《基於壓電陶瓷微振動實現螺紋傳動的機理及器件研究》是依託清華大學，由褚祥誠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於壓電陶瓷微振動實現螺紋傳動的機理及器件研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：褚祥誠
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
用於手機鏡頭聚焦和圖像光學縮放用驅動器需要具有微米定位精度、微小型尺寸、低損耗，抗跌落能力強，價格低等特點。傳統驅動器在手機鏡頭技術提升上正面臨局限性。本基金提出基於壓電陶瓷微振動直接實現機械螺旋傳動的技術，該技術是物理聲學、新材料、機械學等多學科交叉的前沿性課題，具有科學研究價值和實際套用價值。基金將研究壓電螺旋傳動的機理，壓電陶瓷結構的振動、疲勞、發熱和最佳化，壓電螺紋參數最佳化，壓電螺紋傳動器件與鏡頭模組、精密定位系統的集成等。壓電螺旋傳動技術從結構和性能上優於已有的直線傳動機構，其特點：結構簡單，包括螺紋副和壓電陶瓷三個部件，部件數量比壓電電機實現螺旋傳動的結構要少50％到70％。且壓電陶瓷直接實現螺旋傳動，沒有傳統技術常採用的旋轉到直線運動的中間轉換機構。明顯提高了螺旋直線運動的可靠性和轉換效率，易於系統微型化，更適於在手機通訊、電腦視頻、航空、軍工、醫藥等領域使用。
結題摘要
為彌補傳統螺紋傳動機構存在的不足，基於課題組早期研究的轉速可達10000 rpm，回響時間小於1ms的棒板結合式壓電電機，新提出了一種新型的智慧型螺紋傳動新原理和新技術，豐富了現有螺紋傳動的機構原理和相關理論。基於該理論成功製備出可實現光學聚焦或微動台精密驅動的多品種螺紋壓電電機，該電機普遍採用筒板結合式的定子結構，在B11振動模態下通過定子圓筒內螺紋和接觸面的摩擦作用，將運動傳遞給轉子實現直線運動。研究中獲得該壓電電機的機電耦合模型，並剖析了壓電陶瓷在螺紋齒合處的微觀振動實現螺紋傳動的機理。試驗中測試了電機轉速、啟動回響時間等工作性能，並研究了電機工作頻率、載入電壓、攜帶負載對電機轉速的影響，以及電機轉子在定子內轉動時的相對位置對電機諧振頻率與反諧振頻率的影響。研究了電機的高低溫環境下的阻抗譜、導納等基本電學特性，這為電機在變溫環境中的負載特性和電學控制提供了參考依據。在該基金支持下，研製出基於單層或多層壓電陶瓷的螺紋傳動器件4種、鏡頭模組2種、精密微動台1種，可實現圖像快速聚焦和系統精密定位，同時也解決了傳統驅動技術小型化難、效率低、穩定性差等問題。其中，用於鏡頭聚焦的壓電模組實現如下技術指標：壓電陶瓷層數1～9層； 壓電陶瓷層厚50~300微米；內嵌光學模組的螺紋直徑≤8mm； 螺紋傳動回響時間＜1ms；螺紋最大直線推進速度＞10mm/s；行程＞3mm，將所研製的壓電螺紋傳動器件與CCD模組集成，構成了手機和電腦視頻用光學模組，實現了圖像快速聚焦和機械微系統的快速定位。該技術積極推動了新技術和新器件在手機通訊、小型微動台精密驅動、電腦視頻圖像採集、醫療注射等領域的產業化進程。依託該基金支持，申請了5項專利（涉及壓電螺紋驅動技術及其精密微動台3項、螺紋驅動器用於電腦視頻圖像聚焦和手機聚焦模組1項和驅動器用於醫療注射泵1項），3項已授權，2項公開。發表學術論文6篇（3篇SCI、3篇EI）。為企業培養高級技術人員5人，培養博士生1人，碩士生7人，本科生3人。
