[發明專利]一種行走式壓電旋轉馬達

有效

• 申請號: 201510021064.4
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104578901B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 于連棟;韓麗玲;潘成亮;夏豪杰;張進;張煒;魯思穎;趙亞慧;張宏偉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12;H02N2/14
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及驅動器領域，具體是一種應用新型壓電扭轉驅動器和壓電箝位軸承驅動模塊的行走式壓電旋轉馬達。

背景技術

隨著微納米科學技術的快速發展，在物理化學、生物醫學、航天航空、新型能源等多種領域中，迫切需要微納米級精密定位和微納米級精密驅動技術。在現有微納定位操作機構設計中，串聯式旋轉關節操控機構能實現多自由度運動，繼承了工業機器手、關節坐標測量機的設計特點，具有整體結構緊湊、三維運動范圍大、操控靈活性強等優勢，受到廣泛的關注。在精密旋轉定位驅動系統中，驅動器對整個系統的性能有著決定性的影響。與傳統的驅動器相比，以智能材料為核心功能材料的微型驅動器脫穎而出。

以電磁式驅動為核心的驅動器在小尺寸下輸出功率較小，發熱較嚴重；以形狀記憶合金為核心的驅動器可控性較難，發熱影響控制精度，響應速度較慢；壓電驅動器具有換能效率高，體積小，重量輕，結構剛度大，優良的力(力矩)和輸出保持能力，亞毫秒級以上的響應速度，動態范圍寬等優點，在微型驅動中優勢明顯。目前，國內外壓電精密驅動器按照運動方式一般分為直接驅動式、尺蠖式和沖擊式。直接驅動式壓電驅動器通常將壓電元件與柔性鉸鏈結合，通過柔性鉸鏈放大壓電元件的位移輸出；尺蠖式壓電驅動器一般采取兩個箝位機構和一個伸縮機構，利用箝位單元的靜摩擦力和位移單元的伸縮變形，實現滑動桿與驅動機構之間的相對步進運動；沖擊式驅動器是利用壓電元件快速變形產生的慣性沖擊來實現微位移的一種步進驅動機構。直接驅動器結構設計復雜，需要合理設計柔性鉸鏈放大結構，尺寸往往較大；尺蠖式壓電驅動器通常驅動電路復雜，控制困難；沖擊式壓電驅動器存在步距非線性、輸出力矩小，以及磨擦磨損、振動干擾造成的穩定性差、定位精度低等問題。

這些不同驅動方式的壓電驅動器能實現旋轉位移的驅動，但是結構比較復雜，輸出力矩不穩定，效率不高，且難以實現微型化。

發明內容

本發明的目的是提供一種應用新型壓電扭轉驅動器和壓電箝位軸承驅動模塊實現行走式旋轉步進運動的行走式壓電旋轉馬達，以解決現有技術不同驅動方式壓電旋轉馬達微型化程度低、驅動力不足、精度較低、穩定性差的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種行走式壓電旋轉馬達，其特征在于：包括壓電扭轉驅動器，壓電扭轉驅動器兩端分別通過套筒安裝有壓電箝位軸承驅動模塊，壓電扭轉驅動器中設置有旋轉軸，且旋轉軸兩端分別穿過套筒并安裝于壓電箝位軸承驅動模塊內，其中：

所述壓電扭轉驅動器由壓電陶瓷圓管和設置在壓電陶瓷圓管外表面上的螺旋叉指電極構成，所述旋轉軸設置在壓電陶瓷圓管中心軸線處，所述套筒分別安裝在壓電陶瓷圓管兩管端上；

每個壓電箝位軸承驅動模塊包括環形的軸承座，軸承座的左、右半圓內壁分別設置有壓電堆座對，每個壓電堆座對分別由兩壓電堆座組成，每個壓電堆座以懸臂方式連接在軸承座內壁上，且軸承座左、右半圓內的壓電堆座對相互對稱，每個壓電堆座對中兩壓電推座之間分別連接有支架，軸承座左、右半圓內的支架呈相互對稱并相對向軸承座圓心拱起，且每個支架拱起頂點處分別設置為半圈，軸承座左、右半圓內支架上的半圈相對構成整圓的并與軸承座共圓心的軸承套圈，由軸承座、壓電堆座、支架、軸承套圈構成軸承單元，軸承單元中左、右半圓內壓電堆座對各自兩壓電堆座之間分別連接有壓電堆，且兩壓電堆相互對稱并分別與軸承座內同一徑向平行，由軸承單元和兩壓電堆構成壓電箝位軸承驅動模塊，兩壓電箝位軸承驅動模塊中的軸承座分別安裝在套筒上，且旋轉軸兩端分別穿過套筒并安裝在對應端電箝位軸承驅動模塊的軸承套圈中，由軸承套圈對旋轉軸施加一定的預夾緊力。

所述的一種行走式壓電旋轉馬達，其特征在于：壓電扭轉驅動器采用多對螺旋叉指電極設計以降低驅動電壓，多對螺旋叉指電極通過刻槽方式設置在壓電陶瓷圓管外表面上，通過刻槽電極結構以改善驅動電場分布，同時優化刻槽電極結構參數平衡對結構剛度的影響。

所述的一種行走式壓電旋轉馬達，其特征在于：每個套筒朝向壓電陶瓷圓管的一面分別設置有與壓電陶瓷圓管管內徑匹配的環臺，兩套筒采用環氧樹脂膠或 AB膠與壓電扭轉驅動器中壓電陶瓷圓管管端粘接，套筒上環臺分別插入壓電陶瓷圓管管端中，且環臺側面分別采用環氧樹脂膠或AB膠與壓電陶瓷圓管管端內側面粘接。

所述的一種行走式壓電旋轉馬達，其特征在于：每個套筒中分別沿平行于套筒中心軸線方向設置有對稱分布的四個螺紋孔，對應端的軸承座上亦對應開設有通孔，壓電箝位軸承驅動模塊安裝在對應端套筒上時，壓電箝位軸承驅動模塊中軸承座通過螺釘與套筒緊密連接。