本實用新型涉及一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置，屬于微驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

利用定子彎曲振動模態(tài)的螺紋副驅(qū)動型旋轉(zhuǎn)-直線超聲電機是諸多類型超聲電機中的一種，相對于其它類型的超聲電機，該類超聲電機的定子與輸出軸通過螺紋副傳動，通過激發(fā)定子空間上相互正交的兩個彎曲振動模態(tài)，利用振動的耦合與疊加，在定子驅(qū)動端的內(nèi)表面產(chǎn)生驅(qū)動行波，它能夠較容易的實現(xiàn)螺紋輸出軸旋轉(zhuǎn)-直線自由度運動的輸出。它與圓盤行波類型的超聲電機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于微型化及定位精度高的特點。基于螺紋副傳動的螺紋副驅(qū)動型超聲電機根據(jù)超聲電機定子結(jié)構(gòu)與激振模式的不同可分為以下幾種：定子為多面體結(jié)構(gòu)的利用面內(nèi)彎曲振動模態(tài)耦合驅(qū)動行波的螺紋驅(qū)動多面體超聲電機，利用環(huán)狀超薄結(jié)構(gòu)定子面內(nèi)彎曲振動模態(tài)駐波驅(qū)動的螺紋副驅(qū)動型超聲電機，這幾種電機的定子多采用多面體或圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，通過激發(fā)定子的面內(nèi)振動模態(tài)實現(xiàn)電機輸出部件的旋轉(zhuǎn)-直線運動。

隨著螺紋副驅(qū)動型超聲電機的不斷發(fā)展，一種定子采用懸臂梁結(jié)構(gòu)的一端固支的壓電復(fù)合彎曲梁螺紋副驅(qū)動型直線電機也被大量的研究學(xué)者研究了，該類電機主要是利用柱狀懸臂梁結(jié)構(gòu)定子的空間正交彎曲振動模態(tài)的耦合產(chǎn)生驅(qū)動行波，實現(xiàn)輸出軸的運動輸出；另一種具有代表意義的螺紋驅(qū)動型柱狀旋轉(zhuǎn)-直線超聲電機主要有定子為粘貼壓電片的金屬管式與壓電管式兩種類型的超聲波導(dǎo)螺桿電動機，該超聲波導(dǎo)螺桿電動機主要是利用兩端自由約束的柱體定子空間上正交的兩個一階彎曲振動相互耦合，在定子自由端的內(nèi)表面產(chǎn)生驅(qū)動行波，定子與輸出軸通過螺紋副傳動，在軸向負(fù)載力的作用下實現(xiàn)輸出軸的旋轉(zhuǎn)-直線運動輸出；上述螺紋副驅(qū)動型超聲電機定子所用的壓電元件多采用d₃₁振動模式，利用該種振動模式使得電機在微型化制造方面存在一定的優(yōu)勢。綜上所述，當(dāng)前研究學(xué)者針對螺紋副驅(qū)動型超聲電機所做的研究工作主要是集中在電機本體性能的提升，然而，在螺紋副驅(qū)動型超聲電機的封裝設(shè)計方面卻鮮有報道，這使得螺紋副驅(qū)動型超聲電機在精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用過程中嚴(yán)重的缺乏可靠性、安全性與實用性，這一定程度上限制了螺紋副驅(qū)動型超聲電機在光學(xué)精密儀器、航空航天、數(shù)碼產(chǎn)品、智能機器人以及醫(yī)療器械等精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域中的進一步發(fā)展與應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決螺紋副驅(qū)動型超聲電機因未進行封裝設(shè)計而導(dǎo)致其在微驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用過程中缺乏可靠性、安全性與實用性等技術(shù)問題，本實用新型公開了一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是：

所述的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置包括封裝外架、電機輸出軸、螺母彈性體、緊固螺釘、壓電元件和封裝后蓋，封裝外架通過緊固螺釘與螺母彈性體固定，螺母彈性體與壓電元件膠粘固定，電機輸出軸與螺母彈性體螺紋連接，封裝后蓋與封裝外架螺紋連接；所述封裝外架設(shè)置有端部通孔、階梯平面、端部外圓周面、緊固螺釘安裝孔和封裝內(nèi)螺紋，所述端部通孔用于實現(xiàn)電機輸出軸的運動輸出，階梯平面可作為封裝外架與外圍裝置的連接平面，端部外圓周面通過與外圍裝置過盈配合固定封裝外架，緊固螺釘安裝孔通過緊固螺釘將螺母彈性體固定在封裝外架上，封裝內(nèi)螺紋與封裝后蓋通過螺紋連接固定螺母彈性體；所述電機輸出軸設(shè)置有輸出軸外螺紋和解耦球頭，所述輸出軸外螺紋與螺母彈性體螺紋連接，解耦球頭通過解耦可用于將輸出的旋轉(zhuǎn)-直線運動轉(zhuǎn)換為直線運動；所述螺母彈性體設(shè)置有彈性體內(nèi)螺紋、彈性體錐孔和彈性體外棱面，所述彈性體內(nèi)螺紋與電機輸出軸螺紋連接，彈性體錐孔通過緊固螺釘固定螺母彈性體，彈性體外棱面與壓電元件膠粘連接；所述封裝后蓋設(shè)置有封裝后蓋外螺紋、導(dǎo)線孔和手動端面，所述封裝后蓋外螺紋通過封裝內(nèi)螺紋與封裝外架螺紋連接，導(dǎo)線孔用于引出壓電元件的導(dǎo)線，手動端面用于輔助旋緊封裝后蓋。

所述封裝外架的端部通孔的內(nèi)徑與電機輸出軸的外徑滿足的比值范圍為1.1~1.5；封裝外架的外徑與端部外圓周面的外徑比值滿足的范圍為1.5~3。所述螺母彈性體沿圓周方向設(shè)置有2個彈性體外棱面，彈性體外棱面與壓電元件膠粘連接；封裝外架的長度與螺母彈性體的長度比的取值范圍為1~3；所述封裝外架沿圓周方向設(shè)置有4個緊固螺釘安裝孔，分別與4個緊固螺釘螺紋連接。

本實用新型的有益效果：本實用新型公開了一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置。通過對螺紋副驅(qū)動型超聲電機的封裝，很好的解決了螺紋副驅(qū)動型超聲電機在應(yīng)用過程中存在的可靠性、安全性與實用性差等問題。同時，由于該微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置具有定位精度高、響應(yīng)速度快、環(huán)境適用能力強等技術(shù)優(yōu)勢，其在光學(xué)精密儀器、航空航天、數(shù)碼產(chǎn)品、智能機器人以及醫(yī)療器械等精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的爆炸視圖；

圖2所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的整裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的封裝外架結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的封裝外架結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖5所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的電機輸出軸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的螺母彈性體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7所示為本實用新型提出的一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的封裝后蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結(jié)合圖1~圖7說明本實施方式。本實施方式提供了一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的具體實施方案。所述一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置由封裝外架1、電機輸出軸2、螺母彈性體3、緊固螺釘4、壓電元件5和封裝后蓋6組成；封裝外架1通過緊固螺釘4與螺母彈性體3連接，螺母彈性體3與壓電元件5膠粘固定，電機輸出軸2與螺母彈性體3螺紋連接，封裝后蓋6與封裝外架1螺紋連接。

所述封裝外架1為一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的封裝組件，所述封裝外架1設(shè)置有端部通孔1-1、階梯平面1-2、端部外圓周面1-3、緊固螺釘安裝孔1-4和封裝內(nèi)螺紋1-5，所述端部通孔1-1可用于實現(xiàn)電機輸出軸2的運動輸出，階梯平面1-2可以作為封裝外架1與外圍裝置的連接平面，主要起到限位與定位的作用。端部外圓周面1-3通過與外圍裝置的固定孔過盈配合固定封裝外架1，進而實現(xiàn)該驅(qū)動模塊驅(qū)動外圍裝置。所述緊固螺釘安裝孔1-4通過緊固螺釘4固定螺母彈性體3，封裝內(nèi)螺紋1-5與封裝后蓋6螺紋連接固定螺母彈性體3。

所述電機輸出軸2為一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的螺紋輸出軸組件，所述電機輸出軸2設(shè)置有輸出軸外螺紋2-1和解耦球頭2-2，所述輸出軸外螺紋2-1與螺母彈性體3螺紋連接，解耦球頭2-2通過解耦可將輸出的旋轉(zhuǎn)-直線運動轉(zhuǎn)換為直線運動。

所述螺母彈性體3為一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的振動變形產(chǎn)生組件。所述螺母彈性體3設(shè)置有彈性體內(nèi)螺紋3-1、彈性體錐孔3-2和彈性體外棱面3-3，所述彈性體內(nèi)螺紋3-1與電機輸出軸2螺紋連接，彈性體錐孔3-2通過緊固螺釘4固定螺母彈性體3，彈性體外棱面3-3與壓電元件5膠粘連接，螺母彈性體3包含4個彈性體錐形孔3-2，它們分別對應(yīng)彈性體錐形孔一3-2-1、彈性體錐形孔二3-2-2、彈性體錐形孔三3-2-3和彈性體錐形孔四3-2-4。

所述封裝后蓋6為一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的限位組件，所述封裝后蓋6設(shè)置有封裝后蓋外螺紋6-1、導(dǎo)線孔6-2和手動端面6-3，所述封裝后蓋外螺紋6-1通過封裝內(nèi)螺紋1-5與封裝外架1螺紋連接，用來限制螺母彈性體3軸向竄動；所述導(dǎo)線孔6-2用于將壓電元件5的導(dǎo)線導(dǎo)出，便于接線；所述手動端面6-3用于手動旋轉(zhuǎn)封裝后蓋6，便于旋緊封裝后蓋6。

所述封裝外架1的端部通孔1-1的內(nèi)徑與電機輸出軸2的外徑比值K滿足的范圍為1.1~1.5，本具體實施方式中，K的取值等于1.2，電機輸出軸2的外徑為15 mm，端部通孔1-1的內(nèi)徑為18 mm。所述封裝外架1的外徑與端部外圓周面1-3的外徑比值H滿足的范圍為1.5~3，本具體實施方式中，H的取值等于2，封裝外架1的外徑為36 mm，端部外圓周面1-3的外徑為18 mm。所述螺母彈性體3沿圓周方向設(shè)置有2個彈性體外棱面3-3，彈性體外棱面3-3與壓電元件5膠粘連接；所述壓電元件5為2片矩形壓電陶瓷片，保定市宏聲聲學(xué)電子器材有限公司生產(chǎn)的PZT4型號和PTZ8型號。所述封裝外架1中的封裝內(nèi)螺紋1-5的直徑為30 mm，螺母彈性體3的橫截面積為20 mm×20 mm，封裝外架1的長度與螺母彈性體3的長度比L的取值范圍為1~3，本具體實施方式中L的取值為3。所述封裝外架1沿圓周方向設(shè)置有4個緊固螺釘安裝孔1-4，分別與4個緊固螺釘4螺紋連接。

所述一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置的激勵方案如下所示。所述1片壓電元件5構(gòu)成一個激振組，并通以某一超聲頻段內(nèi)（一般大于16 kHz）的正弦波激勵電信號，激發(fā)螺母彈性體3產(chǎn)生某一駐波振動模態(tài)；所述其余的1片壓電元件5構(gòu)成另一個激振組，并通以某一超聲頻段內(nèi)（一般大于16 kHz）的余弦波激勵電信號，激發(fā)螺母彈性體3產(chǎn)生另一駐波振動模態(tài)；當(dāng)上述兩個激振組所施加激勵電信號的相位差為90度時，兩列駐波振動模態(tài)疊加耦合形成正向運動行波，使得電機輸出軸2實現(xiàn)正向運動輸出；當(dāng)上述兩個激振組所施加激勵電信號的相位差為270度時，兩列駐波振動模態(tài)疊加耦合形成反向運動行波，使得電機輸出軸2實現(xiàn)反向運動輸出。

綜上所述，本實用新型公開了一種微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置，較好的解決了螺紋副驅(qū)動型超聲電機在實際應(yīng)用過程中存在的可靠性、安全性與實用性差等問題。同時微小型精密壓電超聲驅(qū)動裝置具有定位精度高、響應(yīng)速度快、環(huán)境適用能力強等技術(shù)優(yōu)勢，在航空航天、數(shù)碼產(chǎn)品、智能機器人以及醫(yī)療器械等精密驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。