四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種壓電式旋轉(zhuǎn)電機，具體講一種四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機，屬于精密驅(qū)動儀器領域。
【背景技術】
[0002]目前，超精密驅(qū)動與控制技術正向智能化、集成化、多樣化、微型化方向發(fā)展。而利用壓電材料逆壓電效應的壓電精密驅(qū)動器以具有定位精度高、輸出力大、響應速度快、結構形狀多樣化，設計靈活、結構簡單、易于微型化、直接驅(qū)動、能耗低、發(fā)熱少、無需潤滑維護、可用于真空、不受磁場影響等優(yōu)點在眾多超精密驅(qū)動器中脫穎而出。
[0003]傳統(tǒng)的壓電旋轉(zhuǎn)電機通常為利用壓電陶瓷激勵定子的共振模態(tài)，再通過定子與動子之間的摩擦，驅(qū)動動子的旋轉(zhuǎn)運動。因此，此類壓電旋轉(zhuǎn)電機的工作效率受激勵信號的頻率的影響很大，旋轉(zhuǎn)的精度由傳感器的精度決定，不可調(diào)整；同時通過調(diào)節(jié)激勵信號頻率改變轉(zhuǎn)速的方法不能夠線性地調(diào)節(jié)速度，同時大大降低電機輸出力與輸出效率。
[0004]多層壓電陶瓷采取電學并聯(lián)機械串聯(lián)方式封裝的疊層壓電陶瓷，在較小的電壓下能輸出較大的位移，其位移輸出與輸入電壓成線性關系，理論上其分辨率可以實現(xiàn)無窮小。因此，以疊層壓電陶瓷為驅(qū)動元件的作動器可以獲得更好的可控性，實現(xiàn)更高的精度。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定，精度可調(diào)和可線性調(diào)速的四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提供的一種四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機，包括機殼，所述機殼包括陶瓷環(huán)和安裝在陶瓷環(huán)兩端的端蓋，兩個端蓋的中心之間安裝可轉(zhuǎn)動的主軸；
[0007]所述陶瓷環(huán)內(nèi)設有驅(qū)動機構，所述驅(qū)動機構包括固定在主軸上的方形固定塊、對稱設置在方形固定塊兩側(cè)的兩個預緊基座和四個驅(qū)動足；
[0008]所述兩個預緊基座內(nèi)側(cè)相對應的一端與方形固定塊鉸接，另一端與方形固定塊之間卡入脹緊裝置;所述每個預緊基座的外側(cè)均上下間隔安裝兩個驅(qū)動足，形成上下兩層的四個驅(qū)動單元;所述驅(qū)動足可與陶瓷環(huán)接觸；
[0009]所述每個驅(qū)動足分別連接兩個間隔設置的疊層壓電陶瓷的一端，兩個疊層壓電陶瓷的另一端與預緊基座相鉸接；
[0010]所述每個驅(qū)動足與預緊基座之間連接預緊螺釘，所述預緊螺釘將疊層壓電陶瓷沿其軸向壓緊在驅(qū)動足和預緊基座之間。
[0011]本實用新型中，所述脹緊裝置為預壓楔塊，所述預緊基座和方形固定塊上對應設置供預壓楔塊楔入的開槽，預緊基座或方形固定塊上開槽為斜槽。
[0012]本實用新型中，所述預緊基座的中部設有彈性梁，所述預緊螺釘安裝在彈性梁上。
[0013]本實用新型中，所述兩個端蓋的內(nèi)側(cè)均設有可卡入陶瓷環(huán)中的凸臺，兩個端蓋上對應設有多個耳片，對應耳片之間相連接。
[0014]本實用新型中，所述述主軸的兩端與端蓋間安裝軸承。
[0015]本實用新型中，所述鉸接采用柔性鉸鏈。
[0016]本實用新型中，預緊基座和方形固定塊為一體結構。
[0017]本實用新型的有益效果在于:(I)、本實用新型采用疊層壓電陶瓷驅(qū)動的正交耦合式的非共振式的壓電驅(qū)動單元，利用正交分布的疊層壓電陶瓷，在兩個疊層壓電陶瓷輸入相位差為90°的正弦信號，在驅(qū)動足耦合為橢圓運動，在上橢圓部分與陶瓷環(huán)接觸，推動與旋轉(zhuǎn)部分接觸的部分沿橢圓的軌跡的方向旋轉(zhuǎn);驅(qū)動單元分上下層驅(qū)動，同層內(nèi)的疊層壓電陶瓷的激勵信號相位相同，保證同步驅(qū)動旋轉(zhuǎn)整體向相同方向旋轉(zhuǎn)，因此陶瓷環(huán)只受周向的驅(qū)動力，不受軸向的偏心力，保證穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)；(2)、本實用新型中分布在固定塊兩側(cè)的驅(qū)動單元，采用上下驅(qū)動單元的激勵信號相差180°，保證當上層驅(qū)動足與陶瓷環(huán)接觸的時候，下層兩個驅(qū)動足與陶瓷環(huán)分離，以保證在整個運動周期中旋轉(zhuǎn)整體被連續(xù)驅(qū)動。同時，兩個距離很近的上下兩層驅(qū)動足的交替驅(qū)動，有利于在驅(qū)動足運動至橢圓運動的下橢圓運動能夠及時與陶瓷環(huán)分離，防止反向驅(qū)動降低效率；(3)、采用疊層壓電陶瓷作為驅(qū)動單元，理論上有無限小的分辨率和高精度，通過改變正弦信號的頻率，改變四足的驅(qū)動頻率，從而改變驅(qū)動速度。在理想情況下，在疊層壓電陶瓷的使用頻率范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)線性調(diào)速；同時，通過改變正弦信號的幅值，改變橢圓運動的橢圓的大小，可以改變每步驅(qū)動的步距，理論上可以實現(xiàn)線性改變定位精度的目的；(4)相比現(xiàn)有的電磁電機和共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機，本實用新型能夠?qū)崿F(xiàn)高速的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的同時，也能夠?qū)崿F(xiàn)低速精密定位，具有易于控制、性能穩(wěn)定、多模式驅(qū)動等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型的四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機整體結構示意圖；
[0019]圖2為端蓋結構示意圖；
[0020]圖3為主軸結構示意圖；
[0021]圖4為預緊基座和方形固定塊結構不意圖；
[0022]圖5為本實用新型結構分解示意圖
[0023]圖6為本實用新型結構剖視圖；
[0024]圖7為本實用新型內(nèi)部結構立體圖；
[0025]圖8為本實用新型內(nèi)部結構上層示意圖；
[0026]圖9為本實用新型內(nèi)部結構下層示意圖；
[0027]圖10為三角放大原理的示意圖；
[0028]圖11為單方向驅(qū)動機理的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖對實用新型的技術方案進行詳細說明。
[0030]如圖1和2所示，本實用新型提供的四足非共振式壓電旋轉(zhuǎn)電機，包括殼體和安裝在殼體內(nèi)的驅(qū)動單元(圖中未顯示)，殼體包括陶瓷環(huán)11、上下兩個端蓋2，端蓋2為圓盤結構，兩個端蓋2上分別對稱設置兩個耳片2-3，上下兩個端蓋2位置相對應的耳片2-3之間相連接。端蓋2的內(nèi)側(cè)設有一凸臺2-2，凸臺2-2可卡入陶瓷環(huán)11中；端蓋2的中心設有開孔2-1，主軸I的兩端分別安裝在上下兩個端蓋2的開孔2-1中，主軸I可與殼體相對轉(zhuǎn)動。
[0031]如圖3所示，主軸I為一個階梯軸，其兩端關于中心面對稱，主軸I的中心設置一個通孔1-1，主軸I的兩端切對稱的開槽1-2。
[0032]如圖4所示，本實用新型中驅(qū)動單元包括固定塊3，固定塊3為長方體結構，固定塊3中心垂直正交的兩個面打有兩個通孔，分別為通孔3-5和通孔3-6 ο固定塊3左右兩個側(cè)面對稱設有預緊基座3-3 ο預緊基座3-3為H型結構，其中部設有彈性梁3-2，彈性梁3_2設有上下兩個通孔。預緊基座3-3的中部橫向開矩形槽，使得預緊基座3-3分為上下兩層。
[0033]每個預緊基座3-3的外側(cè)的兩端均上下間隔連接兩組第一柔性鉸鏈3-8，四個第一柔性鉸鏈3-8都可以單獨繞軸旋轉(zhuǎn)。同一基座本體3-4上的上層兩個第一柔性鉸鏈3-8間、下層兩個第一柔性鉸鏈3-8間呈相向斜面設置。兩個預緊基座3-3內(nèi)側(cè)相對應的一端通過第二柔性鉸鏈3-1與固定塊3鉸接，另一端與固定塊3之間對應設有開槽3-7。
[0034]本實施例中，固定塊3、預緊基座3-3、彈性梁3-2、第一柔性鉸鏈3-8和第二柔性鉸鏈3-1為一體件。
[0035]如圖5、6和7所示，固定塊3通過通孔3-6套入主軸I中，并通過一個圓柱銷12分別通過固定塊的通孔3-5和主軸I的通孔1-1，把固定塊3與主軸I的相對位置固定，形成一個相對位置不變的基體。
[0036]驅(qū)動足6的外側(cè)端面為一個弧形面，另一內(nèi)側(cè)面開有螺紋孔。每個預緊基座3-3的外側(cè)對安裝上下兩個驅(qū)動足，四個驅(qū)動足為6a，6b，6c，6d分上下間隔的兩層，驅(qū)動足6a，6c為上層，驅(qū)動足6b，6d為下層。驅(qū)動足6a，6b，6c，6d左右兩側(cè)均連接兩個疊層壓電陶瓷7，兩個疊層壓電陶瓷7間隔設置;疊層壓電陶瓷7的另一端分別