CN103066882B - 一种不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种由不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器，属于压电驱动器技术领域，应用压电陶瓷材料的逆压电效应，压电陶瓷双晶片(5)加不对称激励电压，转子(2)通过超越离合器(3)的正向锁死作用带动输出轴(1)转动一定角度，电压回零，超越离合器(3)、转子和压电陶瓷双晶片回到初始位置，由于超越离合器(3)和输出轴(1)反向自由，则输出轴(1)继续转动，经多个周期，压电陶瓷双晶片(5)悬臂端铍青铜(4)的振动转化为输出轴(1)的连续转动，实现了连续转动和转矩的输出。本发明的驱动器结构简单、响应速度快、转动平稳、控制电路简单，可模块化安装和使用在有精确定位和驱动要求的机械设备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种由不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器的结构设计，属于压电驱动器技术领域。
背景技术
压电陶瓷驱动器具有响应频率高、驱动力大、线性度好等优点，并且不发热、无磁干扰、无噪声、易于控制，是理想的驱动、定位器件。目前在压电研究领域，以日本最为先进，拥有世界上大多数的压电驱动发明专利技术。但压电驱动技术应用时间尚短，其有关的基础理论与关键技术的研究也不够完善，主要集中在压电陶瓷驱动器的输出位移量小、输出位移形式单一，在很多的应用场合不能直接产生满足多种多样的执行机构要求的输出运动，在应用中常需要对压电驱动器输出的运动进行变换，以满足执行机构对驱动位移和驱动力的要求。这些变换方法都需要较大的结构尺寸，且由于工作原理的关系，尺寸很难进一步微型化。此外，这些方法在对运动进行变换的同时会将相当一部分的功率消耗于零件或介质的摩擦以及结构的变形。压电驱动是靠摩擦传动，因此摩擦副的摩擦、磨损性能将直接影响工作的可靠性和寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构和控制简单、能够输出一个有效的驱动转矩，低成本并可小型化、通用化的压电陶瓷驱动器，使用压电陶瓷材料的逆压电效应由不对称电压驱动压电陶瓷双晶片直接驱动转子转动，以实现大位移连续驱动输出，克服靠摩擦驱动的压电驱动方式由于摩擦副的摩擦、磨损而性能降低，影响工作的可靠性和寿命，同时克服现有压电陶瓷驱动器通用性差、结构和控制复杂的缺点。
技术方案
一种不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器，所述驱动器由输出轴1，转子2，超越离合器3，铍青铜4，深沟球轴承6，定子7组成。
所述定子7有一通孔8通过深沟球轴承6与输出轴1连接，通孔8与深沟球轴承6的外圈之间为过盈配合，定子7沿圆周方向均匀开有通槽9，所述压电陶瓷双晶片5通过环氧树脂胶粘接固定于通槽9内，通槽9的宽度和厚度应略大于压电陶瓷双晶片5宽度和厚度，保证通槽9与压电陶瓷双晶片5固接，通槽9数量根据压电陶瓷双晶片5的数量确定，一般驱动负载越大所需压电陶瓷双晶片5越多。
所述输出轴1的圆柱面12用来安装所述深沟球轴承6，轴肩13用来定位深沟球轴承6，圆柱面12与深沟球轴承6的内圈之间为过盈配合，可承受一定的轴向力，输出轴1的圆柱面14用来安装所述超越离合器3，超越离合器3与圆柱面14的连接为正向锁死，反向自由。
所述转子2有一通孔10与超越离合器3的外圈连接，通孔10与超越离合器3的外圈连接，通孔10与超越离合器3的外圈为过盈配合，转子2沿圆周方向均匀开有通槽11，所述压电陶瓷双晶片5的悬臂端铍青铜4通过环氧树脂胶粘接固定于通槽11内，通槽11的宽度和厚度应略大于铍青铜4的宽度和厚度，保证粘接胶层能够固接通槽11和铍青铜4，通槽11数量和开槽位置应与通槽9一致。
压电陶瓷双晶片5加不对称激励电压，在一个周期内，悬臂端铍青铜弯曲带动转子2转动一定的角度，转子2通过超越离合器3的正向锁死作用带动输出轴1转动一定角度，然后电压瞬间回零，超越离合器3、转子和压电陶瓷双晶片迅速回到初始位置，由于超越离合器3和输出轴1之间反向自由，则输出轴1在惯性力的作用下继续转动，经多个周期，压电陶瓷双晶片5悬臂端铍青铜4的振动转化为输出轴1的连续转动，实现了连续转动和转矩的输出。
本发明的不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器具有结构简单、安装容易，功耗低、噪音小，响应速度快、转动平稳、控制电路简单，成本低并可实现小型化，可模块化安装和使用在有驱动和定位要求的设备中。
附图说明
图1是驱动器的剖视图；
图2是定子的剖视图；
图3是转子的剖视图；
图4是输出轴的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明。
图1是驱动器的剖视图，所述驱动器包括输出轴1，转子2，超越离合器3，铍青铜4，深沟球轴承6，定子7组成。
图2是定子的剖视图，所述定子7用于固定所述压电陶瓷双晶片5，通槽9的宽度和厚度应略大于压电陶瓷双晶片5宽度和厚度，保证粘接胶层能够固接通槽9和压电陶瓷双晶片5，通孔8用于安装深沟球轴承6，其配合关系为过盈配合。
图3是转子的剖视图，通过超越离合器3安装在轴的另一端，通孔10与超越离合器3的外圈为过盈配合，转子2的通槽11用于固定压电陶瓷双晶片5的悬臂端铍青铜4，通槽11的宽度和厚度应略大于铍青铜4的宽度和厚度，保证粘接胶层能够固接通槽11和铍青铜4。
图4是输出轴的示意图，输出轴1能够在一个垂直于经过转子中心的几何旋转轴线的平面内旋转运动，输出转速和转矩，所述输出轴1的圆柱面12与所述深沟球轴承6安装在一起，轴肩13用来定位深沟球轴承6，圆柱面12与深沟球轴承6的内圈之间为过盈配合，可承受一定的轴向力，输出轴1的圆柱面14用来安装所述超越离合器3。
装配时，先将轴1的圆柱面12以一定的轴向力压入深沟球轴承6内圈中，保证同轴度，轴肩13用来定位深沟球轴承6；将深沟球轴承6的外圈以一定的轴向力压入定子7的通孔8中，保证同轴度；将输出轴1的圆柱面14以超越离合器3自由方向旋入，保证正向锁死，反向自由；以一定轴向力将超越离合器3的外圈压入转子2的通孔10中，保证同轴度；最后将压电陶瓷双晶片5一端和悬臂端的铍青铜4均匀涂上环氧树脂胶，分别装入定子7的通槽9和转子2的通槽11中，保证通槽9和通槽11中充满环氧树脂胶，固定24小时，装配完毕。
在一个周期内，将压电陶瓷双晶片5一片加正向不对称电压，另一片加负向不对称电压，由于逆压电效应，压电陶瓷双晶片5的恳臂端铍青铜弯曲带动转子2转动一定的角度，转子2通过超越离合器3的正向锁死作用带动输出轴1转动一定角度，然后电压瞬间回零，超越离合器3、转子和压电陶瓷双晶片迅速回到初始位置，由于超越离合器3和输出轴1之间反向自由，则输出轴1在惯性力的作用下继续转动，经多个周期，压电陶瓷双晶片5悬臂端铍青铜4的振动转化为输出轴1的连续转动，实现了连续转动和转矩的输出。
Claims (1)
1.一种不对称电压驱动的压电陶瓷驱动器，其特征在于：由输出轴(1)，转子(2)，超越离合器(3)，铍青铜(4)压电陶瓷双晶片(5)，深沟球轴承(6)，定子(7)组成；
输出轴(1)能够在一个垂直于经过转子(2)中心的几何旋转轴线的平面内旋转运动，输出转速和转矩，深沟球轴承(6)安装在输出轴(1)的圆柱面(12)上，轴肩(13)用来定位深沟球轴承(6)，圆柱面(12)与深沟球轴承(6)的内圈之间为过盈配合；
超越离合器(3)安装在输出轴(1)的圆柱面(14)上，超越离合器(3)与圆柱面(14)的连接为正向锁死，反向自由；
定子(7)有一通孔(8)通过深沟球轴承(6)与输出轴(1)连接，通孔(8)与深沟球轴承(6)的外圈之间为过盈配合，定子(7)沿圆周方向均匀开有通槽(9)，压电陶瓷双晶片(5)通过环氧树脂胶粘接固定于通槽(9)内；
转子(2)有一通孔(10)与超越离合器(3)的外圈连接，通孔(10)与超越离合器(3)的外圈为过盈配合，转子(2)沿圆周方向均匀开有通槽(11)，压电陶瓷双晶片(5)的悬臂端铍青铜(4)通过环氧树脂胶粘接固定于通槽(11)内，转子的通槽(11)数量和开槽位置与定子的通槽(9)一致；
压电陶瓷双晶片(5)加不对称激励电压；在一个周期内，悬臂端铍青铜弯曲带动转子(2)转动一定的角度，转子(2)通过超越离合器(3)的正向锁死作用带动输出轴(1)转动一定角度，然后电压瞬间回零，超越离合器(3)、转子(2)和压电陶瓷双晶片(5)迅速回到初始位置，由于超越离合器(3)和输出轴(1)之间反向自由，则输出轴(1)在惯性力的作用下继续转动，经多个周期，压电陶瓷双晶片(5)悬臂端铍青铜(4)的振动转化为输出轴(1)的连续转动，实现了连续转动和转矩的输出。
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