CN109936301B - 一种阶梯型组合式压电致动器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种阶梯型组合式压电致动器，一种阶梯型组合式压电致动器，包括转轴、通过左轴承、右轴承设在转轴上的底座，底座一侧设有轴承螺母、另一侧设有多级的动力模块，多级的动力模块阶梯式设计，次外侧一级动力模块设在最外侧一级动力模块内侧，低一级的动力模块设在高一级的动力模块内侧；所述最外侧一级动力模块包括一级定子、一级转子、一级碟簧、一级定制螺母；本发明多级动力模块提升了单位直径输出扭矩，动力更强劲；转轴中一段为分段式螺纹与凹槽间歇配合结构，不同级别转子的花键状凸起插进凹槽中，转轴与定子保持同步旋转，传递机械扭矩，转动更稳定。

Description

一种阶梯型组合式压电致动器

技术领域

本发明涉及压电致动器技术领域，特别是指一种阶梯型组合式压电致动器。

背景技术

压电致动器通过应用压电陶瓷所具有施加电压发生变形(伸长、收缩)的特性，是广泛用于手机相机模块内的自动聚焦、数码相机的图像稳定系统等位置的控制设备。压电致动器不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩，而是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动，在这种新型装置中，压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线圈；压电致动器经过组装成型后的产品一般称为超声电机。

传统的压电致动器或超声电机多是由单一的定子和转子组合而成，南京航空航天大学申请的申请号为2009101854342发明专利，命名为双定转子阶梯轴结构盘状行波超声电机，其实际内容相当于本发明申请左右两侧的两个机组；多级动力模块组成机组形式的超声电机未见诸于公开报道，现有技术超声电机定子与转子多为一套形式，虽能满足一般超声电机基本功能，但是对于有限直径的产品，其输出力矩受到了局限，与本发明相比较,本发明压电致动器的多级动力模块能提升单位直径输出扭矩，为超声电机带来更好的表现性能。

发明内容

本发明的目的，为了提高压电致动器的稳定性，同时提高了单位直径输出扭矩，提升了单位体积压电致动器的配置性能。同时本装置兼顾了成本因素，简易结构设计、高效利用空间。

本发明的技术方案是这样实现的：一种阶梯型组合式压电致动器，包括转轴、通过左轴承、右轴承设在转轴上的底座，底座一侧设有轴承螺母、另一侧设有多级的动力模块，多级的动力模块阶梯式设计,次外侧一级动力模块设在最外侧一级动力模块内侧,低一级的动力模块设在高一级的动力模块内侧，多级的动力模块结构相同、大小不同；所述最外侧一级动力模块包括一级定子、一级转子、一级碟簧、一级定制螺母，螺纹连接到转轴上的一级定制螺母挤压一级转子与一级定子配合连接,为一级转子与一级定子施加预压力,一级定制螺母与一级转子之间设有一级碟簧。

优选的，所述一种阶梯型组合式压电致动器外侧设有子座和母座，子座上设有内连壳，母座上设有外连壳，内连壳、外连壳螺栓连接，子座和母座侧面设有多个阶梯台，阶梯台与多级的定子相接触实现多级的定子定位，此处多级的定子指的是多级的动力模块的定子，压电片安装在阶梯台与定子之间，每一级动力模块的压电片安装在阶梯台与相应级的定子之间。

优选的，所述转轴与一级转子连接处的转轴上设有分段式螺纹，分段式螺纹的螺纹段之间设有凹槽，所述一级转子内侧设有花键状凸起，花键状凸起、凹槽配合连接。

优选的，所述转轴、底座、轴承螺母、多级的动力模块组成一个机组，一种阶梯型组合式压电致动器包含有多个机组，相邻机组之间通过设在转轴上的键和键槽连接。

优选的，所述动力模块包含有三级，每一级动力模块所含零部件大小不同但是形状相同。

优选的，所述阶梯台个数与动力模块级数相同。

使用及原理说明，本发明压电致动器中,螺纹连接到转轴上的一级定制螺母挤压一级碟簧和一级转子,一级转子与一级定子配合连接,为一级转子与一级定子提供预压力,与此原理相同,对于其他级别的转子和定子,也是靠定制螺母、碟簧施加预压力；转轴中一段为分段式螺纹与凹槽间歇配合结构，不同级别转子的花键状凸起插进凹槽中，转轴与定子保持同步旋转，传递机械扭矩，同时分段式螺纹实现与定制螺母的螺纹连接，便于施加指定的预压力；一级转子内侧的花键状凸起外围面为凹槽平面设计，使结构紧凑，节省整体安装空间，需要说明的是其他级别转子与一级转子设计原理相同，设有凹槽平面；压电致动器的子座和母座侧面设有多个阶梯台，最外侧的阶梯台与一级定子的底面接触，并通过螺钉将一级定子固定到子座或母座上，与此同理，低级别的定子与对应低级别阶梯台通过螺钉连接方式，相应级别定子被连接固定到子座或母座上，左轴承、右轴承对称设置，保证装配的同轴度，提高电机工作的稳定性；子座和母座嵌套装配并通过螺钉紧固，实现阶梯型组合式压电致动器的轴向限位，相邻机组之间通过设在转轴上的键和键槽连接实现转轴径向连接传动。

本发明的有益效果为：其一多级动力模块提升了单位直径输出扭矩，动力更强劲；其二转轴中一段为分段式螺纹与凹槽间歇配合结构，不同级别转子的花键状凸起插进凹槽中，转轴与定子保持同步旋转，传递机械扭矩，转动更稳定；其三，左轴承、右轴承对称设置，保证装配的同轴度，电机工作更稳定。有很好的推广和实用价值，广泛的推广应用将会产生良好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的一个机组剖视结构示意图；

图2为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的整体剖视结构示意图；

图3为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的转轴的结构示意图；

图4为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的转子结构示意图。

图5为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的子座和母座结构示意图。

图6为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的内部结构示意图。

图7为本发明一种阶梯型组合式压电致动器的整体结构示意图。

其中，1.转轴，2.底座，3.左轴承，4.右轴承，5.轴承螺母，6.动力模块，61.最外侧一级动力模块，62.次外侧一级动力模块，61a.一级定子，61b.一级转子，61c.一级碟簧，61d.一级定制螺母，7.分段式螺纹，8.凹槽，9.花键状凸起，10.键，11.键槽，12.子座，121.内连壳，13.母座，131.外连壳，14.阶梯台,15,凹槽平面，A.压电片安装位置。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实例和附图对本发明一种阶梯型组合式压电致动器作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1至图7所示，一种阶梯型组合式压电致动器，包括转轴1、通过左轴承3、右轴承4设在转轴1上的底座2，底座2一侧设有轴承螺母5、另一侧设有多级的动力模块6，多级的动力模块6阶梯式设计，次外侧一级动力模块62设在最外侧一级动力模块61内侧，低一级的动力模块设在高一级的动力模块内侧，多级的动力模块结构相同、大小不同；所述最外侧一级动力模块61包括一级定子61a、一级转子61b、一级碟簧61c、一级定制螺母61d，螺纹连接到转轴1上的一级碟簧61c、一级定制螺母61d挤压一级转子61b与一级定子61a配合连接；所述转轴1与一级转子61b连接处的转轴1上设有分段式螺纹7，分段式螺纹7的螺纹段之间设有凹槽8，所述一级转子61b内侧设有花键状凸起9，花键状凸起9、凹槽8配合连接；所述转轴1、底座2、轴承螺母5、多级的动力模块6组成一个机组，一种阶梯型组合式压电致动器包含有多个机组，相邻机组之间通过设在转轴1上的键10和键槽11连接；所述一种阶梯型组合式压电致动器外侧设有子座12和母座13，子座12上设有内连壳121，母座13上设有外连壳131，内连壳121、外连壳131螺栓连接，子座12和母座13侧面设有多个阶梯台14；所述动力模块6包含有三级，每一级动力模块所含零部件大小不同但是形状相同；所述阶梯台14个数与动力模块6级数相同，阶梯台14的个数为三，动力模块6级数为三，压电片安装在图2中附图标记A位置，即压电片安装在阶梯台与定子之间，每一级动力模块的压电片安装在阶梯台与相应级的定子之间。

使用及原理说明，本发明压电致动器中,螺纹连接到转轴1上的一级碟簧61c、一级定制螺母61d挤压一级转子61b与一级定子61a配合连接，为一级转子61b与一级定子61a提供预压力，与此原理相同，对于其他级别的转子和定子，也是靠定制螺母、碟簧施加预压力；转轴1的分段式螺纹7与凹槽8间歇配合结构，不同级别转子的花键状凸起9插进凹槽8中，转轴1与定子保持同步旋转，传递机械扭矩，同时分段式螺纹7实现与定制螺母的螺纹连接，便于施加指定的预压力；一级转子61b内侧的花键状凸起9外围面为凹槽平面15设计，使结构紧凑，节省整体安装空间，需要说明的是其他级别转子与此同原理设计有凹槽面；压电致动器的子座12和母座13侧面设有多个阶梯台14，阶梯台14与多级的定子相接触实现多级的定子定位，最外侧的阶梯台与一级定子61a的底面接触，并通过螺钉将一级定子61a固定到子座12或母座13上，与此同理，低级别的定子与对应低级别阶梯台通过螺钉连接方式，相应级别定子被连接固定到子座12或母座13上，左轴承3、右轴承4对称设置，保证装配的同轴度，提高电机工作的稳定性；子座12和母座13嵌套装配并通过螺钉紧固，实现阶梯型组合式压电致动器的轴向限位，相邻机组之间通过设在转轴1上的键10和键槽11连接实现转轴径向连接传动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种阶梯型组合式压电致动器，其特征在于，包括转轴(1)、通过左轴承(3)、右轴承(4)设在转轴(1)上的底座(2)，底座(2)一侧设有轴承螺母(5)、另一侧设有多级的动力模块(6)，多级的动力模块(6)阶梯式设计，次外侧一级动力模块(62)设在最外侧一级动力模块(61)内侧，低一级的动力模块设在高一级的动力模块内侧，多级的动力模块结构相同、大小不同；

所述最外侧一级动力模块(61)包括一级定子(61a)、一级转子(61b)、一级碟簧(61c)、一级定制螺母(61d)，螺纹连接到转轴(1)上的一级定制螺母(61d)挤压一级转子(61b)与一级定子(61a)配合连接,一级定制螺母(61d)与一级转子(61b)之间设有一级碟簧(61c)；所述一种阶梯型组合式压电致动器外侧设有子座(12)和母座(13)，子座(12)上设有内连壳(121)，母座(13)上设有外连壳(131)，内连壳(121)、外连壳(131)螺钉连接，子座(12)和母座(13)侧面设有多个阶梯台(14)，阶梯台(14)与多级的定子相接触实现多级的定子定位；

压电片安装在阶梯台(14)与定子之间，每一级动力模块的压电片安装在阶梯台与相应级的定子之间。

2.根据权利要求1所述的一种阶梯型组合式压电致动器，其特征在于，所述转轴(1)与一级转子(61b)连接处的转轴(1)上设有分段式螺纹(7)，分段式螺纹(7)的螺纹段之间设有凹槽(8)，所述一级转子(61b)内侧设有花键状凸起(9)，花键状凸起(9)、凹槽(8)配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种阶梯型组合式压电致动器，其特征在于，所述转轴(1)、底座(2)、轴承螺母(5)、多级的动力模块(6)组成一个机组，一种阶梯型组合式压电致动器包含有多个机组，相邻机组之间通过设在转轴(1)上的键(10)和键槽(11)连接。

4.根据权利要求3所述的一种阶梯型组合式压电致动器，其特征在于，所述动力模块(6)包含有三级，每一级动力模块所含零部件大小不同但是形状相同。

5.根据权利要求4所述的一种阶梯型组合式压电致动器，其特征在于，所述阶梯台(14)个数与动力模块(6)级数相同。

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