Инерционный шаговый двигатель

Авторы патента:

H01L41/09 - с электрическим вводом и механическим выводом

Владельцы патента RU 2461098:

ЗАО "Нанотехнология МДТ" (RU)

Изобретение относится к устройствам механического перемещения объектов вдоль одной координаты. Оно может быть использовано, например, в сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) для сближения зонда и образца. Сущность изобретения заключается в том, что в инерционный шаговый двигатель, включающий основание, на котором первым концом закреплен первый пьезомодуль, соединенный вторым концом с первым концом направляющей, сопряженной с подвижной кареткой, введен кронштейн, закрепленный на основании и сопряженный со вторым концом направляющей. Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности работы двигателя и его надежности, а именно в повышении долговечности работы устройства за счет уменьшения вероятности разрушения первого пьезомодуля, в уменьшении внутренних люфтов в цепочке: основание - первый пьезомодуль - направляющая. Данная конструкция позволяет также исключить клеевое соединение этих элементов, что целесообразно в условиях термоциклирования, где клей не всегда выдерживает этот процесс. Помимо этого увеличивается ремонтопригодность конструкции. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Известен линейный инерционный шаговый двигатель, содержащий основание, на котором первыми концами закреплены три пьезотрубки, на вторых концах которых установлены сферические опоры, расположенные с возможностью взаимодействия посредством направляющих с подвижной платформой [1].

Недостаток этого устройства заключается в том, что из-за одностороннего расположения опор относительно платформы его нельзя использовать для вертикального перемещения объектов.

Известен также инерционный шаговый двигатель, содержащий основание, с закрепленным на нем пьезомодулем, соединенным с направляющей, на которой установлена каретка с возможностью перемещения вдоль ее оси, а также блок управления, подключенный к пьезомодулю [2].

Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток этого устройства связан с внутренними люфтами в цепочке: основание - пьезомодуль - направляющая, что может приводить к нестабильности перемещения каретки. Вторым недостатком является возможность разрушения пьезомодуля при ударных нагрузках.

Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности работы двигателя и его надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что в инерционный шаговый двигатель, включающий основание, на котором первым концом закреплен первый пьезомодуль, соединенный вторым концом с первым концом направляющей, сопряженной с подвижной кареткой, введен кронштейн, закрепленный на основании и сопряженный со вторым концом направляющей.

Существуют варианты, в которых кронштейн сопряжен со вторым концом направляющей посредством винта либо посредством первого пружинного элемента, либо посредством винта и первого пружинного элемента, либо посредством второго пьезомодуля.

Существуют также варианты, в которых между вторым пьезомодулем и кронштейном расположен винт или второй пружинный элемент, или винт и второй пружинный элемент.

Возможны варианты, в которых поверхность направляющей, находящаяся во взаимодействии с подвижной кареткой, либо поверхность подвижной каретки, находящаяся во взаимодействии с направляющей, выполнена из поликора.

На фиг.1 изображена схема инерционного шагового двигателя.

На фиг.2 - двигатель в разрезе.

Инерционный шаговый двигатель содержит основание 1 (фиг.1), на котором первым концом 2 закреплен первый пьезомодуль 3, второй конец 4 которого соединен с первым концом 5 направляющей 6, имеющей также второй конец 7.

На основании 1 первым отгибом 8 закреплен кронштейн 9, второй отгиб 10 которого сопряжен со вторым концом 7 направляющей 6. Это сопряжение может быть осуществлено посредством второго пьезомодуля 11, пружинного элемента 12 и винта 13.

Пружинный элемент 12 может содержать корпус 14, вкладыш 15 и пружину 16. Вкладыш 15 может быть установлен по скользящей посадке в корпусе 14, а корпус 14 по скользящей посадке в выборке 17. Соответственно первый 3 и второй 11 пьезомодули могут сопрягаться с ответными элементами через выборки 18, 19, 20 и 21.

Возможны варианты, в которых второй пьезомодуль 11 отсутствует и направляющая 6 поджата непосредственно винтом 13 либо винтом 13 и пружинным элементом 12.

Первый пьезомодуль 3 с основанием 1 и направляющей 6 может быть соединен посредством клея.

Возможно также использование клея для соединения второго пьезомодуля 11 с направляющей 6 и пружинным элементом 12.

В частном случае клей может не использоваться, а соединение всей цепочки осуществлять посредством поджима винтом 13.

Первый 3 и второй 11 пьезомодули подключены к блоку управления 22. На направляющей 6 установлена подвижная каретка 23, состоящая из первого элемента 24 и второго элемента 25. Эти элементы соединены винтами 26 (фиг.2) с использованием пружин 27. На элементах 24 и 25 могут быть закреплены (клеем) поликоровые пластины 28.

Поликоровые пластины также можно крепить на направляющей 6.

Высота микронеровностей трущихся поверхностей поликоровых пластин может быть в пределах 1-10 мкм.

Направляющая 6 и элементы 24 и 25 могут быть изготовлены из титана с высотой микронеровностей трущихся частей ~ 1-10 мкм, на которых может быть нанесена графитовая смазка.

На фиг.2 изображено сечение направляющих 6 в виде квадрата. Возможны другие варианты сечения: прямоугольное, треугольное, круглое и т.п.

С целью облегчения подвижной части инерционного двигателя направляющая 6 может иметь отверстия 29 или выборку иной формы.

Устройство работает следующим образом. На пьезоэлементы 3 и 11 синхронно и синфазно подают пилообразное напряжение. Направляющая 6 осуществляет возвратно-поступательное перемещение по оси Х с различными ускорениями. В результате этого подвижная каретка 23 осуществляет инерционное перемещение по направляющей 6. Подробно работу инерционных двигателей см. в [3, 4].

В данной конструкции возможен также вариант, в котором при осуществлении инерционного перемещения каретки 6 первым пьезомодулем 3 на низкой частоте (например ~ 100 Гц) включают второй пьезомодуль 11 на высокой частоте >1000 Гц только в тот момент времени, когда должно происходить проскальзывание каретки 23 относительно направляющей 6. Эти включения будут способствовать проскальзыванию за счет активизации зоны трения между кареткой 23 и направляющей 6.

Введение кронштейна, закрепленного на основании и сопряженного со вторым концом направляющей, повышает долговечность работы устройства за счет уменьшения вероятности разрушения первого пьезомодуля. Помимо этого кронштейн позволяет создавать предварительное сжатие в первом пьезомодуле, что уменьшает внутренние люфты в цепочке: основание - первый пьезомодуль - направляющая, а также повышает стабильность работы двигателя. Данная конструкция позволяет также исключить клеевое соединение этих элементов, что целесообразно в условиях термоциклирования, где клей не всегда выдерживает этот процесс. Помимо этого увеличивается ремонтопригодность конструкции.

Сопряжение кронштейна со вторым концом направляющей посредством винта, первого пружинного элемента либо того и другого позволяет регулировать поджим первого пьезомодуля, выбирая оптимальные режимы его работы. Данное решение позволяет также выбирать резонансную частоту конструкции, что повышает надежность устройства за счет уменьшения вероятности выхода его в режим несанкционированного резонанса. При этом, наоборот, при небольших амплитудах раскачки (менее 0,2 мкм) может случиться так, что режим работы при резонансе будет единственно возможным.

Введение второго пьезомодуля и его синхронное включение с первым пьезомодулем на той же частоте позволяет двигать более массивные объекты.

Использование второго пьезомодуля на частоте, превышающей частоту инерционной подвижки, позволяет изменять силу трения в паре направляющая - подвижная каретка, что увеличивает стабильность двигателя.

Введение поликоровых направляющих позволяет стабилизировать силу трения и соответственно работу двигателя за счет уменьшения вероятности возникновения эффекта «молекулярного залипания».

ЛИТЕРАТУРА

1. Патент RU 2152103, 1996.

2. Googi, Attocube systems AG Inertial motor Driving controller ANC 150.

3. Зондовая микроскопия для биологии и медицины. В.А.Быков и др. Сенсорные системы, т.12, №1, 1998 г., с.99-121.

4. Сканирующая туннельная и атомносиловая микроскопия в электрохимии поверхности. Данилов А.И. Успехи химии, 64 (8), 1995 г., с.818-833.

1. Инерционный шаговый двигатель, включающий основание, на котором первым концом закреплен первый пьезомодуль, соединенный вторым концом с первым концом направляющей, сопряженной с подвижной кареткой, отличающийся тем, что в него введен кронштейн, закрепленный на основании и сопряженный со вторым концом направляющей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кронштейн сопряжен со вторым концом направляющей посредством винта.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кронштейн сопряжен со вторым концом направляющей посредством первого пружинного элемента.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кронштейн сопряжен со вторым концом направляющей посредством винта и первого пружинного элемента.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кронштейн сопряжен со вторым концом направляющей посредством второго пьезомодуля.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между вторым пьезомодулем и кронштейном расположен винт.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между вторым пьезомодулем и кронштейном расположен второй пружинный элемент.

8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что между вторым пьезомодулем и кронштейном расположен винт и второй пружинный элемент.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность направляющей, находящаяся во взаимодействии с подвижной кареткой, выполнена из поликора.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поверхность подвижной каретки, находящаяся во взаимодействии с направляющей, выполнена из поликора.

Изобретение относится к электронным устройствам с обратной тактильной связью. .

Пьезоэлектрический ультразвуковой двигатель // 2411630

Изобретение относится к области электромеханики и может быть использовано в системах позиционирования для линейного и вращательного привода различных устройств в прецизионном приборостроении и нанотехнологическом оборудовании.

Линейный пьезоэлектрический двигатель // 2390090

Изобретение относится к области пьезотехники и может быть использовано в линейных пьезоэлектрических двигателях. .

Устройство позиционирования с компенсацией термического дрейфа образца в системе с ионным или электронным источником // 2388116

Изобретение относится к устройствам точного позиционирования образца в сверхвысоком вакууме при помощи пьезоэлектрических двигателей и системы емкостных датчиков в установках с фокусированным ионным или электронным пучком, в которых формируются наноэлементы.

Пьезодвигатель линейного перемещения // 2377703

Изобретение относится к двигателям прецизионного перемещения. .

Пьезодвигатель // 2376697

Изобретение относится к пьезотехнике и может применяться в шаговых приводах устройств автоматики для прецизионного позиционирования образцов и зондов. .

Инерционный шаговый двигатель // 2347300

Изобретение относится к устройствам механического перемещения объектов вдоль одной координаты. .

Плоский привод со слоистой структурой, плоское приводное устройство и несущая плоскость летательного аппарата // 2337430

Изобретение относится к пьезоэлектрическим приборам для управления несущими плоскостями летательного аппарата. .

Позиционер трехкоординатный // 2297078

Изобретение относится к пьезоэлектрическим устройствам преобразования электрического напряжения в механическое перемещение и может быть использовано в сканирующей зондовой микроскопии.

Инерционный двигатель // 2297072

Изобретение относится к устройствам механического перемещения объекта вдоль одной координаты. .

Инерционный шаговый двигатель // 2465712

Изобретение относится к электротехнике, к устройствам механического перемещения объектов вдоль одной координаты и может быть использовано, например, в сканирующем зондовом микроскопе (СЗМ) для сближения зонда и образца либо для перемещения образцов в установках электронного, ионного, зондового или иного воздействия

Генератор для пьезоэлектрического преобразователя // 2473154

Изобретение относится к области пьезоэлектрических преобразователей

Устройство и способ обработки изделий // 2528571

Группа изобретений относится к обработке поглощающих изделий, непрерывно подаваемых в устройство для обработки и имеющих переменную толщину в направлении обработки. Обработку ведут в устройстве, которое содержит первый вращающийся ролик, в качестве которого использован ролик тиснения или уплотняющий ролик, и второй вращающийся ролик. Между роликами образован зазор обработки. В устройстве предусмотрено регулирующее средство для оперативного регулирования номинального размера зазора. Упомянутое средство содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент для смещения положения первой оси вращения для первого ролика и/или второй оси вращения для второго ролика для изменения величины зазора обработки. Регулирующее средство связано с устройством управления, которое функционально связано с датчиком для определения по меньшей мере одного характерного свойства обрабатываемого изделия. Указанным свойством является толщина профиля изделия. Устройство управления обеспечивает управление регулирующим средством в зависимости от толщины профиля. В результате обеспечивается повышение качества обработки. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Пьезоэлектрический элемент, многослойный пьезоэлектрический элемент, головка для выброса жидкости, устройство для выброса жидкости, ультразвуковой двигатель, оптическое устройство и электронное устройство // 2561601

Изобретение относится к многослойному пьезоэлектрическому элементу, содержащему слои пьезоэлектрического материала и электроды, включая в себя внутренний электрод, при этом слои пьезоэлектрического материала и электроды укладываются поочередно; каждый слой пьезоэлектрического материала содержит в качестве основного компонента оксид металла типа перовскита, представленный с помощью общей формулы (1), и марганец, включенный в состав оксида металла типа перовскита (Ba1-xCax)a(Ti1-yZry)O3, где 1,00≤a≤1,01, 0,02≤x≤0,30, 0,020≤y≤0,095 и y≤x (1); и содержание марганца на металлической основе по отношению к 100 весовым частям оксида металла типа перовскита составляет 0,02 весовые части или более и 0,40 весовых частей или менее. Также изобретение относится к пьезоэлектрическому элементу, головке для выброса жидкости, устройству для выброса жидкости, ультразвуковому двигателю, оптическому устройству, электронному устройству. Изобретение обеспечивает бессвинцовый пьезоэлектрический элемент, который устойчиво работает в широком диапазоне температур. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 ил., 55 пр.

Электроактивный полимерный актюатор // 2568944

Изобретение относится к электроактивным полимерным актюаторам. Актюатор содержит электроактивный полимерный слой и растягиваемые электродные структуры, которые расположены на каждой стороне электроактивного полимерного слоя. Более мягкий пассивный слой прикреплен к одной из растягиваемых электродных структур. При поперечном сжатии растягиваемыми электродными структурами электроактивный полимерный слой будет расширяться по касательной, а актюатор будет релаксировать с образованием формы, при которой внутренняя часть снабженной электродами области по существу параллельна плоскости устройства, в то время как значительная часть приращения площади нейтрализуется поперечными изгибами, возникающими на границе электродов (режим погружения). Изобретение можно реализовать в виде оптически отражающих или преломляющих устройств с изменяемой геометрией. Техническим результатом является создание актюатора с режимом актюации, обеспечивающим относительно острые края при расширении в плоскости в ограниченной степени. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к многослойному пьезоэлектрическому элементу, содержащему слои пьезоэлектрического материала и электроды, включая в себя внутренний электрод, при этом слои пьезоэлектрического материала и электроды укладываются поочередно; каждый слой пьезоэлектрического материала содержит в качестве основного компонента оксид металла типа перовскита, представленный с помощью общей формулы (1), и марганец, включенный в состав оксида металла типа перовскита (Ba1- xCax)a(Ti1-yZry)O3, где 1,00≤a≤1,01, 0,02≤x≤0,30, 0,020≤y≤0,095 и y≤x (1); и содержание марганца на металлической основе по отношению к 100 весовым частям оксида металла типа перовскита составляет 0,02 весовые части или более и 0,40 весовых частей или менее. Также изобретение относится к пьезоэлектрическому элементу, головке для выброса жидкости, устройству для выброса жидкости, ультразвуковому двигателю, оптическому устройству, электронному устройству. Изобретение обеспечивает бессвинцовый пьезоэлектрический элемент, который устойчиво работает в широком диапазоне температур. 7 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 табл., 10 ил., 55 пр.

Планарное пьезоэлектрическое исполнительное устройство, обеспечивающее значительное сдвиговое перемещение // 2629923

Изобретение относится к исполнительному пьезоэлектрическому устройству, обеспечивающему значительное сдвиговое перемещение в выбранном направлении. Сущность: угол наклона волокон (2) относительно выбранного направления составляет больше 2° и меньше 40°. Пространства между пьезоэлектрическими волокнами активного слоя заполнены несжимаемым эластичным материалом (10). Активный слой (1) включает в себя, по меньшей мере, два стабильных по размерам вытянутых элемента (8), параллельных выбранному направлению. Концы каждого волокна (2) приклеены к упомянутым стабильным по размерам элементам (8) посредством прочного адгезива (9). Элементы (8) приклеены посредством прочного адгезива (12) к слоям (4), несущим электроды. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Чувствительный элемент для акустического жидкостного сенсора // 2632575

Изобретение относится к метрологии, в частности к акустическим датчикам. Чувствительный элемент для акустического жидкостного сенсора содержит плоскую пластину из монокристаллического кремния, пьезоэлектрический материал, нанесенный на поверхность пластины и связанный с системой встречно-штыревых преобразователей для возбуждения и приема акустических пластинчатых мод колебаний, локальную ванну для жидкого аналита. Пьезоэлектрический материал нанесен на обе поверхности пластины, выполнен в виде пленок окиси цинка, имеющих разную толщину, пленка большей толщины h1 сообщена с системой встречно-штыревых преобразователей, а пленка меньшей толщины h2 образует дно локальной ванны. Толщина Н пластины много больше толщин h1, h2. Плоскость пластины совпадает с кристаллографической плоскостью (001), а направление распространения акустических пластинчатых мод - с направлением <100> монокристаллического кремния. Акустические пластинчатые моды колебаний представляют собой слабодисперсионные квазипродольные моды с фазовой скоростью, близкой к фазовой скорости объемной продольной волны в кристаллографическом направлении <100> монокристаллического кремния, и удовлетворяют приведенным условиям. Технический результат - повышение эффективности электромеханического преобразования, уменьшение вертикальной компоненты упругого смещения в локальной ванне. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Прецизионный привод линейного перемещения // 2644409

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в робототехнике, а также в системах, где требуется прецизионное позиционирование объекта вдоль одной координаты. Прецизионный привод линейного перемещения содержит жесткое основание, шарико-винтовую передачу, приводимую в движение вентильным двигателем, основную подвижную платформу, жестко связанную с ходовой гайкой, дополнительную подвижную платформу с позиционируемым объектом, связанную с основной посредством упругих подвесов и приводимую в движение пьезоктуатором. Система управления достигает необходимой точности работы путем сложения скоростей и перемещений двух параллельно работающих систем линейного перемещения, получая информацию с датчиков обратной связи, в качестве которых может быть использованы: магнитный энкодер с установленной вдоль направления движения линейкой для определения с микрометровой точностью положения основной подвижной платформы. Встроенный в пьезоактуатор тензодатчик определяет параметры сжатия/растяжения пьезоактуатора для определения с нанометровой точностью положения дополнительной подвижной платформы с позиционируемым объектом относительно основной. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей за счет увеличения скорости позиционирования, повышения точности позиционирования при снижении неравномерности линейных перемещений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.