[發(fā)明專利]含曲梁結(jié)構(gòu)的雙壓電堆步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510061524.6
• 申請(qǐng)日: 2015-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN104753393B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋思揚(yáng);徐明龍;邵恕寶;敬子建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/10
• 分類號(hào): H02N2/10;H02N2/12
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 何會(huì)俠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壓電步進(jìn)式作動(dòng)裝置，具體為一種含曲梁結(jié)構(gòu)的雙壓電堆步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器及方法。

背景技術(shù)

近年來壓電驅(qū)動(dòng)裝置不斷發(fā)展，有力的支持了國(guó)防、航天，機(jī)械制造等重要工業(yè)的發(fā)展建設(shè)，同時(shí)隨著需求和其他技術(shù)手段的不斷發(fā)展，對(duì)作動(dòng)器也提出了更高的要求，迫切需要一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，驅(qū)動(dòng)力大，分辨率高，易于控制的壓電作動(dòng)裝置，目前的旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)作動(dòng)裝置都需要三個(gè)或三個(gè)以上壓電堆驅(qū)動(dòng)，作動(dòng)步驟冗長(zhǎng)，繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種含曲梁結(jié)構(gòu)的雙壓電堆步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器及方法，使用雙壓電堆實(shí)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，利用絲杠鎖止傳動(dòng)，帶動(dòng)縱向桿步進(jìn)輸出直線位移，具有斷電自鎖功能，且結(jié)構(gòu)重量輕，體積小，作動(dòng)步驟簡(jiǎn)單，所需能耗低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種含曲梁結(jié)構(gòu)的雙壓電堆步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器，包括雙層結(jié)構(gòu)的定子1，安裝于定子1內(nèi)的轉(zhuǎn)子2，通過絲杠螺紋連接于轉(zhuǎn)子2中心的絲杠3，位于轉(zhuǎn)子2中的驅(qū)動(dòng)環(huán)4，通過柔性鉸鏈與轉(zhuǎn)子2連接的曲梁5，連接于曲梁5末端的鉗位環(huán)6，鉗位環(huán)6安裝在定子1的雙層結(jié)構(gòu)間；第一壓電堆7安裝于驅(qū)動(dòng)環(huán)4中，推動(dòng)曲梁5繞轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)，第二壓電堆8安裝于鉗位環(huán)6中，用于鎖定曲梁5與定子1之間的運(yùn)動(dòng)。

轉(zhuǎn)子2與鉗位環(huán)6間使用曲梁5連接，通過曲梁5向轉(zhuǎn)子輸出作動(dòng)力。

其鎖定特征采用絲杠自鎖原理，轉(zhuǎn)子2與縱向輸出絲杠3之間采用梯形絲杠結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)—縱向位移的輸出。

鉗位環(huán)6安裝在定子1的雙層結(jié)構(gòu)間，依靠縱向擠壓提供的摩擦力實(shí)現(xiàn)鉗位。

上述所述的含曲梁結(jié)構(gòu)的雙壓電堆步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)器的作動(dòng)方法，能實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝粔弘姸?與第二壓電堆8同時(shí)斷電時(shí)，作動(dòng)器處于初始鎖止?fàn)顟B(tài)，依靠轉(zhuǎn)子2與絲杠3之間的絲杠螺紋對(duì)轉(zhuǎn)子2與絲杠3進(jìn)行鎖止；作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)步驟如下；第一步：第一壓電堆7通電，由于逆壓電效應(yīng)，第一壓電堆7伸長(zhǎng)，帶動(dòng)連接驅(qū)動(dòng)環(huán)4的柔性鉸鏈發(fā)生彎曲，推動(dòng)了曲梁5大致沿圓周切向向順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使鉗位環(huán)6與其中的第二壓電堆8向順時(shí)針方向產(chǎn)生微小位移；第二步：第二壓電堆8通電，由于逆壓電效應(yīng)，鉗位環(huán)6被頂開，沿絲杠3方向伸長(zhǎng)，由于外部定子1的限制使得鉗位環(huán)6鎖止在定子1中；第三步：第一壓電堆7斷電，驅(qū)動(dòng)環(huán)4恢復(fù)原長(zhǎng)，其所屬的柔性鉸鏈復(fù)位，同時(shí)由于鉗位環(huán)6固定了定子1與曲梁5之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子2將在驅(qū)動(dòng)環(huán)4所屬柔性鉸鏈的帶動(dòng)下沿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，另外由于轉(zhuǎn)子2與絲杠3之間采用螺紋連接，轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)推動(dòng)絲杠3輸出軸向位移；第四步：第二壓電堆8斷電，裝置回復(fù)到初始狀態(tài)，同時(shí)與最初狀態(tài)相比，轉(zhuǎn)子2沿順時(shí)針方向完成了一步微小位移；循環(huán)進(jìn)行上述一到四步，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子2的連續(xù)作動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)絲杠3沿其軸向持續(xù)作動(dòng)；該作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，同樣分四步進(jìn)行作動(dòng)，具體步驟如下：第一步：第二壓電堆8通電，帶動(dòng)鉗位環(huán)6伸長(zhǎng)，由于定子1的限制使鉗位環(huán)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(qū)動(dòng)環(huán)4在第一壓電堆7帶動(dòng)下伸長(zhǎng)，其所屬的柔性鉸鏈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于曲梁5末端固定于定子1，轉(zhuǎn)子2將在柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，另外由于轉(zhuǎn)子2與絲杠3之間采用絲杠螺紋連接，轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)推動(dòng)絲杠3輸出軸向位移；第三步：第二壓電堆8斷電，鉗位環(huán)6恢復(fù)原長(zhǎng)，曲梁5與定子1不再固定；第四步：第一壓電堆7斷電，驅(qū)動(dòng)環(huán)4恢復(fù)原長(zhǎng)，曲梁5在驅(qū)動(dòng)環(huán)4復(fù)位拉動(dòng)作用下繞驅(qū)動(dòng)環(huán)4處的柔性鉸鏈近似沿定子1圓周向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，至此作動(dòng)器恢復(fù)到初始狀態(tài)，且轉(zhuǎn)子2沿逆時(shí)針方向產(chǎn)生微小轉(zhuǎn)動(dòng)；循環(huán)進(jìn)行上述一到四步，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針的連續(xù)作動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)絲杠3沿其軸向持續(xù)作動(dòng)。

和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、使用雙壓電堆實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)，相比于現(xiàn)有三壓電堆實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2、使用雙壓電堆實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)，相比于現(xiàn)有三壓電堆實(shí)現(xiàn)步進(jìn)旋轉(zhuǎn)式作動(dòng)，作動(dòng)步驟更為簡(jiǎn)練，所需的外部控制指令更少。

3、采用了雙層定子設(shè)計(jì)，將鉗位環(huán)6安裝于定子1的夾層之中，增強(qiáng)了作動(dòng)過程中鎖定的穩(wěn)定性。

4、具有斷電鎖止功能，能在完成作動(dòng)后可以斷開電源，節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明作動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明作動(dòng)器的爆炸示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。