WO2022252288A1 - 压电线性微型驱动器 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种压电线性微型驱动器，包括滑动件、套设在滑动件上且可沿着滑动件滑动的运动模块、惯性模块及压电陶瓷，压电陶瓷用以连接运动模块和惯性模块；其中，压电陶瓷设置在运动模块内，且至少部分压电陶瓷伸入至惯性模块内设置。通过上述方式，能够减小压电线性微型驱动器的体积，提高压电陶瓷的使用寿命，且响应快，结构简单、操作方便。
Description
本申请要求了申请日为2021年05月31日，申请号为202110602754.4的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请涉及一种压电线性微型驱动器。
压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料。压电陶瓷除具有压电性外，还具有介电性、弹性等性能，已被广泛应用于医学成像、声传感器、声换能器、超声马达等领域。此外，人们还可利用逆压电效应将其制成压电驱动器，以实现对物体的微位移驱动。现有技术中的压电驱动器由于设计的不合理性，结构复杂、较大且操作不便，同时还容易导致压电陶瓷的使用寿命降低。
因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
本申请的目的在于提供一种压电线性微型驱动器，其能够减小压电线性微型驱动器的体积，提高压电陶瓷的使用寿命，且响应快，结构简单、操作方便。
本申请的目的是通过以下技术方案实现：一种压电线性微型驱动器，包括滑动件、套设在所述滑动件上且可沿着所述滑动件滑动的运动模块、惯性模块及压电陶瓷，所述压电陶瓷用以连接所述运动模块和所述惯性模块；其中，所述压电陶瓷设置在所述运动模块内，且至少部分所述压电陶瓷伸入至所述惯性模块内设置。
在其中一个实施例中，所述运动模块包括：
柔性件，具有容置腔，所述压电陶瓷设置在所述容置腔内；以及
固定件，套设在至少部分所述柔性件的外侧，用以将所述柔性件远离 所述惯性模块的一侧与所述滑动件压紧。
在其中一个实施例中，所述柔性件具有第一斜面，所述固定件上设置有与所述第一斜面相适配的第二斜面；
所述第一斜面与所述第二斜面对接后过盈配合，以使得所述柔性件朝向所述滑动件压紧。
在其中一个实施例中，所述柔性件与所述固定件之间螺纹连接，所述螺纹为细牙螺纹。
在其中一个实施例中，所述柔性件具有与所述压电陶瓷连接的连接部，所述连接部呈镂空状。
在其中一个实施例中，所述惯性模块包括：
传动件，与所述柔性件连接；以及
预紧件，至少部分伸入至所述传动件内，所述压电陶瓷的一端伸入至所述预紧件内以与所述预紧件连接，所述预紧件被配置为向所述压电陶瓷施加预紧力。
在其中一个实施例中，所述传动件与所述柔性件一体成型设置。
在其中一个实施例中，所述传动件与所述预紧件之间螺纹连接；
其中，所述预紧件具有抵持壁，所述抵持壁与所述传动件的端部抵持。
在其中一个实施例中，所述预紧件上设置有用以套设在所述滑动件上的第一通孔及至少一个设置在所述第一通孔一侧的第二通孔，所述第二通孔被配置为使得所述压电陶瓷的导线穿过以与外部器件连接。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：通过将压电陶瓷、运动模块和惯性模块套设在滑动件上，以减小压电线性微型驱动器的整体体积，保证整体体积的紧凑性；同时，压电陶瓷设置在运动模块内，且至少部分压电陶瓷伸入至惯性模块设置，进一步减小压电线性微型驱动器的体积。
图1是本申请的压电线性微型驱动器的结构示意图。
图2是本申请的压电线性微型驱动器的另一结构示意图。
图3是本申请的压电线性微型驱动器的剖面示意图。
图4是图1中的柔性件和传动件的结构示意图。
图5是图1中的预紧件的结构示意图。
图6为本申请的压电线性微型驱动器的驱动原理图。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1至图5所示，本申请的一较佳实施例中的一种压电线性微型驱动器结构简单且操作方便。具体的，压电线性微型驱动器包括滑动件、套设在滑动件上且可沿着滑动件滑动的运动模块、惯性模块及压电陶瓷2，这样设置的目的在于：保证压电线性微型驱动器整体结构的紧凑性；另外，通过将运动模块、惯性模块和压电陶瓷2套设在滑动件上，而不是将运动模块、惯性模块和压电陶瓷2设置在滑动件上，减小了驱动器的整体高度，则相应减小了驱动器的体积。
其中，滑动件可以为滑动轴1、滑动块、滑动轨道等，即其横截面的形状可以为圆形、矩形、三角形或多边形等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。在本实施例中，该滑动件为滑动轴1。
在本实施例中，压电陶瓷2为环形陶瓷，环形陶瓷套设在滑动轴1上，以与滑动轴1相适配，且受力均匀。值得注意的是，外部施加的力对压电陶瓷2的位移造成的损失要小，从而避免对压电陶瓷2的位移造成影响。例如，压电陶瓷2的最大变形量可以为5.5μm，材料的刚度是240N/μm，外部的10N的力对压电陶瓷2位移的损失是0.04μm，这基本上可以忽略不计。
为了进一步减小驱动器的整体体积，压电陶瓷2设置在运动模块内，且至少部分压电陶瓷2伸入至惯性模块内设置。使得运动模块和惯性模块将压电陶瓷2包裹，可以使得驱动器的整体体积尽可能的减小。
运动模块包括柔性件3及套设在至少部分柔性件3外侧的固定件5，固定件5用以将柔性件3远离惯性模块的一侧与滑动件压紧。因此，固定件5套设在柔性件3上。其中，固定件5为摩擦螺母。该柔性件3远离惯性模块的一端呈开口状，与滑动轴1并不贴合，故而需要通过固定件5增加滑动轴1与柔性件3接触处的摩擦力。
具体的，柔性件3具有第一斜面32，固定件5上设置有与第一斜面32相适配的第二斜面51；第一斜面32与第二斜面51对接后过盈配合，以使得对接体朝向轴体压紧。
同时，为了方便柔性件3与固定件5之间的安装，柔性件3与固定件5之间螺纹连接，螺纹为细牙螺纹。细牙螺纹可以防止柔性件3和固定件5在运动过程中松动造成摩擦力减小的情况的发生，进一步保证柔性件3与滑动轴1之间的摩擦力。
该柔性件3由弹性材料制成，具有响应快、没有回程间隙、结构紧凑及精度高等优点。因此，柔性件3与压电陶瓷2的连接并不是刚性连接。在驱动过程中，会施加给压电陶瓷2一个连续的周期信号，故压电陶瓷2给柔性件3的载荷也是周期性的振动载荷。在柔性件3共振状态时，柔性件3的最大变形会大于压电陶瓷2的最大变形，从而导致压电陶瓷2失去预紧力，不利于压电陶瓷2的连续工作，并且会降低压电陶瓷2的使用寿命。因此，在施 加驱动频率时，该驱动频率应该低于柔性件3的谐振频率。
柔性件3具有容置腔，且压电陶瓷2设置在该容置腔内，以减小驱动器的整体体积。其中，柔性件3具有与压电陶瓷2连接的连接部31，该连接部31呈镂空状。这样设置的目的在于：减小柔性件3变形处的刚度，以使得压电陶瓷2在通电后产生变形时，最大限度的将压电陶瓷2的变形传递，以在驱动过程中提高速度和运动性能。
惯性模块包括传动件6及至少部分伸入至传动件6内设置的预紧件4，传动件6与柔性件3连接。在本实施例中，为了进一步保证驱动器整体的体积较小，并且简化生产制造工艺，传动件6与柔性件3一体成型设置。即传动件6的材料也为弹性材料制成，同样具有响应快、没有回程间隙、结构紧凑及精度高等优点。
呈上述，传动件6与柔性件3一体成型设置，故传动件6和柔性件3实际组成了柔性铰链。
预紧件4伸入至传动件6内的部分与传动件6之间螺纹连接，以通过螺纹连接以向压电陶瓷2施加预紧力，方便快捷。同时，预紧件4具有抵持壁41，该抵持壁41与传动件6的端部抵持，进一步向压电陶瓷2施加预紧力。
该传动件6为尾座。具体的，传动件6具有空腔42，至少部分压电陶瓷2设置在空腔42内。压电陶瓷2可以与空腔42卡合、过盈配合或间隙配合皆可，在此不做具体限定，根据实际情况而定。为了保证驱动器整体的体积较小，压电陶瓷2与空腔42卡合或过盈配合皆可。传动件6上设置有用以套设在滑动轴1上的第一通孔43及至少一个设置在第一通孔43一侧的第二通孔44，第二通孔44被配置为使得压电陶瓷2的导线穿过以与外部器件连接。在本实施例中，第二通孔44设置有两个，两个第二通孔44分别设置在第一通孔43的两侧。
通过上述方式的设置，本申请的压电线性微型驱动器直径可小于等于8mm。
综上所述：通过将压电陶瓷2、运动模块和惯性模块套设在滑动件上，以减小压电线性微型驱动器的整体体积，保证整体体积的紧凑性；同时，压电陶瓷2设置在运动模块内，且至少部分压电陶瓷2伸入至惯性模块设置， 进一步减小压电线性微型驱动器的体积。
请结合图6，根据本申请的压电线性微型驱动器的各部分的运动状态，运动模块和惯性模块的驱动以压电陶瓷22为介质，以箭头a的指向为右，其驱动原理具体如下：
初始阶段：在未向压电线性微型驱动器施加驱动信号时，压电陶瓷2保持原长，运动模块和惯性模块保持在初始位置；
粘滞阶段①→②：当向压电线性微型驱动器施加驱动信号、且驱动限号缓慢上升时，压电陶瓷2缓慢伸长A
p，带动惯性模块缓慢向右运动。由于此时产生的惯性冲击力较小，不足以克服运动模块和滑动轴1的摩擦力，因此，运动模块仍保持在初始位置，被称为“粘”运动；
滑动阶段②→③：当驱动信号快速下降时，压电陶瓷2快速恢复原长，带动惯性模块快速向左运动。此时，由于产生较大的惯性冲击力，使得运动模块克服摩擦力而向右运动，被称为“滑”运动。
一个周期的运动完成，最终产生向右的单步位移S
step。
上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。
Claims (9)
- 一种压电线性微型驱动器，其特征在于，包括滑动件、套设在所述滑动件上且可沿着所述滑动件滑动的运动模块、惯性模块及压电陶瓷，所述压电陶瓷用以连接所述运动模块和所述惯性模块；其中，所述压电陶瓷设置在所述运动模块内，且至少部分所述压电陶瓷伸入至所述惯性模块内设置。
- 如权利要求1所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述运动模块包括：柔性件，具有容置腔，所述压电陶瓷设置在所述容置腔内；以及固定件，套设在至少部分所述柔性件的外侧，用以将所述柔性件远离所述惯性模块的一侧与所述滑动件压紧。
- 如权利要求2所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述柔性件具有第一斜面，所述固定件上设置有与所述第一斜面相适配的第二斜面；所述第一斜面与所述第二斜面对接后过盈配合，以使得所述柔性件朝向所述滑动件压紧。
- 如权利要求2所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述柔性件与所述固定件之间螺纹连接，所述螺纹为细牙螺纹。
- 如权利要求2所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述柔性件具有与所述压电陶瓷连接的连接部，所述连接部呈镂空状。
- 如权利要求2所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述惯性模块包括：传动件，与所述柔性件连接；以及预紧件，至少部分伸入至所述传动件内，所述压电陶瓷的一端伸入至所述预紧件内以与所述预紧件连接，所述预紧件被配置为向所述压电陶瓷施加预紧力。
- 如权利要求6所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述传动件与所述柔性件一体成型设置。
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- 如权利要求6所述的压电线性微型驱动器，其特征在于，所述预紧件上设置有用以套设在所述滑动件上的第一通孔及至少一个设置在所述第一通孔一侧的第二通孔，所述第二通孔被配置为使得所述压电陶瓷的导线穿过以与外部器件连接。
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