有壓電馬達(dá)必須要用到的多個壓電片或價格昂貴的壓電管，將現(xiàn)在至少數(shù)千元壓電馬達(dá)的成本，降到了不足50元，極大的降低了壓電馬達(dá)的制作成本。總之，本實用新型易于制作，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且多樣，在降低成本的同時節(jié)省材料，因此具有極大的開發(fā)應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型實施例1中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的主視圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例1中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的側(cè)視圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例1中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的俯視圖；
[0019]圖4是本實用新型實施例2中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的主視圖；
[0020]圖5是本實用新型實施例2中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的側(cè)視圖；
[0021]圖6是本實用新型實施例2中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的俯視圖；
[0022]圖7是本實用新型實施例3中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的主視圖；
[0023]圖8是本實用新型實施例3中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的側(cè)視圖；
[0024]圖9是本實用新型實施例4中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的側(cè)視圖；
[0025]圖10是本實用新型實施例5中壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的側(cè)視圖。
[0026]圖中:1、導(dǎo)軌，2、壓電片，3、膠體，4、基座，5、未涂電極部位。
【具體實施方式】
[0027]結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型的具體內(nèi)容。制備壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的工藝流程如下:
[0028](I)選取一定結(jié)構(gòu)的壓電片2，使其垂直立在基座4和導(dǎo)軌I之間；
[0029](2)在壓電片2與不銹鋼基座4和導(dǎo)軌I的接觸面處涂上一定量合適硬度和強(qiáng)度的膠體3，如環(huán)氧樹脂膠353ND;
[0030](3)將其烘干，即可得到壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。
[0031]該壓電馬達(dá)的驅(qū)動方式為在壓電片上施加不對稱的周期性鋸齒波信號。
[0032]實施例1
[0033]壓電片與非壓電材料支撐體最寬面完全粘接的壓電單晶片制作的慣性壓電馬達(dá)，本實施例中壓電陶瓷片最寬面兩端各有Imm未涂電極部位5，基座和導(dǎo)軌均為不銹鋼。
[0034]本實施例的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的制作流程如下:
[0035](I)選取壓電片與非壓電材料支撐體最寬面完全粘接的壓電單晶片，使其垂直立在不銹鋼基座和導(dǎo)軌之間；
[0036](2)選用環(huán)氧樹脂AB膠353ND，涂在壓電單晶片和不銹鋼基座與導(dǎo)軌的接觸部位；
[0037](3)將其烘干，即可得到該壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。
[0038]實施例2
[0039]壓電片與非壓電材料支撐體兩端固定于基座和導(dǎo)軌之間制作出的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，本實施例中壓電陶瓷片沿厚度方向極化且最寬面兩端各有Imm未涂電極部位5，非壓電材料支撐體、基座和導(dǎo)軌均為不銹鋼。
[0040]本實施例的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的制作流程如下:
[0041 ] (I)選用尺寸均為30*5*0.5mm的壓電陶瓷片和不銹鋼片；
[0042](2)將壓電陶瓷片和不銹鋼片平行放置于基座與導(dǎo)軌之間，并且壓電陶瓷片和不銹鋼片分別與基座和導(dǎo)軌垂直設(shè)置，壓電陶瓷片與不銹鋼片之間的距離約為3mm;
[0043](3)選用環(huán)氧樹脂AB膠353ND，涂在壓電陶瓷片和不銹鋼片兩端與基座和導(dǎo)軌的接觸部位；
[0044](4)將其烘干，即可得到該壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)。
[0045]本實施例的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)中，壓電片與非壓電材料支撐體可為任意距離，而且基座和導(dǎo)軌也可為多種形狀，比如在基座或?qū)к壷胁吭O(shè)有中心孔以便于貫穿電極線、通氣體或固定其它需要的裝置等，以滿足特殊條件下的需求。也可將本實施例中的作為非壓電材料支撐體的不銹鋼片換為黃銅圓柱，以解決片狀支撐體強(qiáng)度和剛性不足的缺點。
[0046]實施例3
[0047]壓電片與非壓電材料支撐體兩端用絕緣底片固定的壓電單晶片制作出的慣性壓電馬達(dá)，本實施例中，選用壓電片與不銹鋼片的兩端用藍(lán)寶石片固定的壓電單晶片，其制備方法與實施例1中的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)制作流程相同。
[0048]本實施例的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，選用壓電片與不銹鋼片的兩端用藍(lán)寶石片固定的壓電單晶片，既起到了絕緣的作用，又起到了固定的作用，整體結(jié)構(gòu)美觀實用。
[0049]實施例4
[0050]非壓電材料支撐體與基座一體成型的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，將上述實施例2中的非壓電材料支撐體與基座替換為一個L型結(jié)構(gòu)，壓電片豎直粘接在L型結(jié)構(gòu)的底邊上，再在L型結(jié)構(gòu)和壓電片的頂端粘上導(dǎo)軌即可。
[0051 ] 實施例5
[0052]非壓電材料支撐體與基座和導(dǎo)軌一體成型的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，將上述實施例2中非壓電材料支撐體與基座和導(dǎo)軌換為一個整體的U型結(jié)構(gòu)，壓電片粘接在U型結(jié)構(gòu)的開口處即可，這種結(jié)構(gòu)制作工藝簡單且整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高。
[0053]以上實施例中的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)的驅(qū)動方式均為在壓電片上施加不對稱的周期性鋸齒波信號。
[0054]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理，主要特征和優(yōu)點，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實用新型的范圍。
【主權(quán)項】
1.壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于包括基座、壓電片、非壓電材料支撐體和導(dǎo)軌，其中壓電片和非壓電材料支撐體設(shè)置于基座和導(dǎo)軌之間，壓電片的一端通過膠體垂直固定于基座上，壓電片的另一端通過膠體固定有導(dǎo)軌，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片，導(dǎo)軌的凹槽方向與壓電片的極化方向一致。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述非壓電材料支撐體通過膠體固定于基座與導(dǎo)軌之間或者非壓電材料支撐體與基座和導(dǎo)軌一體成型或者非壓電材料支撐體一端與導(dǎo)軌通過膠體連接，另一端與基座一體成型或者非壓電材料支撐體一端與基座通過膠體連接，另一端與導(dǎo)軌一體成型。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述壓電片與基座和導(dǎo)軌的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。4.壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于包括基座、壓電單晶片和導(dǎo)軌，其中壓電單晶片由兩個平行設(shè)置的底片及設(shè)置于兩底片之間的壓電片和非壓電材料支撐體構(gòu)成，壓電片通過膠體垂直固定于兩底片之間，該壓電片為厚度方向或徑向極化的壓電片，壓電單晶片一端的底片固定于基座上，壓電單晶片另一端的底片上固定有導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌的凹槽方向與壓電片的極化方向一致。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述底片的材質(zhì)為藍(lán)寶石、鎢、鈦、不銹鋼、玻璃或鋁鎂合金，非壓電材料支撐體通過膠體固定于兩底片之間或者非壓電材料支撐體與兩底片一體成型或者非壓電材料支撐體的一端與底片通過膠體連接，另一端與另一底片一體成型。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述壓電片與兩底片的接觸部位分別設(shè)有未涂電極部位。7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述基座和導(dǎo)軌的材質(zhì)均為藍(lán)寶石、鎢、鈦、陶瓷或不銹鋼。8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述非壓電材料支撐體的材質(zhì)為金屬、陶瓷、玻璃或藍(lán)寶石，膠體為環(huán)氧樹脂膠、丙烯酸酯膠、α-氰基丙烯酸乙酯膠或氯丁橡膠。9.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述壓電馬達(dá)的驅(qū)動信號為不對稱的周期性信號。10.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的壓電單晶片式慣性壓電馬達(dá)，其特征在于:所述壓電馬達(dá)的驅(qū)動信號為不對稱的鋸齒波。
【文檔編號】H02N2/04GK205453550SQ201620209183
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月18日
【發(fā)明人】孫涵, 李全鋒, 崔明煥, 付士林, 趙雯
【申請人】河南師范大學(xué)