定子内置型多自由度压电驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种定子内置型多自由度压电驱动器，包括球转子、三个结构相同的定子机构、输出轴、预紧机构、滚转机构、外壳和底座。三个结构相同的定子机构设置在球转子内，环绕球转子两两相差120°对称分布，预紧机构同时为三个定子机构提供预紧力，使三个定子和转子之间的预紧力均匀一致。同时给3个压电陶瓷片提供一定频率的交流信号时，就会在定子弹性体表面齿端形成行波，在预紧力的作用下，定转子紧密接触，通过定、转子之间的摩擦作用，带动球转子转动，并通过输出轴输出转速和力矩。本发明专利技术的定子内置型多自由度压电驱动器结构简单紧凑，空间利用率高，不受电磁干扰，能够在多个自由度上运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电驱动
，特别是一种定子内置型多自由度压电驱动器。
技术介绍
压电驱动器是20世纪80年代开始发展起来的一种新型微驱动器，与传统的电磁驱动器相比，具有结构紧凑、输出力矩大、响应速度快、工作噪声小、不受电磁干扰等优点。在一些较为复杂的机电系统中，需要在多个方向进行驱动，相对于使用多个单自由度压电驱动器，使用多自由度压电驱动器可以使机构更加紧凑。多自由度压电驱动器在工业摄像头、航空航天、机器人关节、医疗器械等领域都有良好的应用前景。球形多自由度压电驱动器是目前发展前景较好的一种多自由度压电驱动器，现有的球形多自由度压电驱动器的3个环形定子环绕球转子外表面两两相差120°均匀分布，每个环形定子都有单独的预紧力机构和支撑机构，使得整个驱动器结构尺寸偏大；球转子为空心球转子，内部没有设置任何机构，空间利用率低；定子机构轴线和水平面之间存在夹角，在预紧力的作用下环形定子表面质点上的压力分布不均，接触状况复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种定子内置型多自由度压电驱动器。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种定子内置型多自由度压电驱动器，其特征在于，包括球转子、三个结构相同的定子机构、输出轴、预紧机构、滚转机构、外壳和底座；所述外壳和底座相固连，预紧机构设置在外壳内，预紧机构下端与底座内圈固连，预紧机构上端设置三个结构相同的定子机构，三个结构相同的定子机构在预紧机构上两两相差120°环形分布，定子机构轴线和外壳轴线之间存在夹角，球转子设置在三个定子机构上且能够相对于三个定子机构转动，球转子的内壁与三个定子机构相紧靠，输出轴设置在球转子上端且与球转子固连；所述滚转机构位于外壳和球转子之间，用于抵消预紧机构作用在定转子之间的预紧力在外壳轴线上的分力。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：1）本专利技术的定子内置型多自由度
压电驱动器结构紧凑、空间利用率高；2）本专利技术的定子内置型多自由度压电驱动器定转子之间接触状况良好，便于建立数学模型以预测输出性能；3）三个定子和转子之间的预紧力由同一个预紧机构提供，使得定转子之间的预紧力均匀一致；4）本专利技术的定子内置型多自由度压电驱动器不产生磁场，也不受电磁干扰，适用于需要不受电磁干扰的场合。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的定子内置型多自由度压电驱动器局部剖视图。图2为本专利技术的预紧机构局部剖视图。图3为本专利技术的定子机构机构剖视图。图4为本专利技术中预紧力传递示意图。图5为本专利技术的滚转机构结构图。图6为本专利技术中定子的面外弯曲模态图。图7为本专利技术中定子驱动球转子示意图。图中标号所代表的含义为：1.输出轴，2.滚转机构，3.球转子，4.三个结构相同的定子机构，5.外壳，5-a.球形槽,6.预紧机构，7.底座，8.三个相同的连杆，9.工字型空心圆板，10.推杆，11.调整螺母，12.球转子上壳，13.球转子下壳，14.支撑板，15.压板，16.碟形弹簧，17.定子导向轴，18.定子弹性体，19.压电陶瓷片，20.滚珠，21,夹持环。具体实施方式结合附图，本专利技术的一种定子内置型多自由度压电驱动器，包括球转子3、三个结构相同的定子机构4、输出轴1、预紧机构6、滚转机构2、外壳5和底座7；所述外壳5和底座7相固连，预紧机构6设置在外壳5内，预紧机构6下端与底座7内圈固连，预紧机构6上端设置三个结构相同的定子机构4，三个结构相同的定子机构4在预紧机构6上两两相差120°环形分布，定子机构4轴线和外壳5轴线之间存在夹角，球转子3设置在三个定子机构4上且能够相对于三个定子机构4转动，球转子3的内壁与三个定子机构4相紧靠，输出轴1设置在球转子3上端且与球转子3固连；所述滚转机构2位于外壳5和球转子3之间，用于抵消预紧机构6作用在定转子之间的预紧力在外壳5轴线上的分力。所述的预紧机构6包括工字型空心圆板9、调整螺母11、推杆10和三个相同的连杆8，所述工字型空心圆板9下端与底座7内圈固连，调整螺母11设置在工字型空心圆板9内且与工字型空心圆板9螺纹连接，推杆10也设置在工字型空心圆板9内，推杆10位于调整螺母11上方，推杆10与工字型空心圆板9之间为间隙配合，三个相同的连杆8设置在推杆10上，三个相同的连杆8在推杆10上两两相差120°环形分布，连杆8和推杆10之间通过销连接，连杆8可相对于推杆10转动。所述每个定子机构4均包括定子弹性体18、压电陶瓷片19、定子导向轴17、碟形弹簧16、压板15、支撑板14，所述支撑板14固定在工字型空心圆板9上端，压板15设置在支撑板14上且与支撑板14之间为间隙配合，定子导向轴17也设置在支撑板14上且位于压板15前方，定子导向轴17与支撑板14之间也为间隙配合，定子导向轴17和压板15之间设置一对碟形弹簧16，定子导向轴17前端设置定子弹性体18且与定子弹性体18内圈固连，压电陶瓷片19设置在定子弹性体18外圈的背面，定子弹性体18的前端为齿端，该齿端与球转子3的内壁相接触。所述的球转子3包括球转子上壳12和球转子下壳13，用于将三个定子机构4和预紧机构6放置在球转子3内，球转子上壳12和球转子下壳13相固连。定子机构4轴线和外壳5轴线之间的夹角为72°。压板15上设置有两个U型块，每个U型块上开有供销轴穿过的孔，压板15通过销轴与推杆8相连，压板15可相对于推杆8转动。所述滚转机构2包括滚珠20和夹持环21，外壳5的内壁开有球面环形槽5-a，夹持环21与外壳5固连，夹持环21上开有若干球型槽，每个球形槽上放置一个滚珠20，滚珠20位于外壳5的球面环形槽5-a和夹持环21之间，滚珠20可沿球面环形槽5-a滚动，滚珠20与球面环形槽5-a之间为线接触，与夹持环21之间为面接触，滚珠20还与球转子3相接触。下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述。实施例结合图1，本专利技术的一种定子内置型多自由度压电驱动器，包括球转子3、三个结构相同的定子机构4、输出轴1、预紧机构6、滚转机构2、外壳5和底座
7；外壳5和底座7通过四个螺栓固连，预紧机构6设置在外壳5内，预紧机构6下端与底座7内圈通过螺纹固连，三个结构相同的定子机构4设置在预紧机构6上，并环绕预紧机构6两两相差120°对称分布，通过六个沉头螺钉与预紧机构6固连，定子机构4轴线和外壳5轴线之间夹角为72°；球转子3设置在三个定子机构4上且能够相对于三个定子机构4转动，在预紧机构6的作用下，定子机构4和球转子3的内壁紧密接触，输出轴1设置在球转子3上端且与球转子3通过螺纹固连；滚转机构2位于外壳5和球转子3之间，滚转机构2与外壳5之间为线接触，与球转子3之间为点接触。如图2所示，预紧机构6包括工字型空心圆板9、调整螺母11、推杆10和三个相同的连杆8，工字型空心圆板9的下端与底座7内圈通过螺纹连接，调整螺母11设置在工字型空心圆板9下方且与工字型空心圆板9螺纹连接，推杆设置在工字型空心圆板9内且位于调整螺母11上方，推杆10与工字型空心圆板9之间为间隙配合，三个相同的连杆8设置在推杆10上方，三个相同的连杆8在推杆10上两两相差120°环形分布，连杆8和推杆10之间通过销连接，连杆8可相对于推杆10转动，预紧机构6的作用是为整个定子内置型多自由度压电驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定子内置型多自由度压电驱动器，其特征在于，包括球转子[3]、三个结构相同的定子机构[4]、输出轴[1]、预紧机构[6]、滚转机构[2]、外壳[5]和底座[7]；所述外壳[5]和底座[7]相固连，预紧机构[6]设置在外壳[5]内，预紧机构[6]下端与底座[7]内圈固连，预紧机构[6]上端设置三个结构相同的定子机构[4]，三个结构相同的定子机构[4]在预紧机构[6]上两两相差120°环形分布，定子机构[4]轴线和外壳[5]轴线之间存在夹角，球转子[3]设置在三个定子机构[4]上且能够相对于三个定子机构[4]转动，球转子[3]的内壁与三个定子机构[4]相紧靠，输出轴[1]设置在球转子[3]上端且与球转子[3]固连；所述滚转机构[2]位于外壳[5]和球转子[3]之间，用于抵消预紧机构[6]作用在定转子之间的预紧力在外壳[5]轴线上的分力。

【技术特征摘要】
1.一种定子内置型多自由度压电驱动器，其特征在于，包括球转子[3]、三个结构相同的定子机构[4]、输出轴[1]、预紧机构[6]、滚转机构[2]、外壳[5]和底座[7]；所述外壳[5]和底座[7]相固连，预紧机构[6]设置在外壳[5]内，预紧机构[6]下端与底座[7]内圈固连，预紧机构[6]上端设置三个结构相同的定子机构[4]，三个结构相同的定子机构[4]在预紧机构[6]上两两相差120°环形分布，定子机构[4]轴线和外壳[5]轴线之间存在夹角，球转子[3]设置在三个定子机构[4]上且能够相对于三个定子机构[4]转动，球转子[3]的内壁与三个定子机构[4]相紧靠，输出轴[1]设置在球转子[3]上端且与球转子[3]固连；所述滚转机构[2]位于外壳[5]和球转子[3]之间，用于抵消预紧机构[6]作用在定转子之间的预紧力在外壳[5]轴线上的分力。2.根据权利要求1所述的定子内置型多自由度压电驱动器，其特征在于，所述的预紧机构[6]包括工字型空心圆板[9]、调整螺母[11]、推杆[10]和三个相同的连杆[8]，所述工字型空心圆板[9]下端与底座[7]内圈固连，调整螺母[11]设置在工字型空心圆板[9]内且与工字型空心圆板[9]螺纹连接，推杆[10]也设置在工字型空心圆板[9]内，推杆[10]位于调整螺母[11]上方，推杆[10]与工字型空心圆板[9]之间为间隙配合，三个相同的连杆[8]设置在推杆[10]上，三个相同的连杆[8]在推杆[10]上两两相差120°环形分布，连杆[8]和推杆[10]之间通过销连接，连杆[8]可相对于推杆[10]转动。3.根据权利要求1所述的定子内置型多自由度压电驱动器，其特征在于，所述每个定子机构[4]均包括定子弹性体[18]、压电陶瓷片[19]、定子导向轴[17]、碟形弹簧[16]、压板[15]、支撑板[14...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炅，杨建春，孙栋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32