用于极低温、超高真空环境的紧凑型压电步进旋转装置

技术领域

本申请涉及压电陶瓷步进电机技术领域，且更具体地，涉及一种应用于极低温、超高真空环境的紧凑型压电步进旋转装置。

背景技术

在极低温、超高真空的环境中，由于更低的热噪声以及可以观测到材料更加接近基态的信息，因而极低温、超高真空环境中的物性测量在凝聚态物理等方向的研究中起着至关重要的作用。

随着机电一体化的发展，压电陶瓷步进电机在机电转换中起到越来越重要的作用，比如对低温物性测量中的样品进行调姿。

然而，已知的压电陶瓷步进电机的体积太大，进而导致极低温、超高真空环境的整体体积太大，使整体成本非常大。

因此，需要一种适用于极低温、超高真空环境的结构紧凑的步进旋转装置。

发明内容

为了解决上述技术问题，提出了本申请。本申请的实施例提供了一种用于极低温、超高真空环境的紧凑型步进旋转装置，包括压电陶瓷元件和摩擦件，所述压电陶瓷元件在发生切向形变时绕旋转轴对所述摩擦件施加旋转驱动力。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置还包括轴承，优选推力轴承，所述轴承与所述摩擦件构成一整体件。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置还包括连接轴和底座，所述连接轴穿过所述推力轴承、摩擦件和压电陶瓷元件并与所述底座固定。

在本申请的一个实施例中，所述连接轴与所述底座拥有相同角度的斜面以防止两者之间的相对转动。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置进一步包括压电陶瓷元件连接件，用于连接所述压电陶瓷元件。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置进一步包括弹性件，所述弹性件向所述压电陶瓷元件施加预压力。

在本申请的一个实施例中，所述弹性件通过至少一个间隔件而与所述压电陶瓷元件间隔开，并通过所述间隔件向所述压电陶瓷元件施加预压力。

在本申请的一个实施例中，所述弹性件固定在所述紧凑型步进旋转装置的底座上。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置进一步包括角度获取装置，用于确定所述推力轴承的旋转角度。

在本申请的一个实施例中，所述角度获取装置包括电刷和电阻片，所述电刷可在所述电阻片上滑动以获取所述推力轴承的旋转角度。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置进一步包括盖板，其中，所述电阻片固定在所述盖板上。

在本申请的一个实施例中，所述紧凑型步进旋转装置进一步包括外壳，其中，所述外壳与所述盖板相连接。

与现有技术相比，采用根据本申请实施例的紧凑型步进旋转装置，可以通过切向形变压电陶瓷堆叠与摩擦件通过惯性步进或者分步步进方式驱动摩擦件发生旋转；轴承与摩擦件为一体式设计以提高空间利用率；轴承可用来稳定压电陶瓷元件和摩擦件的旋转轴；弹性件为压电陶瓷元件提供预压力，并利用间隔件限定压电陶瓷元件在垂直于轴方向的自由度。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的整体结构示意图。

图2图示了图1所示的紧凑型压电步进旋转装置的剖视示意图。

图3图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的弹性件与底座的结构示意图。

图4图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的压电陶瓷元件与摩擦件的结构示意图。

图5图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的轴承与摩擦件的结构示意图。

图6图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的连接轴、摩擦件、压电陶瓷元件以及压电陶瓷元件连接件的结构示意图。

图7图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的连接轴与底座的连接示意图。

图8图示了根据本申请一个实施例的压电步进旋转装置的角度获取装置的结构示意图。

附图标记列表

10 底座

15 外壳

20 盖板

25 弹片

30 陶瓷球

35 压电陶瓷元件连接件

40 压电陶瓷堆叠

45 摩擦片

50 轴承

51 滚珠

55 连接轴

60 电刷

65 电阻定位片

具体实施方式

下面，将参考附图详细地描述根据本申请的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是本申请的全部实施例，应理解，本申请不受这里描述的示例实施例的限制。

申请概述

如上所述，压电陶瓷步进电机在机电转换中起到越来越重要的作用，尤其是在极低温、超高真空的环境中。当前已知的压电陶瓷步进电机的体积太多，导致在极低温、超高真空环境进行物性测量的整体成本非常大。

针对该技术问题，本申请的基本构思是提出一种适用于极低温、超高真空环境的紧凑型压电陶瓷步进旋转装置，通过使压电陶瓷堆叠发生切向形变，以惯性步进或者分步步进方式驱动摩擦件发生旋转，并通过轴承与摩擦件一体化设计，使其结构紧凑，体积缩小。

在介绍了本申请的基本原理之后，下面将参考附图来具体介绍本申请的各种非限制性实施例。

示例性装置

图2图示了根据本申请一个实施例的用于极低温、超高真空环境的紧凑型压电步进旋转装置100的整体结构示意图，并且图2图示了图1所示的压电步进旋转装置100的剖视示意图。

如图1所示，压电步进旋转装置100自下而上依次包括底座10、外壳15和盖板20。底座10与外壳15可拆卸地连接。外壳15与盖板20可拆卸地连接。

如图2所示，压电步进旋转装置100还包括弹片25、陶瓷球30、压电陶瓷元件连接件35、压电陶瓷堆叠40、摩擦片45、轴承50、连接轴55、电刷60、以及电阻定位片65。

如图2所示，弹片25位于底座10上。具体地，如图3所示，弹片25在一侧固定在底座10上，在另一侧设有陶瓷球30。再次返回图2，弹片25通过陶瓷球30而与压电陶瓷元件连接件35间隔开。压电陶瓷元件连接件35通过弹片25对底座10施加预压力，并通过陶瓷球30而在提供预压力的同时限定压电陶瓷元件在垂直于轴方向的自由度。在本实施例中，弹片25是铍铜弹片。

如图2和4所示，压电陶瓷元件连接件35与压电陶瓷堆叠40连接，用于将多个压电陶瓷元件组成一个压电陶瓷堆叠40。

如图2和4所示，压电陶瓷堆叠40与摩擦片45固定连接。在发生切向形变但不限于发生切向形变时，组成压电陶瓷堆叠40的压电陶瓷元件分别绕旋转轴推动摩擦片45，对摩擦片45施加旋转驱动力。

如图2和5所示，摩擦片45和轴承50固定连接，优选地，摩擦片45和轴承50一体化设计以提高空间利用率，轴承具有滚珠51。在压电陶瓷元件施加的旋转驱动力的作用下，摩擦片45旋转，并带动轴承50旋转。在一个实施例中，轴承50是推力轴承，优选是异形的推力轴承。在一个实施例中，轴承50是采用氧化锆制成的。

如图2、6和7所示，连接轴55与轴承50的上表面连接，并穿过轴承50、摩擦片45、压电陶瓷堆叠40以及压电陶瓷元件连接件35而与底座10连接，优选地，连接轴55与底座10通过中心的螺纹相连接。连接轴55和底座10通过形状结合的方式防止两者之间的相对转动，优选地，如图6和7所示，连接轴55和底座10具有相同角度的斜面以防止两者之间的相对转动。

如图2和8所示，电阻定位片65连接在连接轴55的上侧表面(即连接轴55的背向轴承50和摩擦片45的表面)上，电刷60固定在盖板20的内侧表面(即面向连接轴55、轴承50和摩擦片45的一侧表面)上，电刷60在电阻定位片65上滑动，读取角度信息，实现闭环控制。在本实施例中，利用环形电阻片与电刷进行角度读取来实现闭环控制，但不限于此，例如电阻定位片也可以不是环形，而是带形的、菱形的等。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。