采用雙足驅動的直線壓電驅動器制造技術

采用雙足驅動的直線壓電驅動器涉及一種直線壓電驅動器技術領域，它由定子和激勵元件組成，其特征在于：所述定子由兩個圓板和一固定并垂直于所述圓板的中心桿組成，所述激勵元件的形狀與所述圓板相應，且與其粘貼為一體，所述定子和激勵元件具有一共同的中心軸線；激勵元件連電后，激發所述定子振動，形成跨步實現軸向直線運動。本發明專利技術制造工藝簡單，適合工業化生產，與已有技術相比，易于微型化，驅動器的輸出性能更為穩定，在光學調焦、精密驅動和微系統領域具廣闊有應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及的是一種直線壓電驅動器，特別是關于一種跨步式(交替式)直線運動的壓 電驅動器，屬于精密機械和精密驅動領域。
技術介紹
隨著科學的發展，在光學調焦、精密驅動和微系統領域迫切需要微型直線驅動器。原有 的電磁驅動器在微小尺度下效率急劇降低，并且結構復雜、制造難度大。而壓電驅動器是一 種利用壓電陶瓷的逆壓電效應的新型驅動器，通過結構設計將小幅度的振動轉變為所需的輸 出力和機械運動，具有低速大轉矩、動態響應快、無電磁干擾、定位精度高、功率密度大， 結構簡單且設計靈活等突出特點。直線式壓電陶瓷驅動器不僅在精密定位系統，超小型驅動中有著廣泛的應用，而且還開啟了許多新概念的應用領域，如納米技術，精密操縱器，微型 機器人等。如圖1所示，是南京航空航天大學公開的一種直線型壓電電機專利技術專利，它包括一個由 定子軸和位移放大器形復合壓電換能器組成的定子， 一個動子組件構成。圖中l為層疊式壓 電陶瓷堆，2為橡膠圈，3為環形動子，4為定子軸，5為位移放大器，6為粘合劑。對位移 放大器施加以方波信號，定子軸將隨之產生往復不等速振動。環形動子由于慣性現象，可以 在定子軸上形成向前的步進。該專利技術專利提出了一種有效的實現直線運動的壓電驅動方案， 有希望用于微機械，光學調焦領域。但該專利技術專利存在如下不足1、定子的結構存在多個相 對復雜的零件，加工成本高；2其結構不易薄型化，與集成電路工藝不兼容；3慣性驅動沒 有行波驅動平穩，有沖擊顫動；4不易形成共振模態驅動。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術的目的是提供一種結構簡單的直線壓電驅動器。該直線壓電驅動器含有定子和激勵元件，其中所述定子由兩個圓板和一個固定并垂直所述兩個圓板中心處的中心桿組成，所述激勵元 件形狀與所述圓板的形狀相同，所述定子和激勵元件具有共同的中心軸線，所述激勵元件是兩個壓電陶瓷片，分別粘接在定子的兩個圓板的外側，每片壓電陶瓷片表面的電極沿圓周方 向被均勻的分為四個扇形區，都沿厚度方向極化，其中，每片壓電陶瓷上兩個相鄰的扇形區 的極化方向一致，并與另外兩個區的方向相反，定子兩個圓板外側的壓電陶瓷片在粘接到定 子上時要保證兩個壓電陶瓷片的扇形區彼此互相對齊，且兩個壓電陶瓷片上每兩個相對的扇 形區的極化方向相同，表面電極都位于兩個陶瓷片的外側表面上，在沿電極表面的對角線方 向的兩對電極上，分別加上頻率相同的但相位相差90。的正弦和余弦電壓信號，以便在定子兩 個圓板產生B(l， l)模態下的彎曲形狀。所述壓電陶瓷片為四個分立的扇形片子。所述中心桿的兩端向外延伸，兩端分別固定在兩根縱向放置的導桿上，所述導桿下端導 槽內有一個能在所述定子驅動下，沿所述導槽作直線運動的導軌。 所述壓電陶瓷片為四個分立的扇形片子。本專利技術由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本專利技術核心驅動部件數量少，結構 簡單，因此降低了制造成本。2本專利技術將定子設計成一圓板形，可以方便地與激勵元件配合。 3、本專利技術將壓電陶瓷片設計為整體結構的圓環狀或圍成圓環狀的扇形，因此與圓板粘貼容易， 易于薄型化，與集成電路工藝兼容，適合批量生產。4、本專利技術中的中心桿放大了圓板的振動 幅度，而驅動器的性能是與中心桿驅動端的振動幅度直接相關的，因此提高了驅動器的位移、速度等輸出性能。5、本專利技術定子的結構為軸對稱結構，可以產生理想的跨步振動，交替與導軌接觸，因此提高了驅動器的輸出穩定性。綜上所述，本專利技術制造工藝簡單，適合工業化生 產，與已有技術相比，易于微型化，驅動器的輸出性能更為穩定，在光學調焦、精密驅動和 微系統領域具廣闊有應用前景。附圖說明圖1是現有技術中的一種直線壓電電機的結構示意圖。圖2是本專利技術的結構示意圖。圖3是本專利技術的壓電陶瓷片的分區極化和接線示意圖。 圖4是本專利技術的實施例2的解析圖。具體實施例方式為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案 一種直線壓電驅動器，它由定子、激勵元 件組成，其特征在于所述定子由兩個對稱的圓板71， 72和一個連在中間的棒狀中心桿8組成，所述激勵元件91， 92的形狀與所述兩個圓板相應，且分別與圓板粘貼為一體，所述定子 和激勵元件具有一共同的中心軸線，驅動器平放在固定不動的水平面或可以滑動的相應導軌上；激勵元件連電后，激發所述定子振動，推動所述驅動器在水平面相對于中心桿進行垂直軸向的直線運動，或驅動器固定不動，推動相應導軌運動。所述定子的中心桿8為一段固定在所述圓板中心的圓管，所述圓管可為實心或空心。 所述圓管的兩端分別連接第一圓板71和第二圓板72的中心。所述激勵元件91， 92為粘貼在所述定子兩個圓板外側的兩片壓電陶瓷片。壓電陶瓷片 91是粘接在第一圓板71外側，壓電陶瓷片92是粘接在第二圓板72外側。所述壓電陶瓷片91， 92表面電極均勻分為相互絕緣的四個扇區，沿著厚度方向極化，其 中兩個相鄰分區的極化方向一致并與另兩個分區的極化方向相反，且兩側的兩片激勵元件中 相對的分區極化方向一致。所述的定子圓板71， 72有兩個空間正交的含有一個節徑和一個節圓的振動模態，這就是 驅動器的工作模態。所述中心桿8放大振動位移，參與擺動和彎曲變形，提供所需振動模態。下面結合附圖和實施例，對本專利技術進行詳細地描述。實施例1:如圖2所示，本專利技術包括一定子、以及兩個作為激勵元件91， 92的圓環形的壓電陶瓷片。 如圖1所示，定子由兩個圓板71， 72和一中心桿8組成，本實施例的中心桿8是一圓管，圓 管的兩端固定在兩個圓板的中心，并垂直于圓板。壓電陶瓷片91， 92分別從外側與定子的圓 板71， 72粘貼為一體。壓電陶瓷片、組成定子的圓板和圓管具有共同的中心軸線。定子圓板 存在有兩個空間正交的含有一個節徑和一個節圓的面外彎曲振動模態，振動模態的頻率小于25kHz，定義該模態為B (1， 1)模態，由該模態可形成跨步式振動，在一個振動周期內，定 子的兩個圓板會先后與水平面接觸，繼而形成驅動器的跨步式直線進給運動。如圖3所示，每片壓電陶瓷片的表面電極均勻分為四個分區，極化方向為'+， +， _，-'，兩片陶瓷粘接到定子兩個圓板外側時保證四個分區要相互對齊，且極化方向同向。分區I和IV接入電壓信號Vx，分區n和m接入電壓信號Vy;電壓信號Vx和Vy是B(l,l)模態對應的 頻率下相位差為90度的正弦信號和余弦信號。此時定子圓板中產生B(l， l)模態下的彎曲行 波，定子的圓管4放大了圓板的振動幅度，并使定子的兩個對稱的圓板會整體出現一上一下 的振動，圓板的運動軌跡類似于搖頭運動，在一個振動周期內，定子的兩個圓板會先后與水 平面接觸，繼而形成驅動器的跨步式直線進給運動。 實施例2:如圖4所示，將定子中心桿41向外延伸，將其兩端與導軌42固定，保證驅動器固定不 動，使其推動導軌向前滑動。上述實施例l， 2中，激勵元件除采用壓電陶瓷材料外，還可以采用磁致伸縮材料、電致 伸縮材料、人工肌肉、形狀記憶合金等。權利要求1.采用雙足驅動的直線壓電驅動器，其特征在于含有定子和激勵元件，其中所述定子由兩個圓板和一個固定并垂直所述兩個圓板中心處的中心桿組成，所述激勵元件形狀與所述圓板的形狀相同，所述定子和激勵元件具有共同的中心軸線，所述激勵元件是兩個壓電陶瓷片，分別粘接在定子的兩個圓板的外側，每片壓電陶瓷片表面的電極沿圓周方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
采用雙足驅動的直線壓電驅動器，其特征在于含有定子和激勵元件，其中：　　　　所述定子由兩個圓板和一個固定并垂直所述兩個圓板中心處的中心桿組成，所述激勵元件形狀與所述圓板的形狀相同，所述定子和激勵元件具有共同的中心軸線，所述激勵元件是兩個壓電陶瓷片，分別粘接在定子的兩個圓板的外側，每片壓電陶瓷片表面的電極沿圓周方向被均勻的分為四個扇形區，都沿厚度方向極化，其中，每片壓電陶瓷上兩個相鄰的扇形區的極化方向一致，并與另外兩個扇形區的方向相反，定子兩個圓板外側的壓電陶瓷片在粘接到定子上時要保證兩個壓電陶瓷片的扇形區彼此互相對齊，且兩個壓電陶瓷片上每兩個相對的扇形區的極化方向相同，表面電極都位于兩個陶瓷片的外側表面上，在沿電極表面的對角線方向的兩對電極上，分別加上頻率相同的但相位相差９０°的正弦和余弦電壓信號，以便在定子兩個圓板產生Ｂ（１，１）模態下的彎曲形狀。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：褚祥誠，陳翔宇，李龍土，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]