三自由度压电驱动单元及平面压电驱动器制造技术

本申请涉及压电驱动装置领域，公开了一种三自由度压电驱动单元，包括：底座、三个一维压电叠堆、壳体、导向膜片、柔性导向杆，其中三个一维压电叠堆设于底座的上表面；壳体设于底座的上方；可动端子位于三个一维压电叠堆的上方；柔性导向杆的下端通过弹性件与底座连接，上端与可动端子的底部连接。通过三个一维压电叠堆的相互配合，可有效提高压电驱动单元的灵活性，以使其具备多自由度，进而提高其应用范围。本申请还公开了一种平面压电驱动器，包括两组压电驱动组件，每组压电驱动组件包括多个上述三自由度压电驱动单元，在驱动电压时序控制下，可以实现平面压电驱动器在平面内任意方向连续且精密的步进运动输出。向连续且精密的步进运动输出。向连续且精密的步进运动输出。

【技术实现步骤摘要】
三自由度压电驱动单元及平面压电驱动器


[0001]本申请涉及压电驱动装置
，特别涉及一种三自由度压电驱动单元，还涉及一种包括上述三自由度压电驱动单元的平面压电驱动器。

技术介绍

[0002]压电驱动器是利用压电材料的逆压电效应设计的可输出紧密运动的驱动器，压电驱动器以其高精度、大行程、快速响应等优异性能，被广泛应用于众多领域。
[0003]传统的压电驱动器通常只能在单一方向上实现直线运动输出，因此限制了压电驱动器的应用范围，尤其对于较为复杂的运动，很难进行推广应用。

技术实现思路

[0004]本申请的一个目的是提供一种三自由度压电驱动单元，能够提高其运动输出的灵活性，进而提高其应用范围，另一个目的是提供一种包括上述三自由度压电驱动单元的平面压电驱动器，可在平面内任意方向实现连续的步进运动输出。
[0005]为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
[0006]一种三自由度压电驱动单元，包括：
[0007]底座；
[0008]三个一维压电叠堆，设于所述底座的上表面，且沿圆周方向均匀分布；
[0009]壳体，设于所述底座的上方，三个所述一维压电叠堆位于所述壳体内；
[0010]导向膜片，设于所述壳体内，且位于三个所述一维压电叠堆的驱动端的上方；
[0011]可动端子，位于所述导向膜片上表面，且上端伸出于所述壳体，三个所述一维压电叠堆的上端穿过所述导向膜片与所述可动端子的下表面接触；
[0012]柔性导向杆，下端通过弹性件与所述底座连接，上端与所述可动端子的底部连接，所述弹性件用于通过所述柔性导向杆给所述可动端子施加朝向所述一维压电叠堆的预紧力；
[0013]三个所述一维压电叠堆用于在相应的驱动电压下伸缩变形，以控制所述可动端子相对于所述底座产生z向的平移运动、绕x轴的旋转运动和绕y轴的旋转运动。
[0014]优选地，所述弹性件包括第一预紧碟簧，所述底座的中部设有供所述柔性导向杆穿出的通孔，所述底座的底部设有用于容纳所述第一预紧碟簧的凹腔，所述第一预紧碟簧套设在所述柔性导向杆的下端，所述柔性导向杆的下端螺纹连接有预紧螺母，所述预紧螺母用于将所述第一预紧碟簧压紧在所述凹腔的顶面。
[0015]优选地，所述柔性导向杆包括自上而下依次设置的顶部螺纹连接端、细杆、底部螺纹连接端，所述顶部螺纹连接端与所述可动端子连接，所述预紧螺母连接在所述底部螺纹连接端上。
[0016]优选地，所述可动端子的外侧面自下而上渐缩。
[0017]优选地，所述壳体包括外壳和压环，所述外壳的下端与所述底座连接，所述压环用
于将所述导向膜片压紧在所述外壳的上端。
[0018]优选地，所述一维压电叠堆的上端为球面端，所述球面端与所述可动端子的下表面点接触。
[0019]一种平面压电驱动器，包括两组压电驱动组件，每组所述压电驱动组件均包括多个上述任一项所述的三自由度压电驱动单元，多个所述三自由度压电驱动单元沿圆周方向均匀分布，平面压电驱动器还包括动子，所述动子位于所述三自由度压电驱动单元的所述可动端子的上方，两组所述压电驱动组件在摩擦耦合作用下交替驱动所述动子产生步进运动输出。
[0020]优选地，其中一组所述压电驱动组件相邻的两个所述三自由度压电驱动单元之间设有一个另外一组所述压电驱动组件的所述三自由度压电驱动单元。
[0021]优选地，还包括预紧组件和支承组件，各所述三自由度压电驱动单元位于所述支撑组件上方，所述预紧组件用于对所述动子施加朝向所述三自由度压电驱动单元的预紧力。
[0022]优选地，所述预紧组件包括预紧螺钉、压板、滚珠和第二预紧碟簧，所述预紧螺钉自下而上依次穿出所述支承组件和所述动子，且其末端与所述压板连接，所述预紧螺钉用于将所述第二预紧碟簧压紧在所述支承组件底部；所述压板底部设有用于容纳所述滚珠的凹槽，所述滚珠与所述动子的上表面接触。
[0023]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
[0024]本申请所提供的一种三自由度压电驱动单元，包括：底座、三个一维压电叠堆、壳体、导向膜片、柔性导向杆，其中三个一维压电叠堆设于底座的上表面，且沿柔性导向杆的圆周方向均匀分布；壳体设于底座的上方，三个一维压电叠堆位于壳体内；导向膜片设于壳体内，且位于三个一维压电叠堆的驱动端的上方；可动端子位于导向膜片上表面，且上端伸出于壳体；柔性导向杆的下端通过弹性件与底座连接，上端与可动端子的底部连接。三个一维压电叠堆用于在相应的驱动电压下伸缩变形，以控制可动端子相对于底座产生z向的平移运动、绕x轴的旋转运动和绕y轴的旋转运动。通过对三个一维压电叠堆的电压调控，可使可动端子具备三个自由度，因此可有效提高其灵活性，进而提高其应用范围。
[0025]本申请所提供的一种平面压电驱动器，包括两组压电驱动组件，每组压电驱动组件均包括多个上述任一项所述的三自由度压电驱动单元，在驱动电压时序控制下，可以实现平面压电驱动器在平面内任意方向连续且精密的步进运动输出，进而提高其应用范围。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0027]图1为本申请一种具体实施方式所提供的一种三自由度压电驱动单元的结构示意图；
[0028]图2为三自由度压电驱动单元的工作原理示意图；
[0029]图3为三自由度压电驱动单元的两个旋转自由度的关系示意图；
[0030]图4为三自由度压电驱动单元的可动端子的运动轨迹图；
[0031]图5为本申请一种具体实施方式所提供的一种平面压电驱动器的结构示意图；
[0032]图6为平面压电驱动器的主剖视图；
[0033]图7为平面压电驱动器的四个三自由度压电驱动单元的分布图；
[0034]图8为平面压电驱动器的六个三自由度压电驱动单元的分布图；
[0035]图9为平面压电驱动器的在P+向的步进运动示意图；
[0036]图10为平面压电驱动器的在P+向的步进运动过程示意图。
[0037]附图标记如下：
[0038]1为运动轴，2为预紧螺钉，3为压板，4为滚珠；
[0039]5A、5B、5C、5D为三自由度压电驱动单元，51为可动端子，52为导向膜片，53为压环，54为外壳，55A、55B、55C为一维压电叠堆，56为底座，57为第一预紧碟簧，58为预紧螺母，59为第一预紧平垫片，60为柔性导向杆。
[0040]6为第二预紧碟簧，7为第二预紧平垫片，8为基座。
具体实施方式
[0041]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三自由度压电驱动单元，其特征在于，包括：底座；三个一维压电叠堆，设于所述底座的上表面，且沿圆周方向均匀分布；壳体，设于所述底座的上方，三个所述一维压电叠堆位于所述壳体内；导向膜片，设于所述壳体内，且位于三个所述一维压电叠堆的驱动端的上方；可动端子，位于所述导向膜片上表面，且上端伸出于所述壳体，三个所述一维压电叠堆的上端穿过所述导向膜片与所述可动端子的下表面接触；柔性导向杆，下端通过弹性件与所述底座连接，上端与所述可动端子的底部连接，所述弹性件用于通过所述柔性导向杆给所述可动端子施加朝向所述一维压电叠堆的预紧力；三个所述一维压电叠堆用于在相应的驱动电压下伸缩变形，以控制所述可动端子相对于所述底座产生z向的平移运动、绕x轴的旋转运动和绕y轴的旋转运动。2.根据权利要求1所述的三自由度压电驱动单元，其特征在于，所述弹性件包括第一预紧碟簧，所述底座的中部设有供所述柔性导向杆穿出的通孔，所述底座的底部设有用于容纳所述第一预紧碟簧的凹腔，所述第一预紧碟簧套设在所述柔性导向杆的下端，所述柔性导向杆的下端螺纹连接有预紧螺母，所述预紧螺母用于将所述第一预紧碟簧压紧在所述凹腔的顶面。3.根据权利要求2所述的三自由度压电驱动单元，其特征在于，所述柔性导向杆包括自上而下依次设置的顶部螺纹连接端、细杆、底部螺纹连接端，所述顶部螺纹连接端与所述可动端子连接，所述预紧螺母连接在所述底部螺纹连接端上。4.根据权利要求1所述的三自由度压电驱动单元，其特征在于，所述可动端子的外侧面自下而上渐缩。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏凤龙，郭抗，倪明阳，隋永新，杨怀江，
申请(专利权)人：长春国科精密光学技术有限公司，
类型：发明
国别省市：