[發明專利]含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器及方法

有效

• 申請號: 201510061524.6
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104753393B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發明（設計）人: 宋思揚;徐明龍;邵恕寶;敬子建
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

1.一種含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器，其特征在于：包括雙層結構的定子(1)，安裝于定子(1)內的轉子(2)，通過絲杠螺紋連接于轉子(2)中心的絲杠(3)，位于轉子(2)中的驅動環(4)，通過柔性鉸鏈與轉子(2)連接的曲梁(5)，連接于曲梁(5)末端的鉗位環(6)，鉗位環(6)安裝在定子(1)的雙層結構間；第一壓電堆(7)安裝于驅動環(4)中，推動曲梁(5)繞轉子(2)轉動，第二壓電堆(8)安裝于鉗位環(6)中，用于鎖定曲梁(5)與定子(1)之間的運動。

2.根據權利要求1所述的含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器，其特征在于：轉子(2)與鉗位環(6)間使用曲梁(5)連接，通過曲梁(5)向轉子輸出作動力。

3.根據權利要求1所述的含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器，其特征在于：其鎖定特征采用絲杠自鎖原理，轉子(2)與縱向輸出絲杠(3)之間采用梯形絲杠結構，實現旋轉—縱向位移的輸出。

4.根據權利要求1所述的含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器，其特征在于：鉗位環(6)安裝在定子(1)的雙層結構間，依靠縱向擠壓提供的摩擦力實現鉗位。

5.權利要求1所述的含曲梁結構的雙壓電堆步進旋轉式作動器的作動方法，其特征在于：能實現雙向旋轉，當第一壓電堆(7)與第二壓電堆(8)同時斷電時，作動器處于初始鎖止狀態，依靠轉子(2)與絲杠(3)之間的絲杠螺紋對轉子(2)與絲杠(3)進行鎖止；作動器實現順時針轉動時步驟如下；第一步：第一壓電堆(7)通電，由于逆壓電效應，第一壓電堆(7)伸長，帶動連接驅動環(4)的柔性鉸鏈發生彎曲，推動了曲梁(5)大致沿圓周切向向順時針方向轉動，從而使鉗位環(6)與其中的第二壓電堆(8)向順時針方向產生微小位移；第二步：第二壓電堆(8)通電，由于逆壓電效應，鉗位環(6)被頂開，沿絲杠(3)方向伸長，由于外部定子(1)的限制使得鉗位環(6)鎖止在定子(1)中；第三步：第一壓電堆(7)斷電，驅動環(4)恢復原長，其所屬的柔性鉸鏈復位，同時由于鉗位環(6)固定了定子(1)與曲梁(5)之間的相對運動，轉子(2)將在驅動環(4)所屬柔性鉸鏈的帶動下沿順時針轉動，另外由于轉子(2)與絲杠(3)之間采用螺紋連接，轉子(2)轉動同時推動絲杠(3)輸出軸向位移；第四步：第二壓電堆(8)斷電，裝置回復到初始狀態，同時與最初狀態相比，轉子(2)沿順時針方向完成了一步微小位移，另外由于轉子(2)與絲杠(3)之間的絲杠螺紋，轉動同時推動絲杠(3)輸出軸向位移；循環進行上述一到四步，即實現轉子(2)的連續作動，同時帶動絲杠(3)沿其軸向持續作動；該作動器實現逆時針轉動時，同樣分四步進行作動，具體步驟如下：第一步：第二壓電堆(8)通電，帶動鉗位環(6)伸長，由于定子(1)的限制使鉗位環(6)與曲梁(5)的末端與定子(1)保持固定；第二步：第一壓電堆(7)通電，驅動環(4)在第一壓電堆(7)帶動下伸長，其所屬的柔性鉸鏈發生轉動，同時由于曲梁(5)末端固定于定子(1)，轉子(2)將在柔性鉸鏈轉動時沿逆時針轉動，另外由于轉子(2)與絲杠(3)之間采用絲杠螺紋連接，轉子(2)轉動同時推動絲杠(3)輸出軸向位移；第三步：第二壓電堆(8)斷電，鉗位環(6)恢復原長，曲梁(5)與定子(1)不再固定；第四步：第一壓電堆(7)斷電，驅動環(4)恢復原長，曲梁(5)在驅動環(4)復位拉動作用下繞驅動環(4)處的柔性鉸鏈近似沿定子(1)圓周向逆時針方向轉動，至此作動器恢復到初始狀態，且轉子(2)沿逆時針方向產生微小轉動；循環進行上述一到四步，即實現轉子逆時針的連續作動，同時帶動絲杠(3)沿其軸向持續作動。