[發明專利]壓電疊堆驅動器的封裝固定結構器

無效

• 申請號: 200810010083.7
• 申請日: 2008-01-11
• 公開（公告）號: CN101232258A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 褚金奎;張段芹;侯志武;齊東周;王曉東
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02N2/00
• 分類號: H02N2/00;H02N2/04;H01L41/09;H01L41/053
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發明壓電疊堆驅動器的封裝固定結構器，屬于精密機械與儀器技術領域，涉及納米驅動和精密定位方面。

背景技術

壓電疊堆驅動器用于精密儀器或設備中實現納米級位移驅動，力驅動，諧振驅動等。常見的壓電疊堆驅動器是未封裝的，即裸壓電陶瓷疊堆，也有帶封裝的壓電陶瓷疊堆驅動器，如PI公司的一端帶有安裝螺紋的壓電疊堆驅動器。壓電陶瓷疊堆在應用時，一般要求一端固定，另一端與被驅動件銜接固定。常見的固定方法為粘貼固定，此方法驅動器與被驅動件的裝配不靈活，預緊力施加困難，而且由于壓電疊堆驅動器是直接被驅動件連接在一起，所以還存在著驅動位移沒有經過彈性體放大，連接部分受力不平衡等缺點。

發明內容

本發明要解決的問題是壓電陶瓷疊堆驅動器的安裝，克服了單純采用粘貼固定法的不足，設計了一種壓電疊堆驅動器的封裝固定結構。封裝固定結構在軸向具有一定柔性，壓電疊堆放置在封裝腔中，封裝結構一端固定在支座上，另一端安裝預緊螺母，施加預緊力使預緊螺栓緊抵壓電疊堆，封裝固定結構跟著壓電疊堆伸縮，其變形量在封裝固定結構的可承受范圍內。

本發明采用的技術方案是一種壓電疊堆驅動器的封裝固定結構器，由封裝結構主體I、預緊螺母II與壓電疊堆驅動器III組成。其中，整體加工的封裝結構主體I由固定平板1壓電疊堆腔體2、左翼4a、右翼4b與四個直線型彈性梁5a、5b、5c、5d組成；其中，固定平板1與左翼4a、右翼4b的形狀成“∏”形，壓電疊堆腔體2位于左翼4a與右翼4b的中間，其軸向平行于兩翼的方向，腔體左側的外壁通過左上直線型彈性梁5a和左下直線型彈性梁5b與左翼4a柔性連接，腔體右側的外壁通過右上直線型彈性梁5c和右下直線型彈性梁5d與右翼4b柔性連接，構成工型彈性體，在壓電疊堆腔體2的底部開有內螺紋孔，預緊螺母II擰緊在內螺紋孔中，與封裝結構主體I連接。壓電疊堆驅動器III封裝在封裝結構主體I的壓電疊堆安裝孔7中，使用預緊螺母II固定。

在固定平板1兩側加工出四個安裝孔6，在固定平板1中部加工出壓電疊堆安裝孔7，安裝孔的截面形狀與壓電疊堆驅動器的截面形狀相匹配，為矩形或圓形或三角形，安裝孔7與壓電疊堆腔體2的中空腔相通，在連通腔內壁兩側加工出導線槽8，在壓電疊堆腔體2的上端面加工出四個安裝孔3，用于連接被驅動件。

本發明的效果是壓電疊堆驅動器的封裝固定結構器提供了方便的、可靠的壓電疊堆的安裝方法。壓電疊堆安裝于封裝固定結構中，便于與其它組件精密裝配；此封裝固定結構在具有很好的軸向柔性的基礎上，可以對壓電疊堆施加一定的預緊力，提高了壓電疊堆驅動的可靠性和重復性，適用于高精度納米驅動、高頻諧振驅動和高精密定位系統中。

附圖說明

附圖1是壓電疊堆驅動器與封裝固定結構器的裝配圖；

附圖2是沿附圖1中A-A方向的剖視圖；

附圖3是壓電疊堆驅動器的封裝結構主體的俯視圖；

附圖4是壓電疊堆驅動器的封裝結構主體的主視圖；

其中：I-封裝結構主體，II-預緊螺母，III-壓電疊堆驅動器，1-固定平板，2-壓電疊堆腔體，3-安裝孔，4a-左翼，4b-右翼，5a-左上直線型彈性梁，5b-左下直線型彈性梁，5c-右上直線型彈性梁，5d-右下直線型彈性梁，6-安裝孔，7-安裝孔，8-導線槽。

具體實施方式

結合附圖1、附圖2、附圖3與附圖4詳細說明本發明的具體實施，將壓電疊堆驅動器從固定平板的安裝孔插入，驅動器上的引線順著導線槽進入；壓電疊堆驅動器完全進入封裝固定結構后，通過固定平板上的四個安裝孔將固定平板固定在支座上；而后在壓電疊堆腔體的底部安裝上預緊螺母，螺母端面緊抵壓電疊堆驅動器端面，并施加一定的預緊力。壓電疊堆腔體的上端面加工出四個安裝孔用于固定被驅動構件。

壓電疊堆安裝在封裝固定結構中之后，預緊螺母緊緊抵住壓電陶瓷伸長端，同時壓電陶瓷另一端緊緊抵住固定支座，實現壓電疊堆軸向的固定；當壓電疊堆接通驅動電源后，根據壓電陶瓷的驅動原理，壓電疊堆將發生伸長或收縮，壓電疊堆的伸縮帶動封裝固定結構的伸縮，所以說若想讓壓電疊堆正常工作，封裝固定結構必須具有一定的柔性。封裝固定結構上的四個直線型彈性梁以及它們與固定平板和壓電疊堆腔體間的柔性鉸鏈連接使此封裝固定結構具有很好的柔性。在壓電疊堆驅動器的工作位移范圍內(一般為幾十個微米)，此封裝固定結構施加在壓電疊堆上的作用力遠小于壓電疊堆所能承受的最大載荷力。

此壓電疊堆驅動器的封裝固定結構用于微構件力學拉伸測試裝置中，壓電疊堆水平方向驅動動載物臺，進而實現單軸拉伸微構件梁。微構件梁的單軸拉伸位移在10um范圍內，即壓電疊堆驅動器的驅動位移，裝置中采用的壓電疊堆所能承受的最大載荷為1200N。有限元結構分析表明，當對此封裝固定結構在軸向方向施加600N的作用力時，其軸向變形為216.5um，遠遠滿足微構件力學拉伸測試裝置中的要求。在測試實驗中，比較了未封裝的壓電疊堆和安裝在此封裝固定結構內的壓電疊堆的輸出特性曲線。未封裝的壓電疊堆輸出特性曲線標定：將壓電疊堆的一端用樹脂膠粘在平板上，另一端自由釋放，接通壓電疊堆的驅動電源，測得此壓電陶瓷的輸出特性曲線；安裝在此封裝固定結構內的壓電疊堆的輸出特性曲線：通過預緊螺母對壓電疊堆施加100N左右的預緊力，接通壓電疊堆的驅動電源，測得壓電疊堆的輸出特性曲線。比較兩組輸出特性曲線，發現此封裝固定結構沒有影響到壓電疊堆的輸出特性。