多驱动触点仿生直线压电驱动器及精密微动台的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种多驱动触点仿生直线压电驱动器及精密微动台，属于压电驱动器【技术领域】；所述压电驱动器包括金属材质的基板和从基板的一侧伸出的四个相同的驱动足，每个驱动足的相同两侧均设置有沿厚度方向极化的压电陶瓷片，所述基板为矩形、圆形或椭圆形，所述驱动足绕所述基板的中心矩形分布于所述基板上。本实用新型中四条驱动足边界条件相同，变形和谐振频率协调性好，驱动稳定性高。
【专利说明】多驱动触点仿生直线压电驱动器及精密微动台
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压电驱动器【技术领域】，特别是指一种多驱动触点仿生直线压电驱动器及包括该压电驱动器的精密微动台。
【背景技术】
[0002]清华大学褚祥诚等提出的CN101795088B号专利文献，名称为“多足直线压电驱动器与工作台”，其实现方式为，压电驱动器的金属基板上伸出的方片形驱动足形成梳状结构，粘接在驱动足侧面的方形压电陶瓷片，压电陶瓷片沿厚度方向极化，所有驱动足的端面在一个平面上；将电信号引入压电陶瓷片的电极面，会同时激发驱动足一阶伸缩振动和一阶或二阶弯曲振动，两种振动的耦合作用使得驱动足底面质点做椭圆运动，驱动器多个足底的椭圆振动累积叠加为宏观直线运动。
[0003]德国Anmelder.等提出的DE 4408618 Al号专利文献，名称为“双晶片调整驱动装置”，其实现方式为，整个基体都是压电陶瓷，并且伸出来四条腿，四条腿是多层陶瓷，且一字排开，电极刷在伸出来的四条腿的两侧，其中一侧表面的电极接电信号，另一侧表面的电极接地；整个基体就相当于是一个电机的定子，通过基体的基板下面向上面施加一个预紧力，使得四条腿上面的端部与一个滑条(称为动子)接触，四条腿上端部的轨迹是一个椭圆，在预紧力的作用下与动子通过摩擦力作用使得动子发生运动。
[0004]上述两种方案中，四条驱动足均是从左到右呈一字排开，驱动器装夹好后工作时，由于驱动器本身不是完全对称的，左右两侧的两条驱动足的边界条件不同，会导致两侧的驱动足与中间的两条驱动足的谐振频率略有区别，影响到驱动器的端部椭圆轨迹形状和驱动器的工作特性。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种各驱动足的谐振频率和端部的椭圆变形完全一致的多驱动触点仿生直线压电驱动器及包括该压电驱动器的精密微动台。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供技术方案如下:
[0007]—种多驱动触点仿生直线压电驱动器，包括金属材质的基板和从所述基板的一侧伸出的四个相同的驱动足，每个驱动足的相同两侧均设置有沿厚度方向极化的压电陶瓷片，所述基板为矩形、圆形或椭圆形，所述驱动足绕所述基板的中心矩形分布于所述基板上。
[0008]进一步的，所述压电陶瓷片的两面被电极，其中一面靠近所述驱动足的电极接地信号，另一面远离所述驱动足的电极加电信号；
[0009]在所述压电陶瓷片的厚度方向上相邻的两个驱动足为一组，每个驱动足上的两个压电陶瓷片的极化方向相反，同一组内的两个驱动足的压电陶瓷片的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足的极化方式和加电方式都相同。
[0010]进一步的，所述基板为长方形，所述驱动足在所述基板的长度方向上一字排列；所述压电陶瓷片沿所述基板的宽度方向设置于所述驱动足的两侧。
[0011]进一步的，所述压电陶瓷片的两面被电极，其中一面靠近所述驱动足的电极接地信号，另一面远离所述驱动足的电极加电信号；
[0012]所述驱动足沿所述基板的中间对称分为两组，每个驱动足上的两个压电陶瓷片的极化方向相反，同一组内的两个驱动足的压电陶瓷片的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足的极化方式和加电方式都相同。
[0013]进一步的，所述驱动足与基板交接处，在所述基板与所述压电陶瓷片之间设置有绝缘凸台，所述绝缘凸台的高度小于所述压电陶瓷片的厚度。
[0014]进一步的，所述绝缘凸台的高度为所述压电陶瓷片的厚度的一半。
[0015]进一步的，所述驱动足的远端面上粘贴有抗磨损的触点，所述触点为T形，所述触点与被驱动件线接触。
[0016]进一步的，所述触点的材料为氧化铝结构陶瓷。
[0017]进一步的，所述驱动足与基板为一体结构，所述驱动足与基板的材质为黄铜、磷青铜、不锈钢、镍铁合金、锡青铜、铝钢复合或铝合金镀镍。
[0018]一种精密微动台，包括上述的多驱动触点仿生直线压电驱动器。
[0019]本实用新型具有以下有益效果:
[0020]与现有技术相比，本实用新型的四个驱动足绕基板中心矩形分布于基板上，代替传统四条驱动足从左到右呈一字排列，使得本实用新型的驱动器的各驱动足处于完全结构对称的状态，驱动器装夹好后，每个驱动足的边界条件完全一样，从而使得四条驱动足的协调变形更加完美，四条驱动足的谐振频率和端部的椭圆变形完全一致，提高了驱动器的工作性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器组成结构示意图；
[0022]图2为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器某一驱动足变形示意图；
[0023]图3为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器某一驱动足加电示意图；
[0024]图4为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器某一组驱动足变形示意图；
[0025]图5为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器某一组驱动足加电示意图；
[0026]图6为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器从四个驱动足看基板的俯视图；
[0027]图7为本实用新型的多驱动触点仿生直线压电驱动器另一种实施方式的结构示意图；
[0028]图8为图7所示的多驱动触点仿生直线压电驱动器从基板看四个驱动足的俯视图。
【具体实施方式】
[0029]为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0030]如图1-6所示，本实用新型提供一种多驱动触点仿生直线压电驱动器，包括金属材质的基板I和从基板I的一侧伸出的四个相同的驱动足2、3、4、5，每个驱动足2、3、4、5的相同两侧均粘贴有沿厚度方向极化的压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52，基板I为矩形、圆形或椭圆形，驱动足2、3、4、5绕基板I的中心矩形分布于基板I上。
[0031]与现有技术相比，本实用新型的四个驱动足2、3、4、5绕基板中心矩形分布于基板I上，代替传统四条驱动足2、3、4、5从左到右呈一字排列，使得本实用新型的驱动器的各驱动足2、3、4、5处于完全结构对称的状态，驱动器装夹好后，每个驱动足2、3、4、5的边界条件完全一样，从而使得四条驱动足2、3、4、5的协调变形更加完美，四条驱动足2、3、4、5的谐振频率和端部的椭圆变形完全一致，提高了驱动器的工作性能。
[0032]在图1所示的实施例中，基板I为矩形，四个驱动足2、3、4、5绕基板I中心矩形分布于基板I边缘。
[0033]本实用新型结构设计紧凑，不像已有的驱动器的四个驱动足排列成一排，而是对称分布在基板I的边缘上，这增加了精密微动台整体设计的灵活性，如果在精密微动台设计中，将其埋入精密微动台内部，则整体结构会比较小。
[0034]接着，由于采用压电双晶片结构，所以本实用新型工作时，可以采用多种加电方式，优选的，如图2所示，我们以一个驱动足11为例来说明驱动足的极化与加电方式，压电陶瓷片12、13的两面被电极，其中一面靠近驱动足11的电极接地信号，另一面远离驱动足11的电极加电信号。
[0035]工作时，在压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52的厚度方向上相邻的两个驱动足为一组，每个驱动足2、3、4、5上的两个压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52的极化方向相反，同一组内的两个驱动足2、3、4、5的压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足2、3、4、5的极化方式和加电方式都相同。
[0036]对驱动足11，如图2所示，驱动足11的第一片压电陶瓷12的左侧电极接入电信号A(t)，右侧电极接地，驱动足11的第二条压电陶瓷13的右侧接入电信号B (t)，左侧电极接地。其中，电信号A(t)和B(t)如图3所示，当A、B电信号处于图3中的①时，A、B都为正，此时单个驱动足的第一片压电陶瓷12和单个驱动足的第二片压电陶瓷13都发生伸长，单个驱动足11发生伸长变形，此时单个驱动足11的触点14的Q点在椭圆的最上端，如图2中的①；当A、B电信号处于图3中的②时，A为负，B为正，此时单个驱动足11的第一片压电陶瓷12收缩，单个驱动足11的第二条压电陶瓷13伸长，单个驱动足11发生向左的弯曲变形，此时单个驱动足的触点14的Q点处于椭圆的最左端，如图2中的②；当A，B电信号处于图3中的③时，A，B都为负，此时驱动足11的第一片压电陶瓷12和驱动足11的第二条压电陶瓷13都发生收缩，驱动足11发生收缩变形，此时驱动足11的触点14的Q点处于椭圆的最下端，如图2中的③；当A，B电信号处于图3中的④时，A为正，B为负，此时驱动足11的第一片压电陶瓷12伸长，驱动足11的第二条压电陶瓷13收缩，驱动足11发生向右的弯曲变形，此时驱动足11的触点14的Q点处于椭圆的最右端，如图2中的④；当A，B电信号以图3中①②③④方式周期性连续变化时，驱动足11的触点14的Q点将产生图2中①②③④的连续变形，从而形成驱动足11的触点14的Q点的椭圆运动轨迹。
[0037]每两个这样的驱动足2、3或4、5构成一组，驱动被驱动件向前运动。对第一组驱动足2、3两边压电陶瓷21、22、31、32按图5所示的方式进行极化和加电，第二组驱动足4、5两边压电陶瓷41、42、51、52的极化和加电方式和第一组相同。在图5中，驱动足2、3两边的压电陶瓷21、22、31、32极化方式相同，而加电相反，这样就可以使得每组内两驱动足之间的运动对称，产生如图4所示的椭圆运动。
[0038]两组之间驱动足的大小方向，结构组成，加电方式，和运动状态完全相同，可以增大被驱动件(即滑条)的输出力，每组内的两驱动足之间大小方向相同，运动独立，并且会产生两个对称的椭圆运动使得驱动器可以输出连续的位移。
[0039]本实用新型还可以有多种结构实现形式，为制作简便，优选方式如图7所示，基板19为长方形,驱动足15、16、17、18在基板19的长度方向上是一字排列的；而压电陶瓷片
151、152、161、162、171、172、181、182沿基板19侧面方向设置于所述驱动足上15、16、17、18上。如图8所示，为从基板19向驱动足15、16、17、18看去，压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181、182的粘贴方式图。
[0040]驱动足加电产生振动时，压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181、182贴在驱动器基体的外侧(如图8)，相对压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52贴在驱动器基体的内侧(如图6)具有更大的空间，方便压电陶瓷片的粘贴和引线，同时，这种结构方式也减小了压电陶瓷片两面电极短路的可能性。另一方面，由于振动波是沿着压电陶瓷陶瓷片151、
152、161、162、171、172、181、182振动方向传递的，即垂直于压电陶瓷片151、152、161、162、
171、172、181、182方向传导，为了减弱振动波对压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181,182的影响，而将压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181、182垂直于驱动足排列方向粘贴于所述四个驱动足15、16、17、18上，使每个驱动足15、16、17、18之间影响很小几乎可以忽略。
[0041]同样的，驱动足有多种极化与加电方式，优选的，驱动足15、16、17、18采用与驱动足11(图2)相同的极化与加电方式，如图7所示，驱动足15、16、17、18沿基板的中心方向对称分为两组，每个驱动足15、16、17、18上的两个压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181,182的极化方向相反，同一组内的两个驱动足15、16或者17、18的压电陶瓷片151、152、161、162、171、172、181、182的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足15、16、17、18的极化方式和加电方式都相同，具体工作过程如前所述。
[0042]两组之间驱动足15、16和17、18的大小方向，加电方式，完全相同，同时加电时可以增大被驱动件(即滑条)的输出力。
[0043]作为对本实用新型的一种改进，驱动足2、3、4、5与基板I或者驱动足15、16、17、18与基板19交接处，在基板I或19与压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52或者151、152、161、162、171、172、181、182之间可以设置有绝缘凸台(未示出)，绝缘凸台的高度小于压电陶瓷片 21、22、31、32、41、42、51、52 或者 151、152、161、162、171、172、181、182 的厚度。由于驱动器工作时，驱动足处于高频振动状态，该结构有效的避免了应力集中和疲劳损坏；并且绝缘凸台的高度小于压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52或者151、152、161、162、171、
172、181、182的厚度，避免压电陶瓷片 21、22、31、32、41、42、51、52 或者 151、152、161、162、171、172、181、182的边缘面与基板I或19接触，从而避免了压电陶瓷片21、22、31、32、41、42、51、52或者151、152、161、162、171、172、181、182上下表面电极短路。优选的，绝缘凸台的高度为压电陶瓷片 21、22、31、32、41、42、51、52 或者 151、152、161、162、171、172、181、182的厚度的一半。
[0044]本实用新型中，如图1所示，驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18的远端面上粘贴有抗磨损的触点6、7、8、9或者61、62、63、64，触点6、7、8、9或者61、62、63、64为T形，触点6、
7、8、9或者61、62、63、64与被驱动件线接触。
[0045]在驱动足与被驱动件之间添加有抗磨损的触点,避免了驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18本身直接参与摩擦，增强了驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18的耐磨度，从而增强了驱动器的性能，包括寿命和精度。本实用新型的触点可以采用多种结构形式，优选的采用T形结构，如图6所示，顺着驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18向基板I或者19看去，接触线位于驱动足驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18中间，使用T形结构的触点，使得线接触代替传统的点接触和面接触，有效增强了驱动器的运动性能。
[0046]实际生产制作时，触点可以采用各种合适的材料，优选的，触点6、7、8、9或者61、62、63、64的材料为氧化铝结构陶瓷。
[0047]为了简化制作工艺与流程，驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18与基板I或者19为一体结构。驱动足2、3、4、5或者15、16、17、18与基板I或者19的材质优选为黄铜、磷青铜、不锈钢、镍铁合金、锡青铜、铝钢复合或铝合金镀镍；将单层压电陶瓷片粘贴在金属基体上，避免PI的多层压电陶瓷结构，大大降低制造工艺和制造成本，并且金属易于加工和装夹。
[0048]本实用新型还提供一种包括上述多驱动触点仿生直线压电驱动器的精密微动台，由于压电驱动器的结构与上相同，此处不再赘述。
[0049]本实用新型的有益效果如下:
[0050]1、本实用新型的精密微动台中压电驱动器的四个驱动足绕基板中心矩形分布于基板上，使得各驱动足处于完全结构对称的状态，驱动器装夹好后，每个驱动足的边界条件完全一样，从而使得四条驱动足的协调变形更加完美，四条驱动足的谐振频率和端部的椭圆变形完全一致，提高了驱动器的工作性能，也提高了精密微动台的工作性能。
[0051]2、压电陶瓷片贴在驱动器基体的外侧，相对压电陶瓷片贴在驱动器基体的内侧(如图6)具有更大的空间，方便压电陶瓷片的粘贴和引线，同时也减小了压电陶瓷片两面电极短路的可能性。另一方面，由于振动波是沿着压电陶瓷陶瓷片振动方向传递的，即垂直于压电陶瓷片方向传导，为了减弱振动波对压电陶瓷片的影响，而将压电陶瓷片沿所述基板宽度方向设置于所述驱动足两侧，使每个所述驱动足之间影响很小几乎可以忽略。
[0052]以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种多驱动触点仿生直线压电驱动器，包括金属材质的基板和从所述基板的一侧伸出的四个相同的驱动足，每个驱动足的相同两侧均设置有沿厚度方向极化的压电陶瓷片，其特征在于，所述基板为矩形、圆形或椭圆形，所述驱动足绕所述基板的中心矩形分布于所述基板上。
2.根据权利要求1所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述压电陶瓷片的两面被电极，其中一面靠近所述驱动足的电极接地信号，另一面远离所述驱动足的电极加电信号； 在所述压电陶瓷片的厚度方向上相邻的两个驱动足为一组，每个驱动足上的两个压电陶瓷片的极化方向相反，同一组内的两个驱动足的压电陶瓷片的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足的极化方式和加电方式都相同。
3.根据权利要求1所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述基板为长方形，所述驱动足在所述基板的长度方向上一字排列；所述压电陶瓷片沿所述基板的宽度方向设置于所述驱动足的两侧。
4.根据权利要求3所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述压电陶瓷片的两面被电极，其中一面靠近所述驱动足的电极接地信号，另一面远离所述驱动足的电极加电信号； 所述驱动足沿所述基板的中间对称分为两组，每个驱动足上的两个压电陶瓷片的极化方向相反，同一组内的两个驱动足的压电陶瓷片的极化方式相同，加电方式相反，不同组内的驱动足的极化方式和加电方式都相同。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述驱动足与基板交接处，在所述基板与所述压电陶瓷片之间设置有绝缘凸台，所述绝缘凸台的高度小于所述压电陶瓷片的厚度。
6.根据权利要求5所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述绝缘凸台的高度为所述压电陶瓷片的厚度的一半。
7.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述驱动足的远端面上粘贴有抗磨损的触点，所述触点为T形，所述触点与被驱动件线接触。
8.根据权利要求7所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述触点的材料为氧化铝结构陶瓷。
9.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器，其特征在于，所述驱动足与基板为一体结构，所述驱动足与所述基板的材质为黄铜、磷青铜、不锈钢、镍铁合金、锡青铜、铝钢复合或铝合金镀镍。
10.一种精密微动台，其特征在于，包括权利要求1至9中任一权利要求所述的多驱动触点仿生直线压电驱动器。
【文档编号】H02N2/02GK204013280SQ201420417048
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】祝聪, 崔宏超, 褚祥诚 申请人:北京派和科技股份有限公司