一种多层式旋转型压电精密驱动器制造技术

本发明专利技术提出了一种多层式旋转型压电精密驱动器，包括n层基体、薄壁梁和压电陶瓷片，其中n为大于1的整数，最内层基体的形状为环形或圆形，其余n‑1层基体的形状为环形，相邻两层基体之间设置有m个薄壁梁，其中m为大于1的整数，n层基体通过薄壁梁连接，压电陶瓷片设置于薄壁梁的两侧面上，所述侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，压电陶瓷片沿其厚度方向极化。本发明专利技术借鉴多层式压电堆叠驱动器的技术思想，采用多层环形基体的设计结构，通过多层结构设置将各层基体由薄壁梁和压电陶瓷片激发产生的微小角度旋转变形叠加实现大角度旋转位移输出。

A multi-layer rotary piezoelectric precision actuator

The invention provides a multi-layer rotary piezoelectric precision driver, which includes a n layer matrix, a thin-walled beam and a piezoelectric ceramic piece, in which the n is an integer greater than 1, the shape of the inner layer is circular or circular, the rest of the other n 1 layers of matrix is circular, and the adjacent two layers are set with m thin-walled beams, of which m is greater than 1. The N layer is connected by a thin-walled beam, and the piezoelectric ceramic sheet is set on the two sides of the thin-walled beam. The side is perpendicular to the circular or circular cross section of the matrix 1, and the piezoelectric ceramic plates are polarized along the thickness direction. The invention uses the technical idea of multi-layer piezoelectric stack driver and uses a design structure of multilayer circular matrix. Through multi-layer structure setting, the micro angle rotation deformation produced by thin wall beams and piezoelectric ceramic sheets is superimposed to realize the output of large angle rotation displacement.

【技术实现步骤摘要】
一种多层式旋转型压电精密驱动器
本专利技术属于微纳驱动
，特别是涉及一种多层式旋转型压电精密驱动器。
技术介绍
压电驱动器是一种利用压电陶瓷材料的逆压电效应将输入电能转换为输出机械能的新型微驱动器，由于该类驱动器具有结构简单、易于实现微型化、无电磁干扰且不受电磁干扰、毫秒级快速响应等技术优势近年来受到国内外研究学者的广泛关注，已被成功应用于精密加工、机器人关节、航空航天、数码电子产品以及生物医疗器械等领域。随着材料科学以及加工制造技术的飞速发展，各类性能优异的压电驱动器层出不穷，其中以多层式压电堆叠驱动器的研究与应用最为普遍。多层式压电堆叠驱动器主要是由多层d33工作模式的压电陶瓷片和电极片叠加形成，电极片被交替的连接到驱动器两端的外电极上，这样多层压电陶瓷片组成了多个微位移输出单元，当施加电信号激励时，该多层式压电堆叠驱动器的输出位移为各层压电陶瓷片的输出微位移之和，具有位移变形大、输出力大等特点，广泛应用于超精密加工、微位移平台以及机器人技术等领域。当前多层式压电堆叠驱动器一般仅能实现直线式位移输出，即当施加电信号激励时，该多层式压电堆叠驱动器整体将会产生沿压电陶瓷片厚度方向的伸缩变形。而对于能够产生旋转位移输出的多层旋转式压电陶瓷驱动器，目前还没有研究机构和公司对其进行设计与研发，而旋转运动又是极为常见的一种运动输出形式，存在广泛的实际应用需求。因此，设计一种能够实现大角度旋转位移输出的多层式压电精密驱动器，已成为当前微纳驱动
亟待解决的关键问题之一，将会对拓展压电驱动器的应用范围和促进压电驱动技术的发展产生深远的影响。
技术实现思路
为了丰富当前压电驱动器的种类，拓展压电驱动技术的应用范围，本专利技术借鉴已有实现直线位移输出的多层式压电堆叠驱动器的设计思想，提出了一种多层式旋转型压电精密驱动器。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种多层式旋转型压电精密驱动器，包括n层基体1、薄壁梁2和压电陶瓷片3，其中n为大于1的整数；最内层基体1的形状为环形或圆形，其余n-1层基体1的形状为环形，相邻两层基体1之间设置有m个薄壁梁2，其中m为大于1的整数，所述n层基体1通过薄壁梁2连接；所述压电陶瓷片3设置于薄壁梁2的两侧面上，所述侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，所述压电陶瓷片3沿其厚度方向极化。进一步地，所述n层基体1同圆心布置。进一步地，所述最内层基体1或最外层基体1上设置有固定孔1-1。进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿圆周均匀分布。进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2的设置方向指向基体1圆心。进一步地，所述薄壁梁2两侧面上的压电陶瓷片3的极化方向相同。进一步地，所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2受压电陶瓷片3激发产生相同方向的弯曲变形。进一步地，所述n层基体1和相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2由一体件加工。进一步地，n为3，m为4。本专利技术的有益效果：通过借鉴目前应用最为广泛的多层式压电堆叠驱动器叠加多层压电陶瓷片厚度方向微小位移实现大变形输出的技术思想，本专利技术采用多层环形基体设计结构，将各层基体由薄壁梁和压电陶瓷片激发产生的微小角度旋转变形叠加通过最内层或最外层基体实现大角度旋转位移输出，提出一种多层式旋转型压电精密驱动器。本专利技术通过改变基体的设置层数，可实现不同角度的旋转位移输出需求；通过改变相邻两层基体之间薄壁梁的设置个数，可满足不同负载大小的输出需求；本专利技术可根据实际应用环境的空间尺寸要求，选择最内层或最外层基体实现旋转位移输出；此外，本专利技术采用厚度方向尺寸远小于直径方向尺寸的盘形设计结构，易于实现微型化设计。本专利技术具有易于微型化、旋转角度与输出力矩可调等特点，在微动平台、机器人关节等领域具有较好的应用前景。附图说明图1为本专利技术提出的一种最外层基体上设置有固定孔的多层式旋转型压电精密驱动器的结构示意图；图2为本专利技术提出的一种最内层基体上设置有固定孔的多层式旋转型压电精密驱动器的结构示意图；图3为图1和图2中压电陶瓷片的极化示意图，图中箭头方向表示压电陶瓷片的极化方向；图4为图1的旋转变形示意图，其中图(a)为顺时针旋转变形示意图，图(b)为逆时针旋转变形示意图，图中箭头表示运动方向；图5为图2的旋转变形示意图，其中图(a)为顺时针旋转变形示意图，图(b)为逆时针旋转变形示意图，图中箭头表示运动方向。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。具体实施方式一：下面结合说明书附图1、图3和图4对本实施方式作进一步详细的说明。本实施方式提供了一种最外层基体1上设置有固定孔1-1的多层式旋转型压电精密驱动器的具体实施方案，包括n层基体1、薄壁梁2和压电陶瓷片3，其中n为大于1的整数(本实施方式中n具体为3)。本实施方式中最内层基体1的形状为圆形，其余n-1层基体1的形状为环形，所述n层基体1同圆心设置；本实施方式中最外层基体1上设置有固定孔1-1(如说明书附图1所示)，用于实现本专利技术的固定安装，最内层基体1用于实现本专利技术旋转位移输出。相邻两层基体1之间设置有m个薄壁梁2，其中m为大于1的整数(本实施方式中m具体为4)，所述n层基体1通过相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2连接形成一个整体；所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿圆周均匀布置，本实施方式中相邻两层基体1之间的4个薄壁梁2沿圆周相互间隔90度布置。相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2的设置方向均指向基体1的圆心，即相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2沿基体1的半径方向布置；所述n层基体1和相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2由一体件加工而成。所述压电陶瓷片3设置于薄壁梁2的两侧面上，该侧面与基体1的环形或圆形横截面垂直，压电陶瓷片3沿其厚度方向极化(如说明书附图3所示，其中箭头方向表示压电陶瓷片3的极化方向)，本实施方式中位于薄壁梁2两侧面上的压电陶瓷片3的极化方向相同，当施加电信号激励时，薄壁梁2侧面上的两片压电陶瓷片3分别产生伸长变形和收缩变形，致使薄壁梁2与其侧面上的压电陶瓷片3整体产生弯曲变形，进而带动与其相连接的内层基体1产生旋转位移；所述相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2受压电陶瓷片3激发产生的弯曲变形方向相同，即相邻两层基体1之间的m个薄壁梁2发生弯曲变形后带动与其连接的内层基体1沿同一方向旋转(如说明书附图4所示，图中箭头表示运动方向，且图中顺时针和逆时针运动方向可通过调整施加于压电陶瓷片上的激励电信号进行改变)；本实施方式中最外层基体1用于实现本专利技术的固定安装，其余n-1层基体1由薄壁梁2弯曲变形带动产生的旋转位移方向相同，因此各层基体1产生的微小旋转位移经过多层基体1叠加通过最内层基体1实现大角度旋转位移输出。具体实施方式二：下面结合说明书附图2、图3和图5对本实施方式作进一步详细的说明。本实施方式提供了一种最内层基体1上设置有固定孔1-1的多层式旋转型压电精密驱动器的具体实施方案，本实施方式中的结构组成及具体连接方式均与具体实施方式一相同，不同之处在于本实施方式中最内层基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：包括n层基体(1)、薄壁梁(2)和压电陶瓷片(3)，其中n为大于1的整数；最内层基体(1)的形状为环形或圆形，其余n‑1层基体(1)的形状为环形，相邻两层基体(1)之间设置有m个薄壁梁(2)，其中m为大于1的整数，所述n层基体(1)通过薄壁梁(2)连接；所述压电陶瓷片(3)设置于薄壁梁(2)的两侧面上，所述侧面与基体(1)的环形或圆形横截面垂直，所述压电陶瓷片(3)沿其厚度方向极化。

【技术特征摘要】
1.一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：包括n层基体(1)、薄壁梁(2)和压电陶瓷片(3)，其中n为大于1的整数；最内层基体(1)的形状为环形或圆形，其余n-1层基体(1)的形状为环形，相邻两层基体(1)之间设置有m个薄壁梁(2)，其中m为大于1的整数，所述n层基体(1)通过薄壁梁(2)连接；所述压电陶瓷片(3)设置于薄壁梁(2)的两侧面上，所述侧面与基体(1)的环形或圆形横截面垂直，所述压电陶瓷片(3)沿其厚度方向极化。2.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述n层基体(1)同圆心布置。3.根据权利要求1或2所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，其特征在于：所述最内层基体(1)或最外层基体(1)上设置有固定孔(1-1)。4.根据权利要求1所述的一种多层式旋转型压电精密驱动器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英想，王良，刘军考，陈维山，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23