CN110501524A - 超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，包括外壳、旋转平台、旋转轴、轴承和上顶片。所述旋转轴具有上端部和与上端部一体成型的下端部，所述旋转轴与旋转平台固定连接。所述轴承和上顶片依次套接于旋转轴的上端部，所述上顶片与旋转轴的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第一空间。本发明公开的超高真空用大行程精密压电位移台，采用逆向压电效应，使电能被间接转化为旋转运动的动能。与传统电机相比，具有体积较小、延迟较低、转矩较大、旋转精度高、低速运行稳定、可控性高等特点。
Description
技术领域
本发明属于精密旋转控制技术领域，具体涉及一种超高真空用大行程精密压电位移台。
背景技术
公开号为CN107941261B，主题名称为传感器设备低温测试台的发明专利，其技术方案公开了“包括恒温器、综合工装台和预加载装置；所述恒温器内设有一液氦池，所述综合工装台位于所述液氦池内；所述预加载装置包括真空管、传动单元和力加载控制单元，所述传动单元位于所述真空管内，所述力加载控制单元与所述传动单元连接，所述力加载控制单元与所述真空管密封连接，所述真空管通过法兰与所述恒温器的顶部开口密封连接；所述综合工装台的最外层为真空盒，所述真空盒与所述预加载装置的真空管密封连接，所述真空盒内部设有用于安装待测传感器设备的测试工装，所述真空管内的传动单元与所述测试工装连接”。
然而，以上述发明专利为例，不能实现旋转运动，进而也不能采用逆向压电效应使得电能被间接地转化为旋转运动的动能，需要予以进一步改进。
发明内容
本发明针对现有技术的状况，克服以上缺陷，提供一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台。
本发明采用以下技术方案，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台包括外壳和旋转平台，还包括：
旋转轴，所述旋转轴具有上端部和与上端部一体成型的下端部，所述旋转轴与旋转平台固定连接；
轴承和上顶片，所述轴承和上顶片依次套接于旋转轴的上端部，所述上顶片与旋转轴的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第一空间，各个压电陶瓷组件的上端面与上顶片紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与设置于旋转轴的下端部的上表面的第二摩擦层紧密贴合并且相互接触；
底片，所述底片与上顶片同轴设置，所述底片与旋转轴的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第二空间，各个压电陶瓷组件的上端面与设置于旋转轴的下端部的下表面的第一摩擦层紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与底片紧密贴合并且相互接触；
预紧片和多个蓝宝石球，各个蓝宝石球位于预紧片和底片之间，各个蓝宝石球部分地内嵌于位于底片的凹槽。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的尺寸为30mm*30mm*34mm。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述轴承采用真空轴承。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台采用无磁材质材料制成。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述旋转平台沿轴向方向具有贯通孔。
本发明专利申请还公开了一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，包括外壳和旋转平台，还包括：
旋转轴，所述旋转轴与旋转平台固定连接；
轴承和上顶片，所述轴承和上顶片依次套接于旋转轴，所述上顶片与旋转轴之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第一空间，各个压电陶瓷组件的上端面与上顶片紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与设置于旋转轴的下端部的上表面的第二摩擦层紧密贴合并且相互接触；
底片，所述底片与上顶片同轴设置，所述底片与旋转轴之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第二空间，各个压电陶瓷组件的上端面与设置于旋转轴的下表面的第一摩擦层紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与底片紧密贴合并且相互接触；
预紧片和多个蓝宝石球，各个蓝宝石球位于预紧片和底片之间，各个蓝宝石球部分地内嵌于位于底片的凹槽。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述轴承的滚珠具有二硫化钼保护层(主要起到自润滑作用)。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述压电陶瓷组件包括4片依次叠合设置的压电陶瓷片。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述第一摩擦层采用氧化铝片。
根据上述技术方案，作为上述技术方案的进一步优选技术方案，所述预紧片采用铍铜片。
本发明公开的超高真空用大行程精密压电位移台，其有益效果在于，采用逆向压电效应，使电能被间接转化为旋转运动的动能。与传统电机相比，具有体积较小、延迟较低、转矩较大、旋转精度高、低速运行稳定、可控性高等特点。
附图说明
图1是本发明的一个角度的整体结构示意图。
图2是本发明的部分结构示意图(隐去外壳)。
图3是本发明的一个角度的爆炸结构示意图。
图4是本发明的另一角度的爆炸结构示意图。
图5是本发明的另一角度的整体结构示意图。
图6是沿图5中BB方向的截面结构示意图。
附图标记包括：10-外壳；11-旋转平台；12-预紧片；13-蓝宝石球；14-轴承；15-上顶片；16-底片；17-第一摩擦层；18-旋转轴；19-第二摩擦层；20-压电陶瓷组件。
具体实施方式
本发明公开了一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，下面结合优选实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。
参见附图的图1至图6，图1示出了所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的等轴方向的立体结构，图2示出了所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的等轴方向的立体结构(隐去外壳)，图3示出了所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的俯视方向的爆炸结构，图4示出了所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的仰视方向的爆炸结构，图5示出了所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的主视方向的投影结构，图6示出了沿图5中AA方向的截面结构。
优选实施例。
优选地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台包括外壳10和旋转平台11，还包括：
(轴截面呈丄状的)旋转轴18，所述旋转轴18具有(沿旋转轴18的轴向方向延伸的)上端部和与上端部一体成型的(并且沿旋转轴18的径向方向延伸的)下端部，所述旋转轴18与旋转平台11固定连接(所述旋转平台11部分地内接于旋转轴18)；
轴承14和上顶片15，所述轴承14和上顶片15依次套接于旋转轴18的上端部，所述上顶片15与旋转轴18的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件20的第一空间，(位于该第一空间的)各个压电陶瓷组件20的上端面与上顶片15紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件20的下端面与设置于旋转轴18的下端部的上表面的第二摩擦层19紧密贴合并且相互接触；
底片16，所述底片16与上顶片15同轴设置，所述底片16与旋转轴18的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件20的第二空间，(位于该第二空间的)各个压电陶瓷组件20的上端面与设置于旋转轴18的下端部的下表面的第一摩擦层17紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件20的下端面与底片16紧密贴合并且相互接触；
预紧片12和多个蓝宝石球13，各个蓝宝石球13位于预紧片12和底片16之间，各个蓝宝石球13部分地内嵌于位于底片16(的下端面)的凹槽。
进一步地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的尺寸优选为30mm*30mm*34mm。
进一步地，所述轴承14优选采用真空轴承，所述轴承14的滚珠具有二硫化钼保护层。
进一步地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台优选采用无磁材质材料制成。
进一步地，所述旋转平台11沿轴向方向具有贯通孔。
进一步地，所述压电陶瓷组件20优选包括4片依次叠合设置的压电陶瓷片。
进一步地，所述第一摩擦层17优选采用氧化铝片。
进一步地，所述第二摩擦层19优选采用氧化铝片。
进一步地，所述预紧片12优选采用铍铜片。
进一步地，位于第一空间的压电陶瓷组件20的数量优选为3个。
进一步地，位于第二空间的压电陶瓷组件20的数量优选为3个。
进一步地，所述蓝宝石球13的数量优选为3个。
第一实施例(本实施例与优选实施例的主要区别是，并未直接限定旋转轴18的形状)。
优选地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台包括外壳10和旋转平台11，还包括：
旋转轴18，所述旋转轴18与旋转平台11固定连接(所述旋转平台11部分地内接于旋转轴18)；
轴承14和上顶片15，所述轴承14和上顶片15依次套接于旋转轴18，所述上顶片15与旋转轴18之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件20的第一空间，(位于该第一空间的)各个压电陶瓷组件20的上端面与上顶片15紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件20的下端面与设置于旋转轴18的上表面的第二摩擦层19紧密贴合并且相互接触；
底片16，所述底片16与上顶片15同轴设置，所述底片16与旋转轴18之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件20的第二空间，(位于该第二空间的)各个压电陶瓷组件20的上端面与设置于旋转轴18的下表面的第一摩擦层17紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件20的下端面与底片16紧密贴合并且相互接触；
预紧片12和多个蓝宝石球13，各个蓝宝石球13位于预紧片12和底片16之间，各个蓝宝石球13部分地内嵌于位于底片16(的下端面)的凹槽。
进一步地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的尺寸优选为30mm*30mm*34mm。
进一步地，所述轴承14优选采用真空轴承，所述轴承14的滚珠具有二硫化钼保护层。
进一步地，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台优选采用无磁材质材料制成。
进一步地，所述旋转平台11沿轴向方向具有贯通孔。
进一步地，所述压电陶瓷组件20优选包括4片依次叠合设置的压电陶瓷片。
进一步地，所述第一摩擦层17优选采用氧化铝片。
进一步地，所述第二摩擦层19优选采用氧化铝片。
进一步地，所述预紧片12优选采用铍铜片。
进一步地，位于第一空间的压电陶瓷组件20的数量优选为3个。
进一步地，位于第二空间的压电陶瓷组件20的数量优选为3个。
进一步地，所述蓝宝石球13的数量优选为3个。
根据上述实施例，本发明专利申请公开的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，轴承14安装在外壳10的内部的最顶部，轴承14的下表面紧贴着上顶片15，旋转轴18的底部的上表面设置有第二摩擦层19，旋转轴18的底部的设置有第一摩擦层17，并在上顶片15的下端面和底片16的上端面，分别粘上压电陶瓷组件20。将旋转轴18依次穿过上顶片15和轴承14，并使位于上端面的压电陶瓷组件20紧密接触到上顶片15。再将底片16的上端面紧密接触到位于下端面的压电陶瓷组件20。通电后在电激励作用下，上下两个端面的压电陶瓷组件20产生运动，通过摩擦使旋转轴18旋转，而旋转轴18与旋转平台11固定在一起，使得旋转轴18带动旋转平台11一起旋转。蓝宝石球13放置在底片16的凹坑内，最后用螺钉将预紧片12与外壳10安装在一起，可通过调节螺钉的松紧来调节预紧力，从而调节旋转台的旋转顺畅度。
根据上述实施例，本发明专利申请公开的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，根据创新程度和紧要程度，进一步分析如下。
1.体积小，长宽高30mm*30mm*34mm，且可根据需要可以做到更小。
2.通过引入轴承使位移台耐用性高，同轴度更好。
3.旋转台的所有材质兼容超高真空环境以及极低温环境。
4.该位移台可与其他位移台组合使用，获得多个自由度。
5.轴承的滚珠上镀有二硫化钼保护层，具有自润滑作用。
6.位移台兼容超低温(4k)环境，并耐高温烘烤。
7.位移台没有安装方式的限制，可以水平安装、竖直安装、倾斜安装及倒置安装。
8.位移台压电陶瓷腿与第二摩擦层之间的预紧力可调。
9.位移台所有零件可以采用无磁材质，位移台本身也不受磁场影响，也不产生磁场。
10.压电陶瓷反应快，多组压电陶瓷可同步运行。
11.旋转台中心镂空，适用于光学环境。
12.压电旋转台可承受大负载，也可根据实际情况增加或减少压电陶瓷个数，来调节负载大小。
13.可配合碳膜电阻进行精确定位。
根据上述实施例，本发明专利申请公开的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，作为优选，适用于超高真空、极低温环境，兼容光学环境的旋转台(也兼容常规环境使用)。其体积较小，能使得样品台位置能获得更多的冷量，为极低温研究提供更好的条件。其体积小，能与其他运动部件组合使用，可获得更多自由度。其压电陶瓷组件采用一个面3组均布，总计上下两个面共6组压电陶瓷组件的排布，而每组由4个压电陶瓷片组成(但每组不限于4个压电陶瓷片)，具有负载大，运行稳定的特点。而预紧片的使用，使得预紧力可调，调整旋转台的顺畅度。压电陶瓷的幅度以及频率可调。
值得一提的是，本发明专利申请涉及的压电陶瓷片的具体选型等技术特征应被视为现有技术，这些技术特征的具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明专利的发明点所在，本发明专利不做进一步具体展开详述。
对于本领域的技术人员而言，依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分技术特征进行等同替换，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。
Claims (10)
1.一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，包括外壳和旋转平台，还包括：
旋转轴，所述旋转轴具有上端部和与上端部一体成型的下端部，所述旋转轴与旋转平台固定连接；
轴承和上顶片，所述轴承和上顶片依次套接于旋转轴的上端部，所述上顶片与旋转轴的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第一空间，各个压电陶瓷组件的上端面与上顶片紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与设置于旋转轴的下端部的上表面的第二摩擦层紧密贴合并且相互接触；
底片，所述底片与上顶片同轴设置，所述底片与旋转轴的下端部之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第二空间，各个压电陶瓷组件的上端面与设置于旋转轴的下端部的下表面的第一摩擦层紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与底片紧密贴合并且相互接触；
预紧片和多个蓝宝石球，各个蓝宝石球位于预紧片和底片之间，各个蓝宝石球部分地内嵌于位于底片的凹槽。
2.根据权利要求1所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台的尺寸为30mm*30mm*34mm。
3.根据权利要求1所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述轴承采用真空轴承。
4.根据权利要求1所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台采用无磁材质材料制成。
5.根据权利要求1所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述旋转平台沿轴向方向具有贯通孔。
6.一种超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，包括外壳和旋转平台，还包括：
旋转轴，所述旋转轴与旋转平台固定连接；
轴承和上顶片，所述轴承和上顶片依次套接于旋转轴，所述上顶片与旋转轴之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第一空间，各个压电陶瓷组件的上端面与上顶片紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与设置于旋转轴的下端部的上表面的第二摩擦层紧密贴合并且相互接触；
底片，所述底片与上顶片同轴设置，所述底片与旋转轴之间具有供置入至少一个压电陶瓷组件的第二空间，各个压电陶瓷组件的上端面与设置于旋转轴的下表面的第一摩擦层紧密贴合并且相互接触，各个压电陶瓷组件的下端面与底片紧密贴合并且相互接触；
预紧片和多个蓝宝石球，各个蓝宝石球位于预紧片和底片之间，各个蓝宝石球部分地内嵌于位于底片的凹槽。
7.根据权利要求6所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述轴承的滚珠具有二硫化钼保护层。
8.根据权利要求6所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述压电陶瓷组件包括4片依次叠合设置的压电陶瓷片。
9.根据权利要求6所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述第一摩擦层采用氧化铝片。
10.根据权利要求6所述的超高真空极低温用压电陶瓷精密旋转台，其特征在于，所述预紧片采用铍铜片。
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