压电单晶片式惯性压电马达

摘要

本发明公开了一种压电单晶片式惯性压电马达，属于压电马达技术领域。本发明的技术方案要点为：压电单晶片式惯性压电马达，包括基座、压电片、非压电材料支撑体和导轨，其中压电片和非压电材料支撑体设置于基座和导轨之间，压电片的一端通过胶体垂直固定于基座上，压电片的另一端通过胶体固定有导轨，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片，导轨的凹槽方向与压电片的极化方向一致。本发明制作成本较低，工艺简单，易于操作，结构稳定且多样，而且所制成的压电马达可由低电压驱动，更加安全且性能良好，在微纳操纵和控制领域有着广泛的应用前景。

权利要求

1.压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于包括基座、压电单晶片、非压电材料支撑体和导轨，其中压电单晶片和非压电材料支撑体设置于基座和导轨之间，压电单晶片的一端通过胶体垂直固定于基座上，压电单晶片的另一端通过胶体固定有导轨，该压电单晶片为厚度方向或径向极化的压电单晶片，导轨的凹槽方向与压电单晶片的极化方向一致。

2.根据权利要求1所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述非压电材料支撑体通过胶体固定于基座与导轨之间或者非压电材料支撑体与基座和导轨一体成型或者非压电材料支撑体一端与导轨通过胶体连接，另一端与基座一体成型或者非压电材料支撑体一端与基座通过胶体连接，另一端与导轨一体成型。

3.根据权利要求1所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述压电单晶片与基座和导轨的接触部位分别设有未涂电极部位。

4.压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于包括基座、压电单晶片和导轨，其中压电单晶片由两个平行设置的底片及设置于两底片之间的压电单晶片和非压电材料支撑体构成，压电单晶片通过胶体垂直固定于两底片之间，该压电单晶片为厚度方向或径向极化的压电单晶片，压电单晶片一端的底片固定于基座上，压电单晶片另一端的底片上固定有导轨，该导轨的凹槽方向与压电单晶片的极化方向一致。

5.根据权利要求4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述底片的材质为蓝宝石、钨、钛、不锈钢、玻璃或铝镁合金，非压电材料支撑体通过胶体固定于两底片之间或者非压电材料支撑体与两底片一体成型或者非压电材料支撑体的一端与底片通过胶体连接，另一端与另一底片一体成型。

6.根据权利要求4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述压电单晶片与两底片的接触部位分别设有未涂电极部位。

7.根据权利要求1或4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述基座和导轨的材质均为蓝宝石、钨、钛、陶瓷或不锈钢。

8.根据权利要求1或4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述非压电材料支撑体的材质为金属、陶瓷、玻璃或蓝宝石，胶体为环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、α-氰基丙烯酸乙酯胶或氯丁橡胶。

9.根据权利要求1或4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述压电马达的驱动信号为不对称的周期性信号。

10.根据权利要求1或4所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于：所述压电马达的驱动信号为不对称的锯齿波。

说明书

压电单晶片式惯性压电马达

技术领域

[0001] 本发明属于压电马达技术领域，具体涉及一种压电单晶片式惯性压电马达。

背景技术

[0002] 随着纳米技术的发展，使得以纳米精度著称的压电马达应用日益广泛，它具有控制精度高、响应速度快和运行噪音低等优点，可在扫描探针显微镜（SPM）扫描中作探针驱动，也可作为微纳米作业及定位系统的驱动元件，在高科技领域具有广泛的应用。压电马达的种类有很多种，但它们通常具有利用高压驱动、需要多个压电片和使用价格昂贵的压电管等缺点，因此限制了压电马达的大量普及，并制约了纳米科技的发展。在项目批准号为：11304082的国家自然科学基金“超快速扫描隧道显微镜的改进与应用”的支持下，本专利提出了一种新型压电单晶片式惯性压电马达。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是提供了一种可由低电压驱动、更加安全且成本较低、性能优良的压电单晶片式惯性压电马达。

[0004] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于包括基座、压电片、非压电材料支撑体和导轨，其中压电片和非压电材料支撑体设置于基座和导轨之间，压电片的一端通过胶体垂直固定于基座上，压电片的另一端通过胶体固定有导轨，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片，导轨的凹槽方向与压电片的极化方向一致。

[0005] 进一步优选，所述非压电材料支撑体通过胶体固定于基座与导轨之间或者非压电材料支撑体与基座和导轨一体成型或者非压电材料支撑体一端与导轨通过胶体连接，另一端与基座一体成型或者非压电材料支撑体一端与基座通过胶体连接，另一端与导轨一体成型。

[0006] 进一步优选，所述压电片与基座和导轨的接触部位分别设有未涂电极部位。

[0007] 本发明所述的压电单晶片式惯性压电马达，其特征在于包括基座、压电单晶片和导轨，其中压电单晶片由两个平行设置的底片及设置于两底片之间的压电片和非压电材料支撑体构成，压电片通过胶体垂直固定于两底片之间，该压电片为厚度方向或径向极化的压电片，压电单晶片一端的底片固定于基座上，压电单晶片另一端的底片上固定有导轨，该导轨的凹槽方向与压电片的极化方向一致。

[0008] 进一步优选，所述底片的材质为蓝宝石、钨、钛、不锈钢、玻璃或铝镁合金，非压电材料支撑体通过胶体固定于两底片之间或者非压电材料支撑体与两底片一体成型或者非压电材料支撑体的一端与底片通过胶体连接，另一端与另一底片一体成型。

[0009] 进一步优选，所述压电片与两底片的接触部位分别设有未涂电极部位。

[0010] 进一步优选，所述基座和导轨的材质均为蓝宝石、钨、钛、陶瓷或不锈钢。

[0011] 进一步优选，所述非压电材料支撑体的材质为金属、陶瓷、玻璃或蓝宝石，胶体为环氧树脂胶、丙烯酸酯胶、α-氰基丙烯酸乙酯胶或氯丁橡胶。

[0012] 进一步优选，所述压电马达的驱动信号为不对称的周期性信号。

[0013] 进一步优选，所述压电马达的驱动信号为不对称的锯齿波。

[0014] 本发明的工作原理为：当压电片在交变驱动信号的作用下时，将发生伸长或收缩，而非压电材料支撑体的长度不变，如果将压电片和非压电材料支撑体的两端通过底片或与导轨和基座固定在一起，那么压电片将不能在驱动信号的作用下自由伸长或收缩，而是将在非压电材料支撑体的拉力作用下发生弯曲，因此在压电片上施加不对称的周期性锯齿波信号时，能够利用惯性力驱动位于导轨上的物体移动，实现与现有压电马达同样的功能。

[0015] 本发明与现有技术相比具有以下优点：（1）借助于压电片较大的长度厚度比，因此较小的驱动电压也能够使得压电片发生较明显的弯曲形变；（2）在锯齿波的作用下，只要压电片的形变速度发生较陡的改变，就像锯齿波信号的斜率的陡变一样，即使压电片没有很大的形变量，也能够产生足够大的惯性力；（3）由于驱动信号为斜率不相等的锯齿波，因此当调换压电片正负电极上的驱动信号时，压电片驱动力的方向也将发生变化。结合以上三点，压电单晶片式惯性压电马达将能够在安全电压范围内工作，这样既避免了高压控制器的高成本，也避免了高压操作的危险性。而且，本发明用一个压电片替换了现有压电马达必须要用到的多个压电片或价格昂贵的压电管，将现在至少数千元压电马达的成本，降到了不足50元，极大的降低了压电马达的制作成本。总之，本发明易于制作，结构稳定且多样，在降低成本的同时节省材料，因此具有极大的开发应用前景。

附图说明

[0016] 图1是本发明实施例1中压电单晶片式惯性压电马达的主视图；

[0017] 图2是本发明实施例1中压电单晶片式惯性压电马达的侧视图；

[0018] 图3是本发明实施例1中压电单晶片式惯性压电马达的俯视图；

[0019] 图4是本发明实施例2中压电单晶片式惯性压电马达的主视图；

[0020] 图5是本发明实施例2中压电单晶片式惯性压电马达的侧视图；

[0021] 图6是本发明实施例2中压电单晶片式惯性压电马达的俯视图；

[0022] 图7是本发明实施例3中压电单晶片式惯性压电马达的主视图；

[0023] 图8是本发明实施例3中压电单晶片式惯性压电马达的侧视图；

[0024] 图9是本发明实施例4中压电单晶片式惯性压电马达的侧视图；

[0025] 图10是本发明实施例5中压电单晶片式惯性压电马达的侧视图。

[0026] 图中：1、导轨，2、压电片，3、胶体，4、基座，5、未涂电极部位。

具体实施方式

[0027] 结合附图详细描述本发明的具体内容。制备压电单晶片式惯性压电马达的工艺流程如下：

[0028] （1）选取一定结构的压电片2，使其垂直立在基座4和导轨1之间；

[0029] （2）在压电片2与不锈钢基座4和导轨1的接触面处涂上一定量合适硬度和强度的胶体3，如环氧树脂胶353ND；

[0030] （3）将其烘干，即可得到压电单晶片式惯性压电马达。

[0031] 该压电马达的驱动方式为在压电片上施加不对称的周期性锯齿波信号。

[0032] 实施例1

[0033] 压电片与非压电材料支撑体最宽面完全粘接的压电单晶片制作的惯性压电马达，本实施例中压电陶瓷片最宽面两端各有1mm未涂电极部位5，基座和导轨均为不锈钢。

[0034] 本实施例的压电单晶片式惯性压电马达的制作流程如下：

[0035] （1）选取压电片与非压电材料支撑体最宽面完全粘接的压电单晶片，使其垂直立在不锈钢基座和导轨之间；

[0036] （2）选用环氧树脂AB胶353ND，涂在压电单晶片和不锈钢基座与导轨的接触部位；

[0037] （3）将其烘干，即可得到该压电单晶片式惯性压电马达。

[0038] 实施例2

[0039] 压电片与非压电材料支撑体两端固定于基座和导轨之间制作出的压电单晶片式惯性压电马达，本实施例中压电陶瓷片沿厚度方向极化且最宽面两端各有1mm未涂电极部位5，非压电材料支撑体、基座和导轨均为不锈钢。

[0040] 本实施例的压电单晶片式惯性压电马达的制作流程如下：

[0041] （1）选用尺寸均为30*5*0.5mm的压电陶瓷片和不锈钢片；

[0042] （2）将压电陶瓷片和不锈钢片平行放置于基座与导轨之间，并且压电陶瓷片和不锈钢片分别与基座和导轨垂直设置，压电陶瓷片与不锈钢片之间的距离约为3mm；

[0043] （3）选用环氧树脂AB胶353ND，涂在压电陶瓷片和不锈钢片两端与基座和导轨的接触部位；

[0044] （4）将其烘干，即可得到该压电单晶片式惯性压电马达。

[0045] 本实施例的压电单晶片式惯性压电马达中，压电片与非压电材料支撑体可为任意距离，而且基座和导轨也可为多种形状，比如在基座或导轨中部设有中心孔以便于贯穿电极线、通气体或固定其它需要的装置等，以满足特殊条件下的需求。也可将本实施例中的作为非压电材料支撑体的不锈钢片换为黄铜圆柱，以解决片状支撑体强度和刚性不足的缺点。

[0046] 实施例3

[0047] 压电片与非压电材料支撑体两端用绝缘底片固定的压电单晶片制作出的惯性压电马达，本实施例中，选用压电片与不锈钢片的两端用蓝宝石片固定的压电单晶片，其制备方法与实施例1中的压电单晶片式惯性压电马达制作流程相同。

[0048] 本实施例的压电单晶片式惯性压电马达，选用压电片与不锈钢片的两端用蓝宝石片固定的压电单晶片，既起到了绝缘的作用，又起到了固定的作用，整体结构美观实用。

[0049] 实施例4

[0050] 非压电材料支撑体与基座一体成型的压电单晶片式惯性压电马达，将上述实施例2中的非压电材料支撑体与基座替换为一个L型结构，压电片竖直粘接在L型结构的底边上，再在L型结构和压电片的顶端粘上导轨即可。

[0051] 实施例5

[0052] 非压电材料支撑体与基座和导轨一体成型的压电单晶片式惯性压电马达，将上述实施例2中非压电材料支撑体与基座和导轨换为一个整体的U型结构，压电片粘接在U型结构的开口处即可，这种结构制作工艺简单且整体结构的稳定性高。

[0053] 以上实施例中的压电单晶片式惯性压电马达的驱动方式均为在压电片上施加不对称的周期性锯齿波信号。

[0054] 以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。