RU2390090C1 - Linear piezoelectric motor - Google Patents
Linear piezoelectric motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390090C1 RU2390090C1 RU2009102003/28A RU2009102003A RU2390090C1 RU 2390090 C1 RU2390090 C1 RU 2390090C1 RU 2009102003/28 A RU2009102003/28 A RU 2009102003/28A RU 2009102003 A RU2009102003 A RU 2009102003A RU 2390090 C1 RU2390090 C1 RU 2390090C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piezoelectric
- frame
- linear
- guides
- piezodrive
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 229910000760 Hardened steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000008855 peristalsis Effects 0.000 description 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области пьезотехники, а именно к области разработки и изготовления линейных пьезоэлектрических двигателей.The invention relates to the field of piezotechnics, namely to the field of development and manufacture of linear piezoelectric motors.
Известна пьезоприводная система, состоящая из нескольких пьезоприводов, которые могут последовательно удлиняться и сдвигаться, перемещая подвижной элемент в соответствии с управляющими сигналами (патент US 6977461 ВВ).Known piezoelectric system, consisting of several piezoelectric actuators, which can sequentially lengthen and shift, moving the movable element in accordance with the control signals (patent US 6977461 ВВ).
Недостатки этого устройства состоят в необходимости изготовления сопрягающихся деталей с очень высокой точностью (доли микрона) и в сложности реализации линейных сдвигов.The disadvantages of this device are the need to manufacture mating parts with very high accuracy (fractions of a micron) and the difficulty of implementing linear shifts.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пьезоэлектрический двигатель на основе "перистальтики", состоящий из трех, связанных между собой, пьезоэлектрических цилиндров, надетых на металлический стержень, при этом первый и третий цилиндры охватывают стержень без зазора, а второй - с зазором. При подаче на цилиндры последовательности импульсов напряжения стержень совершает поступательное перемещение в виде последовательности шагов (ТИИЭР, т.66, №6, июнь 1978).Closest to the proposed invention is a piezoelectric motor based on "peristalsis", consisting of three interconnected piezoelectric cylinders worn on a metal rod, with the first and third cylinders covering the rod without a gap, and the second with a gap. When applying a sequence of voltage pulses to the cylinders, the rod performs translational movement in the form of a sequence of steps (TIIER, t.66, No. 6, June 1978).
Недостатки этого устройства заключаются в сложности его изготовления, так как требуется высокая точность изготовления подвижного стержня и сопрягающихся с ним пьезоцилиндров, а также в высокой чувствительности устройства к температурным деформациям стержня и пьезоцилиндров, что снижает надежность его работы.The disadvantages of this device are the complexity of its manufacture, since it requires high precision manufacturing of the movable rod and the piezo cylinders mating with it, as well as the high sensitivity of the device to temperature deformations of the rod and piezo cylinders, which reduces the reliability of its operation.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в повышении надежности устройства, упрощении его конструкции и сборки. Поставленная задача решается в линейном пьезоэлектрическом двигателе, содержащем ползун с направляющими, пьезоприводную систему, источник питания, причем пьезоприводная система состоит из корпуса, выполненного в виде замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, в которую вставлен и жестко зажат пьезоэлемент продольных перемещений, а на концах рамки выполнены связанные с ней упругими шарнирами рычажные мультипликаторы линейных перемещений, одно плечо которых находится в связи с пьезоэлементами поперечных перемещений, а второе плечо вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений.The problem to which the present invention is directed, is to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of the device, simplifying its design and assembly. The problem is solved in a linear piezoelectric engine containing a slider with guides, a piezoelectric system, a power source, the piezoelectric system consisting of a housing made in the form of a closed frame with an elastic element in the form of two flat springs on its side faces, into which it is inserted and rigidly clamped a piezoelectric element of longitudinal displacements, and at the ends of the frame, lever multipliers of linear displacements connected with it by elastic joints are made, one shoulder of which is connected with the piezoelectric elements operechnyh displacement, and the second arm is inserted into the guide slide with a tightness equal to or less than the value of their movement under the action of the transverse displacement of piezoelectric elements.
Отличительными признаками изобретения являются признаки, характеризующие выполнение пьезоприводной системы, состоящей из корпуса, выполненного в виде замкнутой рамки с упругим элементом в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, в которую вставлен и жестко зажат в ней пьезоэлемент продольных перемещений, а на концах рамки выполнены упруго связанные с ней рычажные мультипликаторы линейных перемещений, одно плечо которых находится в связи с пьезоэлементами поперечных перемещений, а второе плечо упруго вставлено в направляющие ползуна с натягом, равным или меньше величины их перемещения под воздействием пьезоэлементов поперечных перемещений.Distinctive features of the invention are the signs characterizing the implementation of the piezodrive system, consisting of a housing made in the form of a closed frame with an elastic element in the form of two flat springs on its side faces, into which a piezoelectric element of longitudinal displacements is inserted and rigidly clamped in it, and at the ends of the frame are made elastically coupled lever linear motion multipliers, one shoulder of which is in connection with the piezoelectric elements of transverse movements, and the second shoulder is elastically inserted into the guides along Zoon with a tightness equal to or less than the value of their movement under the action of the transverse displacement of piezoelectric elements.
Указанная совокупность отличительных признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении надежности работы устройства и упрощении его конструкции.The specified set of distinctive features allows to achieve a technical result, which consists in increasing the reliability of the device and simplifying its design.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где показана конструкция устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows the design of the device.
Устройство содержит ползун 1 с направляющими А, пьезоприводную систему, состоящую из замкнутой рамки 2 с упругим элементом 3 в виде двух плоских пружин на ее боковых гранях, пьезоэлемента 4 для продольных перемещений, вставленного в рамку 2 и жестко зажатого в ней винтом 5, рычажных мультипликаторов линейных перемещений 6, 7, 8, 9 и поджатых винтами 16, 17.The device comprises a slider 1 with guides A, a piezodrive system consisting of a closed frame 2 with an elastic element 3 in the form of two flat springs on its side faces, a piezoelectric element 4 for longitudinal movements inserted into the frame 2 and rigidly clamped in it by a screw 5, lever multipliers linear displacements 6, 7, 8, 9 and tightened by screws 16, 17.
Пьезприводная система вставлена противоположными концами рычагов мультипликаторов с натягом в направляющие А ползуна 1 и взаимодействует с ним в точках 18, 19, 20, 21 рычагов 6, 7, 8, 9. Пьезоэлементы 4, 14, 15 подсоеденены к источнику питания, реализующему необходимую последовательность управляющих импульсов.The piezodrive system is inserted by the opposite ends of the levers of the multipliers with an interference fit into the guides A of the slider 1 and interacts with it at points 18, 19, 20, 21 of the levers 6, 7, 8, 9. The piezoelectric elements 4, 14, 15 are connected to a power source that implements the necessary sequence control pulses.
Описанное устройство работает следующим образом.The described device operates as follows.
Благодаря тому, что рычаги 6, 7, 8, 9 вставлены в направляющие ползуна с натягом, в отсутствие управляющих импульсов, он застопорен от перемещений относительно пьезприводной системы силами трения в точках 18, 19, 20, 21. При подаче напряжения на пьезоэлементы 14, 15 они удлиняются, рычаги 6, 7, 8, 9 проворачиваются в упругих шарнирах 10, 11, 12, 13 и освобождают ползун 1. Для достижения высокой точности и надежной работы устройства величина перемещений рычагов в точках 18, 19, 20, 21 должна быть равна или меньше величины натяга. В этом случае ползун 1 находится в постоянном контакте с рычагами 6, 7, 8, 9. Установка величины натяга производится винтами 16, 17.Due to the fact that the levers 6, 7, 8, 9 are inserted into the guides of the slider with an interference fit, in the absence of control pulses, it is locked from movement relative to the piezodrive system by friction forces at points 18, 19, 20, 21. When voltage is applied to the piezoelectric elements 14, 15 they lengthen, the levers 6, 7, 8, 9 rotate in elastic joints 10, 11, 12, 13 and release the slider 1. To achieve high accuracy and reliable operation of the device, the amount of movement of the levers at points 18, 19, 20, 21 must be equal to or less than the preload. In this case, the slider 1 is in constant contact with the levers 6, 7, 8, 9. Setting the amount of interference is done with screws 16, 17.
При подаче напряжения на пьезоэлемент 4, благодаря наличию упругого элемента 3, рамка 2 удлиняется и обеспечивает механизм линейного перемещения ползуна 1 относительно пьезоприводной системы. Подачей последовательности управляющих импульсов на пьезоэлементы 4, 14, 15 реализуется поступательное перемещение ползуна относительно пьезоприводной системы в виде последовательности шагов.When applying voltage to the piezoelectric element 4, due to the presence of the elastic element 3, the frame 2 is lengthened and provides a linear mechanism for moving the slider 1 relative to the piezoelectric system. By applying a sequence of control pulses to the piezoelectric elements 4, 14, 15, the translational movement of the slider relative to the piezoelectric system is realized in the form of a sequence of steps.
Благодаря рычажным мультипликаторам свободный ход рычагов 6, 7, 8, 9 в точках 18, 19, 20, 21 в несколько раз превышает относительно малое удлинение пьезоэлементов поперечных перемещений 14, 15, что снижает требования к точности изготовления деталей, повышает надежность работы и упрощает процесс сборки пьезодвигателя.Thanks to the lever multipliers, the free travel of the levers 6, 7, 8, 9 at points 18, 19, 20, 21 is several times higher than the relatively small elongation of the piezoelectric elements of transverse movements 14, 15, which reduces the requirements for precision manufacturing of parts, increases reliability and simplifies the process piezoelectric motor assemblies.
Пример реализации заявляемого устройства.An example implementation of the inventive device.
Направляющие А ползуна 1 и рычаги мультипликаторов 6, 7, 8, 9 выполнены из закаленной стали и обработаны шлифованием.The guides A of the slider 1 and the levers of the multipliers 6, 7, 8, 9 are made of hardened steel and processed by grinding.
Пьезоэлемент 4 для продольных перемещений изготовлен из керамики ЦТС-46 в виде многослойного пьезоэлемента актюатора длиной 45 мм и сечением 6×6 мм. При подаче напряжения 100 В он удлиняется на 35-40 мкм. Пьезоэлементы 14, 15 для поперечных перемещений изготовлены также из керамики ЦТС-46 в виде многослойных пьезоэлементов сечением 6×6 мм и длиной 10 мм. Их удлинение при напряжении 100 В составляет 8 мкм. Рычажные мультипликаторы, взаимодействующие с пьезоэлементами 14, 15, обеспечивают увеличение свободного хода рычагов 6, 7, 8, 9 в точках 18, 19, 20, 21 до 20-25 мкм.Piezoelectric element 4 for longitudinal movements is made of ceramic TsTS-46 in the form of a multilayer piezoelectric element of the actuator with a length of 45 mm and a cross section of 6 × 6 mm. When applying a voltage of 100 V, it is extended by 35-40 microns. Piezoelectric elements 14, 15 for lateral movements are also made of ceramic TsTS-46 in the form of multilayer piezoelectric elements with a cross section of 6 × 6 mm and a length of 10 mm. Their elongation at a voltage of 100 V is 8 μm. The lever multipliers interacting with the piezoelectric elements 14, 15, provide an increase in the free travel of the levers 6, 7, 8, 9 at points 18, 19, 20, 21 to 20-25 microns.
Пьезоприводная система вставляется в направляющие А ползуна 1 с натягом 15 мкм. Этим обеспечивается ее надежная фиксация относительно ползуна 1.The piezodrive system is inserted into the guides A of the slider 1 with an interference of 15 μm. This ensures its reliable fixation relative to the slider 1.
Изготовленный экспериментальный образец пьезодвигателя обеспечивал шаговый режим работы в диапазоне 0-300 Гц со скоростью до 9 мм/с при тяговом усилии 0,3 кг.The manufactured experimental sample of the piezoelectric motor provided a step operation in the range of 0-300 Hz with a speed of up to 9 mm / s with a traction force of 0.3 kg.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009102003/28A RU2390090C1 (en) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | Linear piezoelectric motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009102003/28A RU2390090C1 (en) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | Linear piezoelectric motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2390090C1 true RU2390090C1 (en) | 2010-05-20 |
Family
ID=42676259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009102003/28A RU2390090C1 (en) | 2009-01-23 | 2009-01-23 | Linear piezoelectric motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2390090C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2603353C1 (en) * | 2015-07-23 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Reinforcing piezoelectric actuator |
| RU2617209C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-04-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Linear piezoelectric motor |
| RU2624773C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Amplifying piezoelectric actuator of increased positional accuracy |
| RU2690258C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | In-tube elastic microrobot with controlled shape by piezo actuator |
| RU2727610C1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-07-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Linear stepped piezoelectric motor |
| RU2749570C2 (en) * | 2016-12-09 | 2021-06-15 | Конинклейке Филипс Н.В. | Drive device and method |
| RU2753379C2 (en) * | 2018-05-30 | 2021-08-13 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction electric drive |
| RU2753378C2 (en) * | 2018-05-30 | 2021-08-13 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction drive |
| RU2756491C1 (en) * | 2021-03-17 | 2021-09-30 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction drive in gate |
| RU2766949C1 (en) * | 2021-03-17 | 2022-03-16 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with an internal strictional drive |
| RU235103U1 (en) * | 2024-11-25 | 2025-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоПроект" | Piezoelectric motor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU752560A1 (en) * | 1978-02-08 | 1980-07-30 | Московский институт электронной техники | Piezoelectric linear step motor |
| RU2181522C2 (en) * | 1996-06-05 | 2002-04-20 | Окатов Юрий Владимирович | Piezoelectric linear stepping motor |
| RU2291551C2 (en) * | 2005-02-22 | 2007-01-10 | Виктор Григорьевич Бондаренко | Precision piezo-electric stepping movement mechanism |
| DE102006048238A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-31 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezo linear drive, has group of piezo stack actuators, which drive rotor, and adjusting area expanding, separately controllable, additional piezoelectric multilayer actuator arranged in rotor or its free end |
-
2009
- 2009-01-23 RU RU2009102003/28A patent/RU2390090C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU752560A1 (en) * | 1978-02-08 | 1980-07-30 | Московский институт электронной техники | Piezoelectric linear step motor |
| RU2181522C2 (en) * | 1996-06-05 | 2002-04-20 | Окатов Юрий Владимирович | Piezoelectric linear stepping motor |
| RU2291551C2 (en) * | 2005-02-22 | 2007-01-10 | Виктор Григорьевич Бондаренко | Precision piezo-electric stepping movement mechanism |
| DE102006048238A1 (en) * | 2005-11-23 | 2007-05-31 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezo linear drive, has group of piezo stack actuators, which drive rotor, and adjusting area expanding, separately controllable, additional piezoelectric multilayer actuator arranged in rotor or its free end |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2603353C1 (en) * | 2015-07-23 | 2016-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Reinforcing piezoelectric actuator |
| RU2617209C1 (en) * | 2016-03-31 | 2017-04-24 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Linear piezoelectric motor |
| RU2624773C1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-07-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет") | Amplifying piezoelectric actuator of increased positional accuracy |
| RU2749570C2 (en) * | 2016-12-09 | 2021-06-15 | Конинклейке Филипс Н.В. | Drive device and method |
| RU2690258C1 (en) * | 2018-04-04 | 2019-05-31 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | In-tube elastic microrobot with controlled shape by piezo actuator |
| RU2753379C2 (en) * | 2018-05-30 | 2021-08-13 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction electric drive |
| RU2753378C2 (en) * | 2018-05-30 | 2021-08-13 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction drive |
| RU2727610C1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-07-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (НИ ТГУ) | Linear stepped piezoelectric motor |
| RU2756491C1 (en) * | 2021-03-17 | 2021-09-30 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with striction drive in gate |
| RU2766949C1 (en) * | 2021-03-17 | 2022-03-16 | Андрей Леонидович Кузнецов | Gate valve with an internal strictional drive |
| RU235103U1 (en) * | 2024-11-25 | 2025-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭнергоПроект" | Piezoelectric motor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2390090C1 (en) | Linear piezoelectric motor | |
| CN104167953B (en) | Drive-type clamp passively piezoelectric actuator in a kind of | |
| ATE519968T1 (en) | MECHANICAL SPRING ELEMENT FOR TRACTION DRIVES | |
| JP2002031010A (en) | Fuel injector, combustion injection system, and fuel injector compensation method | |
| US20100254032A1 (en) | Magnetic coupling lens driving actuator | |
| US11843330B2 (en) | Method for operating an electromechanical element, actuator, drive device and motor | |
| CN104769271B (en) | Actuator | |
| CN102122900A (en) | Self-sensing driving device | |
| US20090189486A1 (en) | Inertial drive actuator | |
| CN110429860A (en) | A kind of measurable stick-slip driver of contact force and its test method | |
| DE102008016684B4 (en) | Electromechanical motor | |
| RU2603353C1 (en) | Reinforcing piezoelectric actuator | |
| JP2003510522A (en) | Adjusting device for controlling the adjusting and / or blocking device | |
| US11038441B2 (en) | Piezo motor driven device | |
| Zhang et al. | A linear piezomotor of high stiffness and nanometer resolution | |
| CN1845443B (en) | A high-precision linear drive with arbitrary stroke | |
| CN117804096A (en) | Spring-heat heat pump and motor vehicle with spring-heat heat pump | |
| CN109675147B (en) | Actuator suitable for magnetic field environment, piston type injection device and control method | |
| CN107994804B (en) | An ultrasonically driven macro-micro composite motion platform | |
| CN1206865A (en) | Peristaltic piezoelectric/electrostrictive micro-feed positioning device | |
| RU2472276C1 (en) | Linear step motor (versions) | |
| CN207732662U (en) | A kind of macro micro- composite motion platform of ultrasound-driven | |
| KR100632364B1 (en) | Micro-Feed Mechanism by Two Piezos | |
| Wang | Biomimetic moving mechanism with multilayer piezoelectric materials | |
| US6806600B2 (en) | Actuator apparatus including a marker device |