[發明專利]一種雙層齒輪互推旋轉式納米壓電馬達

有效

• 申請號: 201410134987.6
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103916044A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 段智勇;劉發永;蘇宇鋒;鄭國恒;弓巧俠;劉顯昱
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 朱俊峰;時立新

技術領域

本發明屬于納米精度壓電馬達設計技術領域，特別涉及一種雙層齒輪互推旋轉式納米精度壓電馬達。

背景技術

從壓電陶瓷誕生以來，各國科研人員圍繞壓電陶瓷驅動器都在進行著大量的研發工作。在幾十年的研發過程中，已經提出無數新穎的想法與巧妙的設計結構，并廣泛應用于精密儀器設備中，如高精度驅動、位移控制等。對于壓電驅動器的研究目前總體分為兩大方向：一是在材料方面，努力尋求新型壓電材料和復合結構壓電材料，以提高壓電陶瓷的機械和電學特性。目前已研發出的壓電單晶、壓電纖維、壓電聚合物等材料，在壓電系數、彈性模量方面已經取得顯著提高；二是結構方面，發展新型驅動結構和驅動方式，以提高輸出負載特性，相繼開發出了壓電彎曲驅動器、尺蠖馬達、行波馬達、慣性馬達等多種結構。

綜合目前的壓電馬達，廣泛存在著驅動力或力矩低、非線性、不易精確控制，行程具有局限性、結構復雜、可靠性降低、微型化難度大、存在摩擦等能量損耗降低能量效率等問題或缺陷。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單、動力強、易于精確控制、可靠性強、效率高的雙層齒輪互推旋轉式納米壓電馬達。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種雙層齒輪互推旋轉式納米壓電馬達，包括外殼，所述外殼內設有中心雙層齒輪轉子、外層壓電陶瓷堆、內層壓電陶瓷堆、動力驅動部分和用于限定中心雙層齒輪轉子單向轉動并實現步步自鎖功能的單向限位件，動力驅動部分分別與外層壓電陶瓷堆和內層壓電陶瓷堆傳動連接，中心雙層齒輪轉子由同軸同模數的外層齒輪和內層齒輪組成，外層壓電陶瓷堆的動力輸出端驅動中心雙層齒輪轉子的外層齒輪，內層壓電陶瓷堆的動力輸出端驅動中心雙層齒輪轉子的內層齒輪。

所述內層齒輪每個齒徑向最外端位于外層齒輪兩個相鄰齒徑向最外端與中心夾角的角平分線上，內層齒輪的模數由內層壓電陶瓷堆動力驅動端的伸長量與內層齒輪實際半徑決定。

所述外層壓電陶瓷堆設有兩個，兩個外壓電陶瓷堆對稱設在中心轉子外層齒輪回轉中心的兩側，外壓電陶瓷堆的動力驅動端為外頂針，外頂針的端部初始位置位于外層齒輪某一齒的最外端位置，假定該齒設為外一號齒，沿外齒輪旋轉方向臨近外一號齒的假定為外二號齒，壓電陶瓷堆的外頂針伸縮方向平行于外一號齒與外二號齒外端的連線。

所述內層壓電陶瓷堆設有兩個，兩個內壓電陶瓷堆對稱設在中心轉子內層齒輪回轉中心的兩側，內壓電陶瓷堆的動力驅動端為內頂針，內頂針的端部初始位置位于內層齒輪兩個相鄰的齒徑向最外端與中心夾角的角平分線上，假定這兩個齒分別為內一號齒和內二號齒，沿內層齒輪旋轉方向查數到內三號齒，假定內一號齒、內二號齒之間形成圓心角角平分線與內一號齒、內二號齒外端之間連線的交點為A，假定內二號齒、內三號齒之間形成圓心角角平分線與內二號齒、內三號齒外端之間連線的交點為B，壓電陶瓷堆的內頂針伸縮方向平行于A點和B點之間的連線。

所述單向限位件包括沿中心雙層齒輪轉子切線方向設置的限位桿，限位桿的端部設有兩個限位齒，兩個限位齒之間形成與外層齒輪的齒配合的單向卡槽。

采用上述技術方案，外殼用于固定中心雙層齒輪轉子，并為外層壓電陶瓷堆和內層壓電陶瓷堆提供基座，用于固定外層壓電陶瓷堆和內層壓電陶瓷堆。同時在底板上對應其他的每個部件都有相應的凸起，其他需要安裝在底板上的部件也都有對應的凹槽，這樣每個零件可以單獨生產，安裝時只要凸起和凹槽對準即可，安裝方便，易于維護。

中心雙層齒輪轉子上的齒輪與齒輪軸為一體結構，雙層齒輪為同一齒輪上下兩層模數相同半徑不同的同心齒輪，兩層齒輪的齒均從端面看去為類似三角形形狀，提高頂針與齒輪碰撞時齒輪的承受能力，頂針頂端光滑，可忽略與齒輪發生側滑時的摩擦阻力。

外頂針及內頂針的端部初始位置和伸縮方向的具體參數按照上述設置，在壓電陶瓷堆一次伸長完成助推齒輪后，壓電陶瓷堆前端的頂針部分側面將卡在相鄰的兩個齒上，只要壓電陶瓷堆滿足一定的伸長量，即使過多的伸長，也不會影響齒輪的轉動，從而使壓電陶瓷組伸長量的不穩定性不會影響最終壓電馬達的轉動位移精度。