[發明專利]基于三個壓電堆的旋轉式驅動裝置及方法

有效

• 申請號: 201410060793.6
• 申請日: 2014-02-21
• 公開（公告）號: CN103904937A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 徐明龍;敬子建;梁云;江文劍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明屬于壓電陶瓷驅動裝置，具體涉及基于三個壓電堆的旋轉式驅動裝置及方法。

背景技術

近年來隨著微納米技術的迅猛發展，壓電驅動裝置在光學、電子、航空、航天、機械制造、醫學及遺傳工程等技術領域取得廣泛應用。尤其是在航天領域，迫切需要一種體積小，質量輕，驅動力大，分辨力高的驅動裝置。壓電陶瓷驅動器雖然具有體積小，位移輸出分辨力高，易于控制，無雜散磁場等特點，但是由于其位移輸出行程較小且只能輸出直線位移因此應用范圍被大大減小。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于三個壓電堆的旋轉式驅動裝置及方法，將壓電陶瓷驅動器輸出的直線位移轉變為角位移，并通過多個壓電陶瓷驅動器的協調步進實現大行程的角位移輸出，并且同時具備結構緊湊，體積小，重量輕的特點。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：

基于三個壓電堆的旋轉式驅動裝置，包括定子1，外圈固定于定子1內孔中的精密軸承2，輸出軸3一端固定于精密軸承2內圈，另一端固定于連接環4，連接環4兩側分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機構5和第二箝位機構6，在第一箝位機構5內部安裝有第一壓電陶瓷驅動器7，在第二箝位機構6內部安裝有第二壓電陶瓷驅動器8，所述連接環4、第一箝位機構5和第二箝位機構6共同組成偏轉結構9，在偏轉結構9上固定有驅動機構11，在驅動機構11內部安裝有第三壓電陶瓷驅動器10，所述驅動機構11為非對稱結構。

上述所述驅動裝置實現旋轉步進的方法：初始狀態：第一壓電陶瓷驅動器7、第二壓電陶瓷驅動器8和第三壓電陶瓷驅動器10均不帶電，第一箝位機構5和第二箝位機構6與定子1相接觸，靠摩擦力進行箝位，系統處于鎖止狀態；旋轉步進時分為三步：第一步，第二壓電陶瓷驅動器8通電，由于逆壓電效應，第二壓電陶瓷驅動器8伸長，第二箝位機構6沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，同時第一箝位機構5繼續保持箝位狀態；第二步，第三壓電陶瓷驅動器10通電，由于逆壓電效應，第三壓電陶瓷驅動器10伸長，導致驅動機構11沿定子徑向方向縮短。由于驅動機構11固定于偏轉結構9上，且驅動機構11為非對稱結構，因此驅動機構將帶動偏轉結構9發生彎曲；第三步，第一壓電陶瓷驅動器7通電，由于逆壓電效應，第一壓電陶瓷驅動器7伸長，第一箝位機構5沿定子徑向方向長度減小，不再箝位，此時偏轉機構9受彈性回復力影響解除彎曲狀態，第一箝位機構5隨偏轉結構9的回復而步進一定角度；重復上述三步，系統實現旋轉步進。

本發明和現有技術相比，具有如下優點：

由于初始狀態下第一壓電陶瓷驅動器7、第二壓電陶瓷驅動器8和第三壓電陶瓷驅動器10均不帶電，第一箝位機構5和第二箝位機構6與定子1相接觸，靠摩擦力進行箝位，系統處于鎖止狀態，因此該旋轉步進式壓電陶瓷驅動裝置具有斷電后位置鎖止的功能。同時該壓電陶瓷驅動裝置由于采用壓電陶瓷作為驅動器，因此具有較高的輸出精度。并且由于結構簡單，體積小，降低了結構的復雜性及尺寸，因此工作穩定可靠，應用范圍廣泛。

附圖說明

圖1為本發明驅動裝置的結構爆炸示意圖。

圖2為本發明偏轉結構的示意圖。

圖3為本發明驅動機構的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明一種基于三壓電陶瓷的旋轉步進式壓電陶瓷驅動裝置，包括定子1，外圈固定于定子1內孔中的精密軸承2，輸出軸3一端固定于精密軸承2內圈，另一端固定于連接環4，連接環4兩側分別通過柔性鉸鏈連接有第一箝位機構5和第二箝位機構6，在第一箝位機構5內部安裝有第一壓電陶瓷驅動器7，在第二箝位機構6內部安裝有第二壓電陶瓷驅動器8，所述連接環4、第一箝位機構5和第二箝位機構6共同組成偏轉結構9，在偏轉結構9上固定有驅動機構11，在驅動機構11內部安裝有第三壓電陶瓷驅動器10，所述驅動機構11為非對稱結構。驅動機構11一端通過第一螺栓12和第二螺栓13固定在偏轉結構9的第二箝位機構6上，另一端通過第三螺栓14和第四螺栓15固定在偏轉結構9的第一箝位機構5上。

如圖2所示，偏轉結構9包括連接環4，通過柔性鉸鏈固定于連接環4一端的第一箝位機構5，通過柔性鉸鏈固定于連接環4另一端的第二箝位機構6，安裝于第一箝位機構5內部的第一壓電陶瓷驅動器7，安裝于第二箝位機構6內部的第二壓電陶瓷驅動器8。