CN103414371A - 一种基于压电叠堆的激振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电叠堆的激振器，包括压电叠堆驱动器、振动机构、封装结构，其中，所述的压电叠堆驱动器固定设置于封装结构中，外界输入信号通过穿过封装结构的连接线输入压电叠堆驱动器，驱动其中的压电叠堆振动；本发明的技术方案中，驱动器采用压电叠堆，其驱动力大且输出位移小，最大输出频率大于15KHz。当给压电叠堆加载正弦交流电压，压电叠堆将随着电压变化周期性的振动，产生一个轴向微小位移，将电能转化成机械能输出。本发明的激振器，零部件简单且数量少，节省设计所需空间，结构非常紧凑，加工装配简单，具有输出频率大、振动位移小、体积小、装配简单的优点，本发明的激振器适用于高精度驱动、高频谱谐振驱动和高精密度检测系统中。

Description

一种基于压电叠堆的激振器

 

技术领域

本发明涉及一种激振器，尤其涉及一种基于压电材料的激振器，属于精密机械与仪器技术领域。

 

背景技术

传统的激振器驱动装置为电机，其振动输出力大，但是输出频带窄，不能满足高频、微小位移激励的要求。如在对压电传感器进行标定工作时，需要产生准确的高频激励信号，要求激励频率达到15KHz～20KHz，而市场上的激振器一般激励频率达不到10KHz；且如果输出位移过大，被激振器件将产生剧烈振动，导致采集信号的失真或噪声过大。压电叠堆驱动器可用于精密机械与仪器中实现纳米级的位移、力、加速度驱动，且压电材料具有很大的工作频率范围，常见的压电叠堆是未封装的，在应用时通常一端粘贴于固定件上，另一端粘贴于驱动件，装配不灵活，拆卸过程中容易损坏压电叠堆，且预紧力施加困难。

 

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种基于压电叠堆元件的微型激振器，满足可输出高频、微小位移激励信号的要求。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的基于压电叠堆的激振器，包括压电叠堆驱动器、振动机构、封装结构，其中，所述的压电叠堆驱动器固定设置于封装结构中，外界输入信号通过穿过封装结构的连接线输入压电叠堆驱动器，驱动其中的压电叠堆振动；本发明的技术方案中，驱动器采用压电叠堆，其驱动力大且输出位移小，最大输出频率大于15KHz。根据逆压电效应，当给叠堆加载正弦交流电压，叠堆将随着电压变化周期性的振动，即产生一个轴向微小位移，将电能转化成机械能输出。

所述的振动机构包括蝶形弹簧和振动杆；振动杆上端可开有外螺纹，被激励器件固定在振动杆上端的台阶和拧紧在外螺纹的螺母之间，压电叠堆驱动器产生的激励使振动杆和蝶形弹簧同时振动，从而将激励信号传递给振动杆上的被激振器件；

所述的封装结构包括基座、套筒、顶盖，所述的顶盖与套筒通过预紧螺栓连接，所述的基座与套筒通过螺栓连接；因压电叠堆驱动器容易损坏，不能承受任何弯曲载荷，只能承受轴向载荷，因此将其容纳于封装结构中，对其进行封装和预紧。

所述的压电叠堆驱动器一端固定于封装结构的基座上，另一端紧固于输出振动杆朝向基座的一端上；保证压电叠堆驱动器只承受来自于轴向的载荷，并且能够避免弯曲载荷的输入和装配误差导致的弯矩直接作用于压电叠堆上。

所述蝶形弹簧被压缩地设置于封装结构的顶盖和振动机构的振动杆之间。振动机构和压电叠堆在轴向具有一定的柔性，本技术方案采用刚度大的蝶形弹簧，提高系统共振频率，当预紧螺钉施加预紧力时变形量小，结构紧凑且节省设计空间。在振动机构随着压电叠堆伸缩的过程中，其变形量在封装固定结构的可承受范围内。

更进一步地，所述的压电叠堆驱动器一端固定于基座的凹槽中，另一端紧固于输出振动杆朝向基座的一端上；输出振动杆朝向基座的一端位于封装结构中，另一端延伸出顶盖。

更进一步地，所述的蝶形弹簧外径小于套筒的内径，振动杆与顶盖之间无接触，以尽量减小振动机构与其他部分的接触，减小摩擦因素的影响。

更进一步地，所述压电叠堆驱动器的连接线从基座的连通槽中引出，连通激励信号。

有益效果

本发明的基于压电叠堆的激振器，零部件简单且数量少，节省设计所需空间，结构非常紧凑，加工装配简单。驱动器采用压电叠堆，有效提高了输出频率，最高输出频率大于15KHz，且输出振动位移小。该激振器在避免使用粘贴固定压电叠堆的基础上，具有很好的轴向柔性，可以对压电叠堆施加预加载荷，提高了压电叠堆驱动器的重复性和可靠性。综合本发明的输出频率大、振动位移小、体积小、装配简单的优点，本发明的激振器适用于高精度驱动、高频谱谐振驱动和高精密度检测系统中。

 

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构俯视图；

图2是本发明的图1中A-A方向的剖视图；

图3是本发明的一个实施例的外形结构示意图；

图4是本发明的一个实施例的基座结构示意图。

 

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本实施例的基于压电叠堆的激振器包括压电叠堆驱动器1、振动机构2和封装结构3，所述的压电叠堆驱动器1固定设置于封装结构3中，外界输入信号通过穿过封装结构3的连接线输入压电叠堆驱动器1；所述的振动机构2包括蝶形弹簧21和振动杆22；所述的封装结构3包括基座31、套筒32、顶盖33，所述的顶盖33与套筒32通过预紧螺栓34连接，所述的基座31与套筒32通过螺栓34’连接；所述的压电叠堆驱动器1一端固定于封装结构3的基座31上，另一端紧固于振动杆22朝向基座31的一端上；所述碟形弹簧21被压缩地设置于封装结构3的顶盖33和振动机构2的振动杆22之间。

如图2所示，所述的压电叠堆驱动器1一端固定于基座31的凹槽中，另一端紧固于振动杆22朝向基座31的一端上；振动杆22朝向基座31的一端位于封装结构3中，另一端延伸出顶盖33，延伸出的一端设有外螺纹，被激振器件安装时一端紧靠振动杆22的台阶面，另一端通过螺母拧紧在振动杆22的外螺母纹上固定。

如图3和图4所示，在套筒32的下部和顶盖各加工出四个安装孔，未开螺纹，在套筒32的上部和基座上加工出内螺纹孔，套筒32与基座31和顶盖33之间都采用螺钉连接，装配简单方便。再在基座上加工出导线槽35，放置连接压电叠堆的正负极连接线，以接入激励信号。

本实施例的激振器安装及主要工作过程说明如下：

将压电叠堆驱动器1带有输出线的一端插入基座31的凹槽中，压电叠堆1上的引线应置于导线槽35中，并分别将正负极输出线从导线槽35两端引出。压电叠堆驱动器1一端完全抵达基座31凹环底部后，通过定位安装孔定位套筒32，用螺栓34’将套筒32固定在基座31上。将振动杆22的凹环与压电叠堆驱动器1套上，直到压电叠堆1的上端与凹环底部接触。蝶形弹簧21的内径大于振动杆22安装部位的外径，调节蝶形弹簧21的位置使其居中放置，避免与套筒32内径接触。通过定位安装孔定位顶盖33，而后安装预紧螺钉34，并施加一定的预紧力，通过预紧螺钉34的微调可实现对压电叠堆驱动器1施加预紧力的微调，从而得到不同的激振器工作参数。激振器安装好后，通过螺母将被激励件拧紧于振动杆22上。

本实施例的激振器工作时，外加交流电信号通过连接线激励压电叠堆驱动器1产生微小轴向振动，根据压电陶瓷的驱动原理，压电叠堆1在封装腔体内伸缩，从而带动振动杆22、蝶形弹簧21、被激振件的振动，因此若想压电叠堆驱动器1正常工作，系统在轴向上必须具有一定的柔性，而蝶形弹簧21提供了很好的柔性。在压电叠堆驱动器1的工作位移范围内，结构施加在驱动器上的作用力远小于其所能承受的最大载荷。本实施例的激振器输出最高频率大于15KHz，系统共振频率为6KHz-7KHz，激振性能最优频率段为3-10KHz，振动最大位移为75um。激励高频信号时，工作电源电压为0-20V；激励低频信号时，工作电源电压为0-150V。

Claims (4)

1.一种基于压电叠堆的激振器，包括压电叠堆驱动器（1）、振动机构（2）、封装结构（3），其特征在于：

所述的压电叠堆驱动器（1）固定设置于封装结构（3）中，外界输入信号通过穿过封装结构（3）的连接线输入压电叠堆驱动器（1）；

所述的振动机构（2）包括蝶形弹簧（21）和振动杆（22）；

所述的封装结构（3）包括基座（31）、套筒（32）、顶盖（33），所述的顶盖（33）与套筒（32）通过预紧螺栓（34）连接，所述的基座（31）与套筒（32）通过螺栓（34’）连接；

所述的压电叠堆驱动器（1）一端固定于封装结构（3）的基座（31）上，另一端紧固于振动杆（22）朝向基座（31）的一端上；

所述蝶形弹簧（21）被压缩地设置于封装结构（3）的顶盖（33）和振动机构（2）的振动杆（22）之间。

2.如权利要求1所述的基于压电叠堆的激振器，其特征在于：

所述的压电叠堆驱动器（1）一端固定于基座（31）的凹槽中，另一端紧固于输出振动杆（22）朝向基座（31）的一端上；振动杆（22）朝向基座（31）的一端位于封装结构（3）中，另一端延伸出顶盖（33）。

3.如权利要求1所述的基于压电叠堆的激振器，其特征在于：

所述的蝶形弹簧（21）外径小于套筒（32）的内径，振动杆（22）与顶盖（33）之间无接触。

4.如权利要求1所述的基于压电叠堆的激振器，其特征在于：所述压电叠堆驱动器（1）的连接线从基座（31）的连通槽（35）中引出。

Images