專利名稱：一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種由不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器的結構設計，屬于壓電驅動器技術領域。
背景技術：
壓電陶瓷驅動器具有響應頻率高、驅動力大、線性度好等優點，并且不發熱、無磁干擾、無噪聲、易于控制，是理想的驅動、定位器件。目前在壓電研究領域，以日本最為先進，擁有世界上大多數的壓電驅動發明專利技術。但壓電驅動技術應用時間尚短，其有關的基礎理論與關鍵技術的研究也不夠完善，主要集中在壓電陶瓷驅動器的輸出位移量小、輸出位移形式單一，在很多的應用場合不能直接產生滿足多種多樣的執行機構要求的輸出運動，在應用中常需要對壓電驅動器輸出的運動進行變換，以滿足執行機構對驅動位移和驅 動力的要求。這些變換方法都需要較大的結構尺寸，且由于工作原理的關系，尺寸很難進一步微型化。此外，這些方法在對運動進行變換的同時會將相當一部分的功率消耗于零件或介質的摩擦以及結構的變形。壓電驅動是靠摩擦傳動，因此摩擦副的摩擦、磨損性能將直接影響工作的可靠性和壽命。
發明內容本發明的目的是提供一種本發明的目的在于提供一種結構和控制簡單、能夠輸出一個有效的驅動轉矩，低成本并可小型化、通用化的壓電陶瓷驅動器，使用壓電陶瓷材料的逆壓電效應由不對稱電壓驅動壓電陶瓷雙晶片直接驅動轉子轉動，以實現大位移連續驅動輸出，克服靠摩擦驅動的壓電驅動方式由于摩擦副的摩擦、磨損而性能降低，影響工作的可靠性和壽命，同時克服現有壓電陶瓷驅動器通用性差、結構和控制復雜的缺點。技術方案一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，所述驅動器由輸出軸1，轉子2，超越離合器3，鈹青銅4，深溝球軸承6，定子7組成。所述定子7有一通孔8通過深溝球軸承6與輸出軸I連接，通孔8與深溝球軸承6的外圈之間為過盈配合，定子7沿圓周方向均勻開有通槽9，所述壓電陶瓷雙晶片5通過環氧樹脂膠粘接固定于通槽9內，通槽9的寬度和厚度應略大于壓電陶瓷雙晶片5寬度和厚度，保證通槽9與壓電陶瓷雙晶片5固接，通槽9數量根據壓電陶瓷雙晶片5的數量確定，一般驅動負載越大所需壓電陶瓷雙晶片5越多。所述輸出軸I的圓柱面12用來安裝所述深溝球軸承6，軸肩13用來定位深溝球軸承6，圓柱面12與深溝球軸承6的外圈之間為過盈配合，可承受一定的軸向力，輸出軸I的圓柱面14用來安裝所述超越離合器3，超越離合器3與圓柱面14的連接為正向鎖死，反向自由。所述轉子2有一通孔10與超越離合器3的外圈連接，通孔10與超越離合器3的外圈連接，通孔10與超越離合器3的外圈為過盈配合，轉子2沿圓周方向均勻開有通槽11，所述壓電陶瓷雙晶片5的懸臂端鈹青銅4通過環氧樹脂膠粘接固定于通槽11內，通槽11的寬度和厚度應略大于鈹青銅4的寬度和厚度，保證粘接膠層能夠固接通槽11和鈹青銅4，通槽11數量和開槽位置應與通槽9 一致。壓電陶瓷雙晶片5加不對稱激勵電壓，在一個周期內，懸臂端鈹青銅彎曲帶動轉子2轉動一定的角度，轉子2通過超越離合器3的正向鎖死作用帶動輸出軸I轉動一定角度，然后電壓瞬間回零，超越離合器3、轉子和壓電陶瓷雙晶片迅速回到初始位置，由于超越離合器3和輸出軸I之間反向自由，則輸出軸I在慣性力的作用下繼續轉動，經多個周期， 壓電陶瓷雙晶片5懇臂端鈹青銅4的振動轉化為輸出軸I的連續轉動，實現了連續轉動和轉矩的輸出。本發明的不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器具有結構簡單、安裝容易，功耗低、噪音小，響應速度快、轉動平穩、控制電路簡單，成本低并可實現小型化，可模塊化安裝和使用在有驅動和定位要求的設備中。
圖I是驅動器的剖視圖；圖2是定子的剖視圖；圖3是轉子的剖視圖；圖4是輸出軸的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖來說明本發明。圖I是驅動器的剖視圖，所述驅動器包括輸出軸1，轉子2，超越離合器3，鈹青銅4，深溝球軸承6，定子7組成。圖2是定子的剖視圖，所述定子7用于固定所述壓電陶瓷雙晶片5，通槽9的寬度和厚度應略大于壓電陶瓷雙晶片5寬度和厚度，保證粘接膠層能夠固接通槽9和壓電陶瓷雙晶片5，通孔8用于安裝深溝球軸承6，其配合關系為過盈配合。圖3是轉子的剖視圖，通過超越離合器3安裝在軸的另一端，通孔10與超越離合器3的外圈為過盈配合，轉子2的通槽11用于固定壓電陶瓷雙晶片5的懸臂端鈹青銅4，通槽11的寬度和厚度應略大于鈹青銅4的寬度和厚度，保證粘接膠層能夠固接通槽11和鈹青銅4。圖4是輸出軸的示意圖，輸出軸I能夠在一個垂直于經過轉子中心的幾何旋轉軸線的平面內旋轉運動，輸出轉速和轉矩，所述輸出軸I的圓柱面12與所述深溝球軸承6安裝在一起，軸肩13用來定位深溝球軸承6,圓柱面12與深溝球軸承6的外圈之間為過盈配合，可承受一定的軸向力，輸出軸I的圓柱面14用來安裝所述超越離合器3。裝配時，先將軸I的圓柱面12以一定的軸向力壓入深溝球軸承6內圈中，保證同軸度，軸肩13用來定位深溝球軸承6 ;將深溝球軸承6的外圈以一定的軸向力壓入定子7的通孔8中，保證同軸度；將輸出軸I的圓柱面14以超越離合器3自由方向旋入，保證正向鎖死，反向自由；以一定軸向力將超越離合器3的外圈壓入轉子2的通孔10中，保證同軸度；最后將壓電陶瓷雙晶片5 —端和懸臂端的鈹青銅4均勻涂上環氧樹脂膠，分別裝入定子7的通槽9和轉子2的通槽11中，保證通槽9和通槽11中充滿環氧樹脂膠，固定24小時，裝配完畢。在一個周期內，將壓電陶瓷雙晶片5 —片加正向不對稱電壓,另一片加負向不對稱電壓，由于逆壓電效應，壓電陶瓷雙晶片5的懸臂端鈹青銅彎曲帶動轉子2轉動一定的角度，轉子2通過超越離合器3的正向鎖死作用帶動輸出軸I轉動一定角度，然后電壓瞬間回零，超越離合器3、轉子和壓電陶瓷雙晶片迅速回到初始位置，由于超越離合器3和輸出軸I之間反向自由，則輸出軸I在慣性力的作用下繼續轉動，經多個周期，壓電陶瓷雙晶片5懸臂端鈹青銅4的振動轉化為輸出軸I的連續轉動，實現了 連續轉動和轉矩的輸出。
權利要求1.一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是該壓電陶瓷驅動器包括軸(1)，轉子(2)，超越離合器(3)，鈹青銅(4)壓電陶瓷雙晶片(5)，深溝球軸承￠)，定子(7)組成。
軸(I)的圓柱面(12)與深溝球軸承(6)的內圈為過盈配合,軸肩(13)用來定位深溝球軸承出)；將深溝球軸承出)的外圈與定子(7)的通孔(8)為過盈配合；將輸出軸(I)的圓柱面(14)以超越離合器(3)自由方向旋入，保證正向鎖死，反向自由；超越離合器(3)的外圈與轉子⑵的通孔(10)為過盈配合中；壓電陶瓷雙晶片(5) —端與定子(7)的通槽(9)環氧樹脂膠粘接，壓電陶瓷雙晶片(5)懸臂端的鈹青銅⑷與轉子(2)的通槽(11)環氧樹脂膠粘接。
2.根據權利要求I所述一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是輸出軸(I)能夠在一個垂直于經過轉子中心的幾何旋轉軸線的平面內旋轉運動，輸出轉速和轉矩，深溝球軸承(6)安裝在輸出軸(I)的圓柱面(12)上，軸肩(13)用來定位深溝球軸承￠)，圓柱面(12)與深溝球軸承￠)的外圈之間為過盈配合。
3.根據權利要求I所述一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是超越離合器(3)安裝在輸出軸⑴的圓柱面(14)，通孔(10)與超越離合器(3)的外圈為過盈配合，超越離合器3與圓柱面14的連接為正向鎖死，反向自由。
4.根據權利要求I所述一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是定子(7)有一通孔(8)通過深溝球軸承￠)與輸出軸(I)連接，通孔(8)與深溝球軸承￠)的外圈之間為過盈配合，定子(7)沿圓周方向均勻開有通槽(9)，壓電陶瓷雙晶片(5)通過環氧樹脂膠粘接固定于通槽(9)內。
5.根據權利要求I所述一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是轉子(2)有一通孔(10)與超越離合器(3)的外圈連接，通孔(10)與超越離合器(3)的外圈連接，通孔(10)與超越離合器(3)的外圈為過盈配合，轉子(2)沿圓周方向均勻開有通槽(11)，壓電陶瓷雙晶片(5)的懸臂端鈹青銅(4)通過環氧樹脂膠粘接固定于通槽(11)內，通槽(11)數量和開槽位置應與通槽(9) 一致。
6.根據權利要求I所述一種不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，其特征是壓電陶瓷雙晶片(5)加不對稱激勵電壓。
專利摘要一種由不對稱電壓驅動的壓電陶瓷驅動器，屬于壓電驅動器技術領域，應用壓電陶瓷材料的逆壓電效應，壓電陶瓷雙晶片(5)加不對稱激勵電壓，轉子(2)通過超越離合器(3)的正向鎖死作用帶動輸出軸(1)轉動一定角度，電壓回零，超越離合器(3)、轉子和壓電陶瓷雙晶片回到初始位置，由于超越離合器(3)和輸出軸(1)反向自由，則輸出軸(1)繼續轉動，經多個周期，壓電陶瓷雙晶片(5)懸臂端鈹青銅(4)的振動轉化為輸出軸(1)的連續轉動，實現了連續轉動和轉矩的輸出。本實用新型的驅動器結構簡單、響應速度快、轉動平穩、控制電路簡單，可模塊化安裝和使用在有精確定位和驅動要求的機械設備中。
文檔編號H02N2/10GK202385031SQ201120402789
公開日2012年8月15日 申請日期2011年10月21日 優先權日2011年10月21日
發明者于麗虹, 馮憲章, 劉愛敏, 崔艷梅, 張銳, 李法新, 王麗萍, 蔣志強 申請人:鄭州航空工業管理學院