圆管螺纹型压电驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种圆管螺纹型压电驱动器，属于压电驱动器、压电电机、压电应用技术领域，所述圆管螺纹型压电驱动器包括定子和动子，所述动子为螺柱，所述定子为圆管型压电陶瓷，其中：所述圆管型压电陶瓷的外表面和内表面分别具有正电极和负电极，所述圆管型压电陶瓷的正电极沿轴向方向分为两部分，一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第一至第四分区，另一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第五至第八分区，所述第一至第四分区与所述第五至第八分区位置一一对应。与现有技术相比，本发明专利技术具有驱动功率大、工作性能稳定、装配误差小、设计简便和利于小型化的特点。

Round tube thread type piezoelectric actuator

The invention discloses a pipe thread type piezoelectric actuator, which belongs to the piezoelectric actuator, piezoelectric motor, piezoelectric technology application, the circular pipe thread type piezoelectric actuator includes a stator and a rotor, wherein the rotor is stud, the stator tube type piezoelectric ceramics, which: the outer surface of the tube type piezoelectric ceramics and the inner surface are respectively provided with a positive electrode and a negative electrode, the positive electrode of the piezoelectric ceramic tube along the axial direction is divided into two parts, one part of Zhou Xiangjun along the tube type piezoelectric ceramics are the first to the fourth division, the other part along the tube type piezoelectric ceramic circumference divided into fifth to eighth partitions, the first to the fourth division and the Fifth Division corresponds to eighth. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of large driving power, stable working performance, small assembly error, simple design and small size.

【技术实现步骤摘要】
圆管螺纹型压电驱动器
本专利技术涉及压电驱动器、压电电机、压电应用
，特别是指一种圆管螺纹型压电驱动器。
技术介绍
压电驱动器是利用压电材料的逆压电效应，激发弹性体产生超声频段的微幅振动，迫使接触面的质点产生类似椭圆轨迹运动，并通过定、动子之间的摩擦将其转换成动子的旋转或直线运动。压电驱动器具有结构形式多样、位置精度高、惯性小、低噪声运行、响应快、断电自锁、不产生磁场亦不受电磁干扰等优点。由于具有以上诸多优点，压电驱动器在工业自动化、航空航天、医疗、生物工程等领域得到了大量的应用，并发挥了巨大的作用。和其他的种类的压电驱动器相比，螺纹型直线压电驱动器是一种使用压电陶瓷弯曲变形和螺纹摩擦驱动相结合的方式产生直线位移的一种压电驱动器。由于其结构的特殊性，它具有自己的一些特点：①通过多组螺纹之间的摩擦力驱动；②直线速度低；③可达到亚微米级的步进运动；④精确的断电自锁性能；⑤便于实现小型化。螺纹型压电驱动器的定子和动子之间的驱动表面是螺纹面，可以直接将动子的旋转运动转化为直线运动，且将传统螺纹传动中需要克服的沿螺纹线的摩擦力变为驱动力，具有力放大作用，并提高了系统的效率。现有技术的技术方案美国NewScale公司在2005年提出一种基于压电陶瓷和螺纹驱动技术的直线型驱动器。如图1所示，该驱动器由基体14、压电陶瓷片18/20/22/24、螺母16、螺杆12等主要部件组成，四片压电陶瓷片粘接在其基体上加工出来的四个平面上，螺母粘接在基体上，螺杆与螺母相互配合。该驱动器的工作原理，如图2所示，分别给压电陶瓷片加电，会使得压电陶瓷与基体组成的整体产生一阶弯曲振动，该一阶弯曲振动会带动着螺母进行类似“呼啦圈”式的微幅摆动，该微幅摆动通过螺母和螺杆的螺纹之间的相互摩擦力驱动螺杆在螺母中旋转，从而将螺杆旋转的圆周运动转换为螺杆的直线运动，该直线运动会推动需要产生直线运动的机构进行直线运动。现有技术的缺点：1.现有技术中使用振子的一阶弯曲振动，一阶弯曲振动的共振频率较低，这直接导致一阶弯曲振动的输出功率小(功率正比于频率的平方和振幅)，最终的结果导致驱动器的输出功率较小，缩小了驱动器的应用范围；2.一阶弯曲振动的振动节线位置难以确定，该类驱动器在使用时需要固定夹持，而不影响其工作的夹持位置是振动的节线位置。该结构中一阶弯曲振动的节线位置受到加工精度、装配精度、电信号精度等的影响较大，在实际应用时往往节线位置并不是设计的时候的节线位置，这直接导致驱动器的效率降低，严重时驱动器将无法工作，工作性能不稳定；3.现有技术中的螺纹型压电驱动器在进行设计时，往往需要使用有限元的方法进行计算，验证设计的合理性，优化设计的尺寸。在进行有限元计算仿真时，由于结构因素，需要忽略掉如胶层、内应力、粘接均匀性等问题，导致分析结果与实际相差较大，增大了驱动器的装配误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种驱动功率大、工作性能稳定、装配误差小、设计简便和利于小型化的圆管螺纹型压电驱动器。为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：一种圆管螺纹型压电驱动器，包括定子和动子，所述定子的端部设置有螺母，所述动子为螺柱，所述螺柱穿设在所述定子中间并与所述螺母形成螺纹副连接，所述定子为圆管型压电陶瓷，其中：所述圆管型压电陶瓷的外表面和内表面分别具有正电极和负电极，所述圆管型压电陶瓷的正电极沿轴向方向分为两部分，一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第一至第四分区，另一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第五至第八分区，所述第一至第四分区与所述第五至第八分区位置一一对应。进一步的，所述圆管型压电陶瓷的各分区的极化方向相同或者任意相邻两个分区的极化方向相反。进一步的，所述第一分区和第七分区的正电极接入U＝Acos(wt)电压信号，所述第三分区和第五分区的正电极接入U＝-Acos(wt)电压信号，所述第二分区和第八分区的正电极接入U＝-Asin(wt)电压信号，所述第四分区和第六分区的正电极接入U＝Asin(wt)电压信号。进一步的，所述圆管型压电陶瓷为单层圆管型压电陶瓷或者多层圆管型压电陶瓷。进一步的，所述圆管型压电陶瓷采用一体化成形的工艺加工制成。进一步的，所述螺母和螺柱的螺纹牙型为三角形螺纹、梯形螺纹、矩形螺纹、圆弧螺纹。进一步的，所述圆管型压电陶瓷的两端均设置有一个螺母。进一步的，所述螺母通过环氧树脂胶粘接在所述圆管型压电陶瓷的端部。进一步的，所述螺母为凸字型。进一步的，所述螺柱的两端设置有半球形的触头。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中，提出一种采用两个正交的二阶弯振模态进行耦合的圆管螺纹型压电驱动器，与现有技术中采用两个正交的一阶弯振模态进行耦合的驱动器相比，驱动器的定子在单位时间内的振动频率提高，从而提高了驱动器的驱动功率；并且，本专利技术采用八分区径向极化的圆管型压电陶瓷对驱动器进行驱动，使圆管型压电陶瓷的节线位置在圆管型压电陶瓷轴向的中部，这样，节线位置不受装配精度的影响，在实际应用时，对驱动器的装夹非常方便易行，不容易对驱动器的振动产生影响，使得驱动器的工作性能稳定；同时，本专利技术中定子为圆管型压电陶瓷，结构设计简单，由于圆管型压电陶瓷的结构特点，需要忽略的因素较少，分析的结果和实际情况一致性会比较好，减小了装配误差。另外，本专利技术的驱动器由于不涉及模态简并问题，在理论上很容易实现驱动器的进一步小型化。综上，与现有技术相比，本专利技术具有驱动功率大、工作性能稳定、装配误差小、设计简便和利于小型化的特点。附图说明图1为现有技术中的螺纹驱动器的结构示意图；图2为现有技术中的螺纹驱动器的工作原理示意图；图3为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器的立体图；图4为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器的截面视图；图5为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器的加电方式；图6为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器的加电方式中对应的电信号曲线；图7为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器沿52向视图的变形示意图；图8为本专利技术的圆管螺纹型压电驱动器沿51向视图的变形示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种圆管螺纹型压电驱动器，如图3所示，包括定子和动子，定子的端部设置有螺母2，动子为螺柱3，螺柱3穿设在定子中间并与螺母2形成螺纹副连接，定子为圆管型压电陶瓷1，其中：圆管型压电陶瓷1的外表面和内表面分别具有正电极和负电极，圆管型压电陶瓷1的正电极沿轴向方向分为两部分，一部分沿圆管型压电陶瓷1的周向均分有第一至第四分区，另一部分沿圆管型压电陶瓷1的周向均分有第五至第八分区，第一至第四分区与第五至第八分区位置一一对应。本专利技术中，提出一种采用两个正交的二阶弯振模态进行耦合的圆管螺纹型压电驱动器，与现有技术中采用两个正交的一阶弯振模态进行耦合的驱动器相比，驱动器的定子在单位时间内的振动频率提高，从而提高了驱动器的驱动功率；并且，本专利技术采用八分区径向极化的圆管型压电陶瓷1对驱动器进行驱动，使圆管型压电陶瓷1的节线位置在圆管型压电陶瓷1轴向的中部，这样，节线位置不受装配精度的影响，在实际应用时，对驱动器的装夹非常方便易行，不容易对驱动器的振动产生影响，使得驱动器的工作性能稳定；同时，本专利技术中定子为圆管型压电陶瓷1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆管螺纹型压电驱动器，包括定子和动子，所述定子的端部设置有螺母，所述动子为螺柱，所述螺柱穿设在所述定子中间并与所述螺母形成螺纹副连接，其特征在于，所述定子为圆管型压电陶瓷，其中：所述圆管型压电陶瓷的外表面和内表面分别具有正电极和负电极，所述圆管型压电陶瓷的正电极沿轴向方向分为两部分，一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第一至第四分区，另一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第五至第八分区，所述第一至第四分区与所述第五至第八分区位置一一对应。

【技术特征摘要】
1.一种圆管螺纹型压电驱动器，包括定子和动子，所述定子的端部设置有螺母，所述动子为螺柱，所述螺柱穿设在所述定子中间并与所述螺母形成螺纹副连接，其特征在于，所述定子为圆管型压电陶瓷，其中：所述圆管型压电陶瓷的外表面和内表面分别具有正电极和负电极，所述圆管型压电陶瓷的正电极沿轴向方向分为两部分，一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第一至第四分区，另一部分沿所述圆管型压电陶瓷的周向均分有第五至第八分区，所述第一至第四分区与所述第五至第八分区位置一一对应。2.根据权利要求1所述的圆管螺纹型压电驱动器，其特征在于，所述圆管型压电陶瓷的各分区的极化方向相同或者任意相邻两个分区的极化方向相反。3.根据权利要求1所述的圆管螺纹型压电驱动器，其特征在于，所述第一分区和第七分区的正电极接入U＝Acos(wt)电压信号，所述第三分区和第五分区的正电极接入U＝-Acos(wt)电压信号，所述第二分区和第八分区的正电极接入U＝-Asin(w...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵艳强，范杨雷，
申请(专利权)人：北京派和智能装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11