双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器制造技术

一种双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，属于压电驱动技术领域。本发明专利技术针对现有非谐振式压电驱动器结构复杂并且重量大的问题。它的螺栓由端块侧旋入并与中间块的通孔内壁的内螺纹连接固定；压电陶瓷叠堆和电极片套接在具有绝缘层的螺栓上并夹紧在端块与中间块之间；每个驱动臂包括两个驱动段，其中一个驱动段的首端与端块通过柔性铰链连接，一个驱动段的末端与另一个驱动段的首端通过柔性铰链连接为驱动足，另一个驱动段的末端与中间块通过柔性铰链连接；两个驱动臂在所述运动方向的垂直方向上呈镜像对称设置；一号菱形拓扑结构驱动单元和二号菱形拓扑结构驱动单元在中间块端面处对应连接在一起形成镜像对称结构。本发明专利技术实现了拓扑结构与压电驱动器的融合设计。设计。设计。

【技术实现步骤摘要】
双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器


[0001]本专利技术涉及双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，属于压电驱动


技术介绍

[0002]从振动的角度，可将压电驱动器分为谐振式压电驱动器和非谐振式压电驱动器。其中谐振式压电驱动器工作在压电驱动器定子本体某一个振动模态(或两个振动模态复合后)的特征频点处(通常在20kHz以上)，它充分利用了驱动器定子本体谐振模态下的较大的振动幅度，有利于实现较大的输出位移和较高的输出速度。然而，由于谐振式压电驱动器工作在其定子本体的某一个模态特征频率点附近，会具有相当的频率敏感性。也就是说，当激励电压的频率因为各种原因发生漂移时，如定子和转子之间产生接触并施加一定的预紧力时，由于边界条件的变化，其模态特征频率会发生漂移，谐振式压电驱动器的振动输出性能、阻抗性能都会发生相应的变化。由于偏离了模态特征频率点，其整体输出性能会下降。一方面，很难系统地评判各种因素对模态特征频率的影响规律；另一方面，谐振式压电驱动器采用定子和动子之间的滑动摩擦力实现驱动功能，在定子和动子接触面处，存在严重的磨损现象，这也增加了谐振式压电驱动器输出性能的不确定性。
[0003]与谐振式压电驱动器相比，非谐振式压电驱动器的工作频率通常为几赫兹至几百赫兹不等，其远低于压电驱动器定子本体的第一阶模态特征频率，所述第一阶模态特征频率一般在20kHz以上；理论上，非谐振式压电驱动器的工作频率可以选择第一阶模态特征频率以下的任意频点。由于工作频率较低，非谐振式压电驱动器采用定子和动子之间的静摩擦实现驱动功能。因此，非谐振式压电驱动器能够有效的解决谐振式压电驱动器的高频率敏感性和接触界面磨损的问题。并且，非谐振式压电驱动器采用脉冲电压序列激励时，能够实现微位移输出，实现精密驱动。
[0004]现有非谐振式压电驱动器需要在水平方向和竖直方向分别提供一个用于激励位移的压电换能器，这加大了驱动器结构的复杂度并增加了驱动器的重量，同时存在控制电路复杂的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有非谐振式压电驱动器结构复杂并且重量大的问题，本专利技术提供一种双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器。
[0006]本专利技术的一种双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，包括一号菱形拓扑结构驱动单元和二号菱形拓扑结构驱动单元，两个驱动单元沿运动方向连接为一体，并且两个驱动单元呈镜像对称设置；
[0007]其中一号菱形拓扑结构驱动单元包括端块100、中间块200、两个驱动臂300、压电陶瓷叠堆400、电极片500和螺栓600，
[0008]端块100和中间块200中心具有通孔，螺栓600由端块100侧旋入并与中间块200的
通孔内壁的内螺纹连接固定；压电陶瓷叠堆400和电极片500套接在具有绝缘层的螺栓600上并夹紧在端块100与中间块200之间，压电陶瓷叠堆400中每相邻两片压电陶瓷之间以及压电陶瓷与中间块200之间分别设置一片电极片500；
[0009]每个驱动臂300包括两个驱动段，其中一个驱动段的首端与端块100通过柔性铰链连接，一个驱动段的末端与另一个驱动段的首端通过柔性铰链连接为驱动足310，另一个驱动段的末端与中间块200通过柔性铰链连接；两个驱动臂300在所述运动方向的垂直方向上呈镜像对称设置；
[0010]一号菱形拓扑结构驱动单元和二号菱形拓扑结构驱动单元在中间块200端面处对应连接在一起形成镜像对称结构；其中一号菱形拓扑结构驱动单元中压电陶瓷叠堆400的驱动电压与二号菱形拓扑结构驱动单元中压电陶瓷叠堆400的驱动电压存在四分之一周期的相位差。
[0011]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所述一号菱形拓扑结构驱动单元还包括支撑件700，支撑件700连接在端块100的外端面上，支撑件700的中心具有中心通孔，螺栓600经支撑件700的中心通孔穿入端块100。
[0012]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所述压电陶瓷叠堆400包括八片压电陶瓷。
[0013]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所述驱动足310为半圆柱形。
[0014]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，每个驱动单元中支撑件700、端块100、驱动臂300、中间块200及所有柔性铰链为一体件；两个驱动单元的中间块200连接为一体件。
[0015]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所述端块100的通孔外侧为阶梯孔，所述阶梯孔用于限位螺栓600的端头。
[0016]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所有压电陶瓷工作于d33模式，且沿厚度方向极化，相邻压电陶瓷的极化方向相反。
[0017]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，所述驱动臂300的厚度小于端块100和中间块200的厚度。
[0018]根据本专利技术的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，在工作状态下，所述一号菱形拓扑结构驱动单元的支撑件700被钳定，二号菱形拓扑结构驱动单元的支撑件700沿运动方向为自由态，其余两个方向固定。
[0019]本专利技术的有益效果：本专利技术所述压电驱动器继承了非谐振式压电驱动器的所有优点；并在此基础上，进行了双菱形拓扑结构设计，使该压电驱动器在提供用于驱动直线导轨的水平位移的同时，还可提供用于克服预紧力的垂直位移，从而节省了一个用于激励某一方向位移的压电换能器的设计，在减轻驱动器重量的同时，也精简了驱动器的结构，并使控制电路的设计可以更加简单，最终实现了拓扑结构与压电驱动器的融合设计。
附图说明
[0020]图1是本专利技术所述双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器的立体结构示意图；
[0021]图2是所述双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器的剖面图；
[0022]图3是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器中一号菱形拓扑结构驱动单元的驱动电压示意图；
[0023]图4是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器中二号菱形拓扑结构驱动单元的驱动电压示意图；
[0024]图5是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器在四分之一周期内的工作原理示意图；图中t表示时刻；n表示周期数，n＝0，1，2，3，
……
；
[0025]图6是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器在二分之一周期内的工作原理示意图；
[0026]图7是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器在四分之三周期内的工作原理示意图；
[0027]图8是双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器在一个周期内的工作原理示意图。
具体实施方式
[0028]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的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，其特征在于包括一号菱形拓扑结构驱动单元和二号菱形拓扑结构驱动单元，两个驱动单元沿运动方向连接为一体，并且两个驱动单元呈镜像对称设置；其中一号菱形拓扑结构驱动单元包括端块(100)、中间块(200)、两个驱动臂(300)、压电陶瓷叠堆(400)、电极片(500)和螺栓(600)，端块(100)和中间块(200)中心具有通孔，螺栓(600)由端块(100)侧旋入并与中间块(200)的通孔内壁的内螺纹连接固定；压电陶瓷叠堆(400)和电极片(500)套接在具有绝缘层的螺栓(600)上并夹紧在端块(100)与中间块(200)之间，压电陶瓷叠堆(400)中每相邻两片压电陶瓷之间以及压电陶瓷与中间块(200)之间分别设置一片电极片(500)；每个驱动臂(300)包括两个驱动段，其中一个驱动段的首端与端块(100)通过柔性铰链连接，一个驱动段的末端与另一个驱动段的首端通过柔性铰链连接为驱动足(310)，另一个驱动段的末端与中间块(200)通过柔性铰链连接；两个驱动臂(300)在所述运动方向的垂直方向上呈镜像对称设置；一号菱形拓扑结构驱动单元和二号菱形拓扑结构驱动单元在中间块(200)端面处对应连接在一起形成镜像对称结构；其中一号菱形拓扑结构驱动单元中压电陶瓷叠堆(400)的驱动电压与二号菱形拓扑结构驱动单元中压电陶瓷叠堆(400)的驱动电压存在四分之一周期的相位差。2.根据权利要求1所述的双菱形拓扑结构非谐振式尺蠖型压电驱动器，其特征在于，所述一号菱形拓扑结构驱动单...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，杨东川，朴胜春，陈洪娟，王术镜，周秋如，葛宣佐，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：